超低功耗傳感器
——讓樓宇更智慧

Pavan Mulabagal

安森美半導(dǎo)體物聯(lián)網(wǎng)（IoT）策略及營銷總監(jiān)

當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)（loT）的適用范圍已經(jīng)不局限于服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心，更廣泛地應(yīng)用在家居、辦公等場景。

傳感器處于物聯(lián)網(wǎng)的最外圍，它會將數(shù)據(jù)采集起來并中繼回云服務(wù)或者在本地進行數(shù)據(jù)處理。傳感器是樓宇智能不可缺少的一環(huán)，它的原型是一種相對簡單的控制系統(tǒng)。伴隨人工智能的發(fā)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(tǒng)鋪平道路。智能音箱或虛擬助手所實現(xiàn)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(quán)人員進入房間，自動為個人網(wǎng)絡(luò)訪問肅清不安全因素，確保室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全。

智能樓宇將帶來智能節(jié)能

照明和供暖占當(dāng)前整體能源消耗的40%。根據(jù)環(huán)境光微弱來調(diào)整照明水平的做法已經(jīng)過時，IoT 技術(shù)的發(fā)展使互聯(lián)照明更具優(yōu)勢。無線網(wǎng)絡(luò)簡化了智能照明配件的聯(lián)接，提升了可靠性。隨著以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)的不斷成熟，加之LED 技術(shù)可極大節(jié)省能源，無需技術(shù)人員進行安裝，使用單根低壓以太網(wǎng)電纜便可輕松實現(xiàn)照明設(shè)備的供電和聯(lián)接。而且，每個燈具都可以充當(dāng)室內(nèi)導(dǎo)航的信標(biāo)。為燈具添加其他功能，如占用檢測、資產(chǎn)跟蹤、環(huán)境監(jiān)控也變得更加簡單。所有這些功能均可由集成在單個聯(lián)接設(shè)備中的多個傳感器實現(xiàn)。

打造更智能的樓宇

智能樓宇系統(tǒng)的拓?fù)鋵⑷Q于傳感器和執(zhí)行器，如圖1 所示。

位于系統(tǒng)核心的微控制器或數(shù)字信號處理器（DSP）將負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)眾多傳感器和執(zhí)行器。除了用于開關(guān)燈的機電式或固態(tài)繼電器外，還將包括用于占用檢測、環(huán)境監(jiān)控和訪問控制的傳感器。聯(lián)接將是有線和無線的組合，使用的協(xié)議也會越來越多。支持互聯(lián)網(wǎng)使用的相同協(xié)議可以直接訪問，其他協(xié)議則需要網(wǎng)關(guān)。

圖1 智能樓宇系統(tǒng)拓?fù)涫纠?/p>

超低功耗系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)進入大眾視野?？梢韵胂?，其中MCU、傳感器和執(zhí)行器都可由從環(huán)境中收集的能量來供電，為虛擬的自我維持控制系統(tǒng)創(chuàng)造了發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在開發(fā)智能樓宇基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)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(quán)重則取決于實際應(yīng)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(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（見圖2），可以構(gòu)建包括燈具、風(fēng)扇等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成的小型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不僅提供范圍遠(yuǎn)超單個節(jié)點的擴展網(wǎng)絡(luò)的方式，還將冗余性構(gòu)建到網(wǎng)絡(luò)中，從而允許通過聯(lián)接節(jié)點的任意組合在網(wǎng)絡(luò)中傳遞消息。

圖2 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)擴展網(wǎng)絡(luò)并提供路由冗余

多傳感器平臺交付更多

隨著技術(shù)的進步，愈發(fā)可能將多個傳感器集成到一個平臺中，從而為聯(lián)接資產(chǎn)創(chuàng)造更大的價值。將多個傳感器集成至一個設(shè)備中，其價值將會實現(xiàn)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(shù)據(jù)的理想傳感器節(jié)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(jiān)測占用、溫度、濕度、空氣質(zhì)量等（見圖3）。

現(xiàn)在甚至可以完全省去電池，并利用從環(huán)境中采集的能量為多傳感器互聯(lián)平臺供電。

在整個技術(shù)堆棧中，從使用傳感器到云服務(wù)訪問，節(jié)能將是關(guān)鍵。隨著傳感器部署數(shù)量的增加，對樓宇公用設(shè)施進行控制的力度也隨之提升，從而可促進高能效的循環(huán)。這在很大程度上取決于傳感器、處理器和聯(lián)接技術(shù)的能效，此外，實現(xiàn)自供電將成為必要技術(shù)。

圖3 安森美RSL10 系統(tǒng)級封裝（RSL10 SIP）多傳感器平臺示例