淺談智能樓宇的未來

德州儀器CTO

淺談智能樓宇的未來

德州儀器CTO

試想一下，如果樓宇、倉庫、機(jī)場、家庭住宅或工廠能夠?qū)崿F(xiàn)智能化和互聯(lián)化，并且真正做到高能效和支持動(dòng)態(tài)自我感知，這些改變將會(huì)為我們的工作生活帶來怎樣翻天覆地的變化？事實(shí)上，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)步，這些應(yīng)用場景正離我們越來越近。

如果倉庫中任何一個(gè)貨物托板都能夠報(bào)告貨物重量和質(zhì)量，并處理歷史記錄。

這間智能倉庫將能夠識(shí)別每個(gè)貨物托板上所放置的貨物，并追蹤整個(gè)庫存清單上的貨物裝載處理記錄。例如智能和互聯(lián)標(biāo)簽等技術(shù)對(duì)于追蹤部件以及對(duì)整個(gè)供應(yīng)和生產(chǎn)制造鏈內(nèi)供貨管理的優(yōu)化而言都十分關(guān)鍵。

無線連通性是未來智能樓宇和智能倉庫的另一個(gè)關(guān)鍵要素。對(duì)于機(jī)器和供貨的監(jiān)視、控制與追蹤往往需要一個(gè)可擴(kuò)展的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。而控制環(huán)路的實(shí)時(shí)要求對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。此外，作為無線網(wǎng)絡(luò)早期應(yīng)用之一的資產(chǎn)追蹤在范圍和定位特性等方面也有一些額外的要求。不過，以上應(yīng)用都存在一些共同點(diǎn)，那就是無線節(jié)點(diǎn)的超低功耗以及充足的本地處理能力，因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用的無線節(jié)點(diǎn)在使用壽命內(nèi)都會(huì)避免更換電池。

如果一幢樓宇或一家工廠內(nèi)的所有機(jī)器和閥門都能夠自動(dòng)報(bào)告健康狀態(tài)或預(yù)報(bào)任何即將出現(xiàn)的故障，同時(shí)管理員只需要一部智能手機(jī)就能監(jiān)測到故障閥門中細(xì)微的漏水點(diǎn)或追蹤插座中微安的電力浪費(fèi)。

在機(jī)器停機(jī)會(huì)造成高額損失或使業(yè)務(wù)中斷的工業(yè)和商業(yè)設(shè)施中，預(yù)測性養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要。目前，各式各樣的感測模式能夠與先進(jìn)的算法組合在一起，而其中的感測技術(shù)為實(shí)現(xiàn)可靠和高效運(yùn)轉(zhuǎn)的智能工廠打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一個(gè)現(xiàn)代的超聲波或電磁流量計(jì)能夠檢測液體或氣體流動(dòng)中任何微小的振動(dòng)，從而快速探測出氣體和液體損耗，并迅速確定其泄露位置。智能斷路器能夠報(bào)告能源使用概況或線路中潛在的電流泄露。如需進(jìn)一步了解預(yù)測性養(yǎng)護(hù)，敬請閱讀TI最新的白皮書。

如果寫字樓窗戶上的智能玻璃是一塊透明的太陽能板，或是能夠優(yōu)化能源使用的“能源路由器”。

智能樓宇將通過使用高效太陽能板或其他替代能源(例如與液流電池組合在一起的燃料電池)來優(yōu)化能耗。能源的高效生成、使用和存儲(chǔ)可以在不影響質(zhì)量或生產(chǎn)率的情況下使能源成本大大降低。智能樓宇也將通過電網(wǎng)電力和替代能源的組合能源，以及結(jié)合那些需要頻繁進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換的大容量能源存儲(chǔ)設(shè)施來進(jìn)行供電。

為了節(jié)約能源，轉(zhuǎn)換的效率和負(fù)載感知十分關(guān)鍵。高性能轉(zhuǎn)換器和逆變器需要高效的高壓功率晶體管和智能驅(qū)動(dòng)器/控制器。具有數(shù)字控制環(huán)路的智能電源解決方案使從電網(wǎng)電力到能源存儲(chǔ)的AC/DC能源轉(zhuǎn)換，以及將存儲(chǔ)能源或太陽能板采集到的能源轉(zhuǎn)換為AC負(fù)載的DC/AC能源逆變系統(tǒng)受益。全新器件將有可能實(shí)現(xiàn)高效雙向的能源轉(zhuǎn)換。未來，樓宇將安裝“能源路由器”，把來源不同、形式各異的能源引至不同負(fù)載，這一點(diǎn)與進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和下載的數(shù)據(jù)路由器極其相似。

如果一幢智能寫字樓可以根據(jù)工位布局迅速調(diào)節(jié)供熱、光照、通風(fēng)、會(huì)議室空間和視聽需求，而在未來的某一天，樓宇的玻璃表面將會(huì)變得鮮活生動(dòng)，成為漫游顯示屏的一部分。

感測領(lǐng)域內(nèi)的半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)開始在智能樓宇中顯現(xiàn)，并且使環(huán)境感知型樓宇對(duì)資源的動(dòng)態(tài)跟蹤和管理成為現(xiàn)實(shí)。占用傳感器、熱學(xué)和化學(xué)傳感器、視覺傳感器、流量計(jì)量以及很多其他傳感器正在現(xiàn)代商用設(shè)施中被廣泛使用。智能樓宇的安保和安全性也被大幅提升。包括攝像頭、超聲波、光學(xué)和雷達(dá)傳感器在內(nèi)的互聯(lián)視覺傳感器的部署使智能樓宇中幾乎不存在監(jiān)控死角。此外，先進(jìn)的氣體和散熱傳感器還能夠跟蹤和分析有害泄露或有害化學(xué)物質(zhì)，從而精確地探測出有害泄露或危險(xiǎn)產(chǎn)生的潛在區(qū)域。

在一幢常見的智能樓宇設(shè)施中遍布著成千上萬個(gè)互聯(lián)傳感器；這些傳感器必須在連接和工作時(shí)保持步調(diào)一致，以提供可靠的監(jiān)視和控制。雖然某些較高功率的傳感器可以通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，但更大規(guī)模的部署則需要一個(gè)互補(bǔ)型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

大數(shù)據(jù)處理、超低功耗無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、嵌入式傳感器技術(shù)、低能耗管理監(jiān)控和其他模擬與嵌入式處理電子元件領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新技術(shù)匯聚一堂，更加快了智能樓宇的實(shí)現(xiàn)。

更高的安全性、安保能力、生產(chǎn)率和質(zhì)量是目前智能樓宇的開發(fā)人員們采用這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的原因所在。在未來，智能樓宇將真正走進(jìn)人們的日常生活，并成為不可或缺的一部分。