超低功耗傳感器
——讓樓宇更智慧

Pavan Mulabagal

安森美半導體物聯網（IoT）策略及營銷總監

當今，物聯網（loT）的適用范圍已經不局限于服務器和數據中心，更廣泛地應用在家居、辦公等場景。

傳感器處于物聯網的最外圍，它會將數據采集起來并中繼回云服務或者在本地進行數據處理。傳感器是樓宇智能不可缺少的一環，它的原型是一種相對簡單的控制系統。伴隨人工智能的發展，用于檢測大面積總體占用情況的簡單傳感器將會被更精密的圖像傳感器所取代，這些圖像傳感器可以識別個體并提供更個性化的控制方式。運動檢測器將為能夠識別個人面部、手勢甚至情緒的成像系統鋪平道路。智能音箱或虛擬助手所實現的音頻控制也為其迅速普及提供了重要幫助。

樓宇智能化的功能也在不斷擴展，如訪問控制等安全功能，允許授權人員進入房間，自動為個人網絡訪問肅清不安全因素，確保室內網絡安全。

智能樓宇將帶來智能節能

照明和供暖占當前整體能源消耗的40%。根據環境光微弱來調整照明水平的做法已經過時，IoT 技術的發展使互聯照明更具優勢。無線網絡簡化了智能照明配件的聯接，提升了可靠性。隨著以太網供電（PoE）技術的不斷成熟，加之LED 技術可極大節省能源，無需技術人員進行安裝，使用單根低壓以太網電纜便可輕松實現照明設備的供電和聯接。而且，每個燈具都可以充當室內導航的信標。為燈具添加其他功能，如占用檢測、資產跟蹤、環境監控也變得更加簡單。所有這些功能均可由集成在單個聯接設備中的多個傳感器實現。

打造更智能的樓宇

智能樓宇系統的拓撲將取決于傳感器和執行器，如圖1 所示。

位于系統核心的微控制器或數字信號處理器（DSP）將負責協調眾多傳感器和執行器。除了用于開關燈的機電式或固態繼電器外，還將包括用于占用檢測、環境監控和訪問控制的傳感器。聯接將是有線和無線的組合，使用的協議也會越來越多。支持互聯網使用的相同協議可以直接訪問，其他協議則需要網關。

圖1 智能樓宇系統拓撲示例

超低功耗系統現在已經進入大眾視野。可以想象，其中MCU、傳感器和執行器都可由從環境中收集的能量來供電，為虛擬的自我維持控制系統創造了發展潛力。

在開發智能樓宇基礎設施的通信網絡時，需要著重考慮范圍、功率和延遲這三大因素，而各因素的權重則取決于實際應用。例如，任何一點進入黑暗的房間和亮燈之間的等待時長的差別對于居住者來說都是非常明顯的。在這個場景中，低延遲就很重要。通常，本地處理將比僅依靠云處理資源做出本地決策提供更低的延遲。

實施簡單而強固的網狀網絡（見圖2），可以構建包括燈具、風扇等聯網設備組成的小型網絡。網狀網絡不僅提供范圍遠超單個節點的擴展網絡的方式，還將冗余性構建到網絡中，從而允許通過聯接節點的任意組合在網絡中傳遞消息。

圖2 網狀網絡擴展網絡并提供路由冗余

多傳感器平臺交付更多

隨著技術的進步，愈發可能將多個傳感器集成到一個平臺中，從而為聯接資產創造更大的價值。將多個傳感器集成至一個設備中，其價值將會實現大幅提升。看似普通的燈具，除了照明，它也可以是捕捉大量數據的理想傳感器節點。傳感器的小尺寸和超低功耗特性，使小體型的PCB 可輕松容納多個傳感器，以監測占用、溫度、濕度、空氣質量等（見圖3）。

現在甚至可以完全省去電池，并利用從環境中采集的能量為多傳感器互聯平臺供電。

在整個技術堆棧中，從使用傳感器到云服務訪問，節能將是關鍵。隨著傳感器部署數量的增加，對樓宇公用設施進行控制的力度也隨之提升，從而可促進高能效的循環。這在很大程度上取決于傳感器、處理器和聯接技術的能效，此外，實現自供電將成為必要技術。

圖3 安森美RSL10 系統級封裝（RSL10 SIP）多傳感器平臺示例