深入思考：讓建筑物獲得智能
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要點
智能建筑系統依賴于連網的傳感器、遙控執行器以及決策軟件；
盡管建筑自動化設備的過度使用是可能的，但大多數最終用戶并不愿意僅出于方便原因而花費更多；
建筑系統采用無線鏈接、電力線通信和以太網電纜傳輸等技術，可以無需布設新線而實現數據共享；
成本的增加和系統的多樣性減緩了采納自動化建筑互操作標準的速度；
Web 服務技術可使不兼容的自動化建筑系統實現數據交換和遙控運作。
雖然工程師們一直展望能在家庭、工廠和辦公室中實現更多的便利性，但許多最終用戶仍不愿為簡化日常工作所需的軟、硬件而花費更多。例如，今天已經有了能進行聲音控制、自動喂食寵物，或有人進門時打開燈光或娛樂設備的技術，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域中缺乏兼容的產品，因此很難開發出一套完全整合的系統。產品制造商們認識到了這些產業問題，于是提出了新的建議、升級標準、修訂通信協議，希望能加快智能建筑技術被大眾接受的速度。
智能建筑技術依賴于分布式傳感器、遙控執行器、設備連網以及決策軟件，用來協調并優化各種建筑子系統，如安保、環境、信息傳送和安全等。在一個真正集成的建筑自動化系統中，任何子系統都可以使用元件和傳感器。例如，一個打開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：物理傳感器、運動傳感器、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。而生化類傳感器則包羅萬象，從反應性傳感器到個人身份識別，如指紋、聲音分析以及視網膜掃描等。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，以及降低每個結點所需功耗。
智能傳感器
1993 年，美國國家標準與技術學會和 IEEE 開始就分布式傳感器問題研究一個名為“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絡，并且實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（可連網應用處理器）或網絡控制器（圖 1）。制造商可以簡單地實現 1451.2 接口的 STIM 端傳感器電路，然后根據應用需求選擇一個網絡控制器。盡管 NIST 和 IEEE 在 1997 年就首次批準了這個標準，但業界對它的接受速度卻很慢。現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題的另一種方法是將現在大多數建筑中都具備的 TCP/IP 網絡用于數據交換。OASIS（結構化信息標準促進組織）提出了一個為建筑控制系統定義 XML（擴展標記語言）和 Web 服務機制的方案。OASIS oBIX（開放式建筑信息交換）技術委員會正在定義一種標準的 Web 服務協議，以便能夠實現建筑機械系統、電氣系統與企業應用程序之間的通信。由于 oBIX 實現了與企業系統的集成，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題與趨勢。oBIX 的目標是開發一種 Web 服務的接口規范，能從 HVAC、存取控制、公共設施以及其它建筑自動化系統中簡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點。
許多現代建筑子系統都能夠與現有非兼容的通信協議進行互連，如 LonWorks、BACnet（建筑自動化與控制網絡）和 ModBus，以及許多專有的協議，盡管這種互連不是在傳感器水平上。雖然這些建筑自動化網絡協議都可以在 TCP/IP 網絡上運行，但它們都缺乏應對企業路由器、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（美國國家標準協會）和 ASHRAE（美國采暖、制冷與空調工程師學會）的支持。BACnet 是一種非專有的、開放式協議的通信標準，它將數據表達為“objects”（對象）、“properties”（屬性）和“services”（服務）。這種表述數據與動作的標準方法可以使不同制造商的設備實現互操作。然而，大多數 BACnet 設備還只限于加熱、通風以及空調行業。例如，來自 Reliable Controls公司 的 Mach-Vision 是一個用于直接數字控制應用的可編程用戶界面。這種經 BACnet 認證的設備使用一種類似 Basic 的編程語言，具有五個可配置的輸入、四個可升級的輸出以及閉環能力（圖 2）。
協議芯片
與 BACnet 不同，LonWorks 需要在每個控制器中使用來自 Echelon 公司的專有 Neuron 芯片。LonWorks 主要應用于照明、公用事業以及運輸行業，在自動化建筑中的安裝量高于 BACnet。LonWorks 協議提供了一組服務，使設備應用軟件能夠通過網絡發送和接收信息，而無需了解網絡的拓撲結構或名稱、地址以及其它設備的功能。LonWorks 協議可以任意提供端到端的信息響應、信息確認以及對實時應用的優先傳送。
ModBus 協議是 Modicon公司 在 1979 年開發的一種開放式消息傳送結構，它在各個設備間建立起主-從式或客戶機-服務器式的通信。ModBus 最初是作為一種可編程邏輯控制器的標準，可存取簡單的整數和二進制值。該協議在許多行業得到了充分認知和廣泛應用。其主要優勢在于簡單、易于在低級設備中實現。ModBus是電表、UPS和發電機中使用的標準
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