德州儀器CTO:淺談智能樓宇的未來

 
試想一下,如果樓宇、倉庫、機場、家庭住宅或工廠能夠實現智能化和互聯化,並且真正做到高能效和支持動態自我感知,這些改變將會為我們的工作生活帶來怎樣翻天覆地的變化?事實上,隨著半導體行業的進步,這些應用場景正離我們越來越近。

(Texas Instruments/ LEDinside)
 

如果倉庫中任何一個貨物托板都能夠報告貨物重量和質量並處理歷史記錄。
 
這間智能倉庫將能夠識別每個貨物托板上所放置的貨物,並追蹤整個庫存清單上的貨物裝載處理記錄。例如智能和互聯標籤等技術對於追蹤部件以及對整個供應和生產製造鏈內供貨管理的優化而言都十分關鍵。
 
無線連通性是未來智能樓宇和智能倉庫的另一個關鍵要素。對於機器和供貨的監視、控制與追蹤往往需要一個可擴展的無線網狀網絡。而控制環路的實時要求對於無線網絡協議也會產生一定的影響。此外,作為無線網絡早期應用之一的資產追蹤在範圍和定位特性等方面也有一些額外的要求。不過,以上應用都存在一些共同點,那就是無線節點的超低功耗以及充足的本地處理能力,因為大多數應用的無線節點在使用壽命內都會避免更換電池。
 
如果一幢樓宇或一家工廠內的所有機器和閥門都能夠自動報告健康狀態或預報任何即將出現的故障,同時管理員只需要一部智能手機就能監測到故障閥門中細微的漏水點或追蹤插座中微安的電力浪費。
 
在機器停機會造成高額損失或使業務中斷的工業和商業設施中,預測性養護至關重要。目前,各式各樣的感測模式能夠與先進的算法組合在一起,而其中的感測技術為實現可靠和高效運轉的智能工廠打下了堅實基礎。一個現代的超聲波或電磁流量計能夠檢測液體或氣體流動中任何微小的振動,從而快速探測出氣體和液體損耗,並迅速確定其洩露位置。智能斷路器能夠報告能源使用概況或線路中潛在的電流洩露。如需進一步瞭解預測性養護,敬請閱讀TI最新的白皮書。

如果寫字樓窗戶上的智能玻璃是一塊透明的太陽能板,或是能夠優化能源使用的「能源路由器」。
 
智能樓宇將通過使用高效太陽能板或其它替代能源(例如與液流電池組合在一起的燃料電池)來優化能耗。能源的高效生成、使用和存儲可以在不影響質量或生產率的情況下使能源成本大大降低。智能樓宇也將通過電網電力和替代能源的組合能源,以及結合那些需要頻繁進行能源轉換的大容量能源存儲設施來進行供電。
 
為了節約能源,轉換的效率和負載感知十分關鍵。高性能轉換器和逆變器需要高效的高壓功率晶體管和智能驅動器/控制器。具有數字控制環路的智能電源解決方案使從電網電力到能源存儲的 AC/DC 能源轉換,以及將存儲能源或太陽能板採集到的能源轉換為AC負載的DC/AC能源逆變系統受益。全新器件將有可能實現高效雙向的能源轉換。未來,樓宇將安裝“能源路由器”,把來源不同、形式各異的能源引至不同負載,這一點與進行數據上傳和下載的數據路由器極其相似。
 
如果一幢智能寫字樓可以根據工位佈局迅速調節供熱、光照、通風、會議室空間和視聽需求,而在未來的某一天,樓宇的玻璃表面將會變得鮮活生動,成為漫遊顯示屏的一部分。
 
感測領域內的半導體技術進步已經開始在智能樓宇中顯現,並且使環境感知型樓宇對資源的動態跟蹤和管理成為現實。佔用傳感器、熱學和化學傳感器、視覺傳感器、流量計量以及很多其它傳感器正在現代商用設施中被廣泛使用。智能樓宇的安保和安全性也被大幅提升。包括攝像頭、超聲波、光學和雷達傳感器在內的互聯視覺傳感器的部署使智能樓宇中幾乎不存在監控死角。此外,先進的氣體和散熱傳感器還能夠跟蹤和分析有害洩露或有害化學物質,從而精確地探測出有害洩露或危險產生的潛在區域。
 
在一幢常見的智能樓宇設施中遍佈著成千上萬個互聯傳感器;這些傳感器必須在連接和工作時保持步調一致,以提供可靠的監視和控制。雖然某些較高功率的傳感器可以通過以太網實現互聯,但更大規模的部署則需要一個互補型的無線傳感器網絡。
 
大數據處理、超低功耗無線網狀網絡、嵌入式傳感器技術、低能耗管理監控和其它模擬與嵌入式處理電子元件領域內的創新技術匯聚一堂,更加快了智能樓宇的實現。
 
更高的安全性、安保能力、生產率和質量是目前智能樓宇的開發人員們採用這項創新技術的原因所在。在未來,智能樓宇將真正走進人們的日常生活,並成為不可或缺的一部分。
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