超低功耗传感器——让楼宇更智慧

Pavan Mulabagal

安森美半导体物联网（IoT）策略及营销总监

当今，物联网（loT）的适用范围已经不局限于服务器和数据中心，更广泛地应用在家居、办公等场景。

传感器处于物联网的最外围，它会将数据采集起来并中继回云服务或者在本地进行数据处理。传感器是楼宇智能不可缺少的一环，它的原型是一种相对简单的控制系统。伴随人工智能的发展，用于检测大面积总体占用情况的简单传感器将会被更精密的图像传感器所取代，这些图像传感器可以识别个体并提供更个性化的控制方式。运动检测器将为能够识别个人面部、手势甚至情绪的成像系统铺平道路。智能音箱或虚拟助手所实现的音频控制也为其迅速普及提供了重要帮助。

楼宇智能化的功能也在不断扩展，如访问控制等安全功能，允许授权人员进入房间，自动为个人网络访问肃清不安全因素，确保室内网络安全。

智能楼宇将带来智能节能

照明和供暖占当前整体能源消耗的40%。根据环境光微弱来调整照明水平的做法已经过时，IoT 技术的发展使互联照明更具优势。无线网络简化了智能照明配件的联接，提升了可靠性。随着以太网供电（PoE）技术的不断成熟，加之LED 技术可极大节省能源，无需技术人员进行安装，使用单根低压以太网电缆便可轻松实现照明设备的供电和联接。而且，每个灯具都可以充当室内导航的信标。为灯具添加其他功能，如占用检测、资产跟踪、环境监控也变得更加简单。所有这些功能均可由集成在单个联接设备中的多个传感器实现。

打造更智能的楼宇

智能楼宇系统的拓扑将取决于传感器和执行器，如图1 所示。

位于系统核心的微控制器或数字信号处理器（DSP）将负责协调众多传感器和执行器。除了用于开关灯的机电式或固态继电器外，还将包括用于占用检测、环境监控和访问控制的传感器。联接将是有线和无线的组合，使用的协议也会越来越多。支持互联网使用的相同协议可以直接访问，其他协议则需要网关。

图1 智能楼宇系统拓扑示例

超低功耗系统现在已经进入大众视野。可以想象，其中MCU、传感器和执行器都可由从环境中收集的能量来供电，为虚拟的自我维持控制系统创造了发展潜力。

在开发智能楼宇基础设施的通信网络时，需要着重考虑范围、功率和延迟这三大因素，而各因素的权重则取决于实际应用。例如，任何一点进入黑暗的房间和亮灯之间的等待时长的差别对于居住者来说都是非常明显的。在这个场景中，低延迟就很重要。通常，本地处理将比仅依靠云处理资源做出本地决策提供更低的延迟。

实施简单而强固的网状网络（见图2），可以构建包括灯具、风扇等联网设备组成的小型网络。网状网络不仅提供范围远超单个节点的扩展网络的方式，还将冗余性构建到网络中，从而允许通过联接节点的任意组合在网络中传递消息。

图2 网状网络扩展网络并提供路由冗余

多传感器平台交付更多

随着技术的进步，愈发可能将多个传感器集成到一个平台中，从而为联接资产创造更大的价值。将多个传感器集成至一个设备中，其价值将会实现大幅提升。看似普通的灯具，除了照明，它也可以是捕捉大量数据的理想传感器节点。传感器的小尺寸和超低功耗特性，使小体型的PCB 可轻松容纳多个传感器，以监测占用、温度、湿度、空气质量等（见图3）。

现在甚至可以完全省去电池，并利用从环境中采集的能量为多传感器互联平台供电。

在整个技术堆栈中，从使用传感器到云服务访问，节能将是关键。随着传感器部署数量的增加，对楼宇公用设施进行控制的力度也随之提升，从而可促进高能效的循环。这在很大程度上取决于传感器、处理器和联接技术的能效，此外，实现自供电将成为必要技术。

图3 安森美RSL10 系统级封装（RSL10 SIP）多传感器平台示例