深入思考：讓建筑物獲得智能
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要點(diǎn)
智能建筑系統依賴(lài)于連網(wǎng)的傳感器、遙控執行器以及決策軟件；
盡管建筑自動(dòng)化設備的過(guò)度使用是可能的，但大多數最終用戶(hù)并不愿意僅出于方便原因而花費更多；
建筑系統采用無(wú)線(xiàn)鏈接、電力線(xiàn)通信和以太網(wǎng)電纜傳輸等技術(shù)，可以無(wú)需布設新線(xiàn)而實(shí)現數據共享；
成本的增加和系統的多樣性減緩了采納自動(dòng)化建筑互操作標準的速度；
Web 服務(wù)技術(shù)可使不兼容的自動(dòng)化建筑系統實(shí)現數據交換和遙控運作。
雖然工程師們一直展望能在家庭、工廠(chǎng)和辦公室中實(shí)現更多的便利性，但許多最終用戶(hù)仍不愿為簡(jiǎn)化日常工作所需的軟、硬件而花費更多。例如，今天已經(jīng)有了能進(jìn)行聲音控制、自動(dòng)喂食寵物，或有人進(jìn)門(mén)時(shí)打開(kāi)燈光或娛樂(lè )設備的技術(shù)，但它們的受眾仍只限于很小范圍。由于在安保與能源管理這些最為消費者注目的領(lǐng)域中缺乏兼容的產(chǎn)品，因此很難開(kāi)發(fā)出一套完全整合的系統。產(chǎn)品制造商們認識到了這些產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，于是提出了新的建議、升級標準、修訂通信協(xié)議，希望能加快智能建筑技術(shù)被大眾接受的速度。
智能建筑技術(shù)依賴(lài)于分布式傳感器、遙控執行器、設備連網(wǎng)以及決策軟件，用來(lái)協(xié)調并優(yōu)化各種建筑子系統，如安保、環(huán)境、信息傳送和安全等。在一個(gè)真正集成的建筑自動(dòng)化系統中，任何子系統都可以使用元件和傳感器。例如，一個(gè)打開(kāi)的窗口對安保子系統和供熱或空調功能是同等重要的。同樣，溫度傳感器可以用于檢測火災或日常維護所需的信號。與今天獨立建筑系統不同，這種類(lèi)型的數據重用需要各部件與子系統共享并存儲傳感器信息。
在采集智能環(huán)境所需信息方面，分布式傳感器是必不可少的。傳感器可以分為幾類(lèi)：物理傳感器、運動(dòng)傳感器、力傳感器和生化傳感器等。物理傳感器測量壓力、溫度和濕度，運動(dòng)傳感器記錄位置、速度和加速度。力傳感器指示張力、力矩和振動(dòng)。而生化類(lèi)傳感器則包羅萬(wàn)象，從反應性傳感器到個(gè)人身份識別，如指紋、聲音分析以及視網(wǎng)膜掃描等。分布式傳感器面臨的最大挑戰是將測量值轉化為一種公共的格式、高效地傳輸數據，以及降低每個(gè)結點(diǎn)所需功耗。
智能傳感器
1993 年，美國國家標準與技術(shù)學(xué)會(huì )和 IEEE 開(kāi)始就分布式傳感器問(wèn)題研究一個(gè)名為“傳感器與執行器的智能換能器接口”的推薦系列標準。這些標準的目的是在各個(gè)制造商之間提供互操作性，保證所有的換能器均以相同方式連接到控制網(wǎng)絡(luò )，并且實(shí)現傳感器的自我識別、自我配置和自我校準。該系列的第一個(gè)標準是 IEEE 1451.2，它定義了換能器硬件之間的接口，名為 STIM（智能換能器接口模塊），以及 NCAP（可連網(wǎng)應用處理器）或網(wǎng)絡(luò )控制器（圖 1）。制造商可以簡(jiǎn)單地實(shí)現 1451.2 接口的 STIM 端傳感器電路，然后根據應用需求選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò )控制器。盡管 NIST 和 IEEE 在 1997 年就首次批準了這個(gè)標準，但業(yè)界對它的接受速度卻很慢?，F在該標準正在作一些修改，包括增加替代物理層，以采用現在廣泛應用的數據傳輸方法降低傳感器成本與復雜性。
解決分布式傳感器問(wèn)題的另一種方法是將現在大多數建筑中都具備的 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò )用于數據交換。OASIS（結構化信息標準促進(jìn)組織）提出了一個(gè)為建筑控制系統定義 XML（擴展標記語(yǔ)言）和 Web 服務(wù)機制的方案。OASIS oBIX（開(kāi)放式建筑信息交換）技術(shù)委員會(huì )正在定義一種標準的 Web 服務(wù)協(xié)議，以便能夠實(shí)現建筑機械系統、電氣系統與企業(yè)應用程序之間的通信。由于 oBIX 實(shí)現了與企業(yè)系統的集成，因此具備對機械控制系統與電氣控制系統的連續可視性，并能夠判斷出系統分析與人員交互的問(wèn)題與趨勢。oBIX 的目標是開(kāi)發(fā)一種 Web 服務(wù)的接口規范，能從 HVAC、存取控制、公共設施以及其它建筑自動(dòng)化系統中簡(jiǎn)單而安全地獲得數據。oBIX 方案具有能與既有機械子系統和電氣子系統共同運作的優(yōu)點(diǎn)。
許多現代建筑子系統都能夠與現有非兼容的通信協(xié)議進(jìn)行互連，如 LonWorks、BACnet（建筑自動(dòng)化與控制網(wǎng)絡(luò )）和 ModBus，以及許多專(zhuān)有的協(xié)議，盡管這種互連不是在傳感器水平上。雖然這些建筑自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )協(xié)議都可以在 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò )上運行，但它們都缺乏應對企業(yè)路由器、防火墻、安全與應用流量的復雜性。BACnet 是 ANSI/ASHRAE 標準 135-2001 的通常叫法，該標準受到 ANSI（美國國家標準協(xié)會(huì )）和 ASHRAE（美國采暖、制冷與空調工程師學(xué)會(huì )）的支持。BACnet 是一種非專(zhuān)有的、開(kāi)放式協(xié)議的通信標準，它將數據表達為“objects”（對象）、“properties”（屬性）和“services”（服務(wù)）。這種表述數據與動(dòng)作的標準方法可以使不同制造商的設備實(shí)現互操作。然而，大多數 BACnet 設備還只限于加熱、通風(fēng)以及空調行業(yè)。例如，來(lái)自 Reliable Controls公司 的 Mach-Vision 是一個(gè)用于直接數字控制應用的可編程用戶(hù)界面。這種經(jīng) BACnet 認證的設備使用一種類(lèi)似 Basic 的編程語(yǔ)言，具有五個(gè)可配置的輸入、四個(gè)可升級的輸出以及閉環(huán)能力（圖 2）。
協(xié)議芯片
與 BACnet 不同，LonWorks 需要在每個(gè)控制器中使用來(lái)自 Echelon 公司的專(zhuān)有 Neuron 芯片。LonWorks 主要應用于照明、公用事業(yè)以及運輸行業(yè)，在自動(dòng)化建筑中的安裝量高于 BACnet。LonWorks 協(xié)議提供了一組服務(wù)，使設備應用軟件能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送和接收信息，而無(wú)需了解網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構或名稱(chēng)、地址以及其它設備的功能。LonWorks 協(xié)議可以任意提供端到端的信息響應、信息確認以及對實(shí)時(shí)應用的優(yōu)先傳送。
ModBus 協(xié)議是 Modicon公司 在 1979 年開(kāi)發(fā)的一種開(kāi)放式消息傳送結構，它在各個(gè)設備間建立起主-從式或客戶(hù)機-服務(wù)器式的通信。ModBus 最初是作為一種可編程邏輯控制器的標準，可存取簡(jiǎn)單的整數和二進(jìn)制值。該協(xié)議在許多行業(yè)得到了充分認知和廣泛應用。其主要優(yōu)勢在于簡(jiǎn)單、易于在低級設備中實(shí)現。ModBus是電表、UPS和發(fā)電機中使用的標準
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