從工程的角度來看，我們可以輕松地使建筑物更智能，因為我們已經擁有所需的處理器和軟件。工程師可以在每個位置放置一個 3 美元的微型處理器并將它們聯網。這些位置包括電燈開關、電燈插座、將隔熱罩移到窗戶上的電機，以及將水從儲熱罐輸送到散熱器閥門的泵。

然后是大型電器、恒溫器、溫度傳感器、占用傳感器和火災探測器。這些設備可以控制流向每個房間的中央空氣，通過中央HVAC 系統將空氣從一個房間移動到另一個房間，并通過太陽能加熱或冷卻儲熱水箱，以便在沒有陽光時使用。此外，他們可以將地下 60°F 的水轉移到熱泵中，控制嵌入在墻壁中的電動熱窗罩，根據需要滑出，并調整每個燈泡的照明。

所以有什么問題？

沒有發生上述情況有幾個原因：

我們在建筑物中沒有公認的標準通信系統，可以以 ≥99.999% 的可靠性和低成本連接處理器。“五個 9”是指系統平均每年故障 ≤10 分鐘。

我們沒有可在建筑物中的所有設備上運行的公認標準操作系統 (OS)。我們有適用于計算機的 Windows、適用于 iPhone 的 iOS 和適用于其他智能手機的 Android。這使這些計算設備能夠協調和連接到各種軟件包。然而，我們還沒有一個公認的智能建筑設備操作系統，因此很難以即插即用的方式將多個智能設備集成到一個建筑中。

如何保證可靠性

當打開物理壁燈開關時，開關與天花板燈泡之間的通信在≥99.999% 的時間內是可操作的。這是一個微妙的點，很少受到關注，但卻很重要。居住者和建筑商不接受普通建筑基礎設施的可靠性降低。

值得注意的是，無線和電力線通信的可靠性明顯降低，故障率約為 1% 到 10%。這是由于盲區、頻譜擁擠、信噪比低、天線太小和信號阻塞造成的。電力線通信涉及將數據信號放置在電源線上，但信號必須先進入保險絲盒，然后再輸出；它與沿電源線的大量動態電壓降混合在一起，導致頻繁出現錯誤。

在這里，如果工程師想使用低成本的 MCU 將建筑物聯網，他們需要一根支持CAN 總線的電線，CAN 總線是汽車用來互連傳感器和執行器的網絡系統。如果數據線意外連接到電源線，它將保護數據線免受損壞。

有一種稱為“樹”的布線拓撲，這意味著一根電纜連接到多個設備并具有分支。人們需要一個支持這一點的數據線系統，因為電力電纜和建筑物的幾何形狀就像樹上的樹枝一樣。它與以太網不同，以太網在兩個設備之間有一條線，也不同于菊花鏈，它在一條線上有多個設備，沒有分支。

輕型和重型應用

人們可以將智能建筑中的消費者分為兩類：輕型和重型。輕量級消耗不到 20 W，而重度用戶消耗更多。照明類別包括 LED 燈泡、電燈開關、恒溫器、溫度傳感器、占用傳感器、火災探測器、窗戶隔熱罩電機、窗簾和百葉窗電機、管道/通風口阻尼器電機和散熱器閥門。重型類別包括 110/220 V AC電源插座、HVAC、大型電器和風扇。

例如，一個 10-W LED 燈泡在 110 V AC下消耗 0.1 A，它是 20-A保險絲的 1/200 。建筑物中的大多數設備都屬于燈光類別。為了省錢，工程師可以連接具有較低電源電壓和較輕電源線的輕型設備。例如，輕型應用可以在 18-awg 電線上路由 48 V DC電源，而重型應用可以在 14-awg 電線上使用傳統的 110/220 V AC電源。

48 V DC電源涉及成本較低的電子設備和數據線保護。此外，48 V DC需要具有較少布線限制的建筑規范。因此，如果大多數設備都使用成本較低的 48 V DC供電，工程師可以將節省的資金重新用于在每個位置集成聯網智能設備。

自動化網絡從整個建筑物的中央位置連接。資料來源：曼哈頓 2

所有設備上的通用軟件

如果工程師想要低成本和高可靠性的智能設備，只有一種方法可以做到這一點：將相同的軟件安裝到所有設備上。這也是讓世界同意讓它免費和開放的唯一途徑，這意味著任何人都可以免費使用和更改。還有一個要求：質量。如果系統有缺陷且沒有充分記錄，則系統不會受到好評。

現有的網絡協議定義了設備如何交互，但它們不包括促進完整智能系統的軟件。因此，工程專業的學生正在 UMass Amherst 和其他學校開發一個名為BuildingBus的免費和開放的智能設備操作系統。

任何設備都可以向任何其他設備發送消息；可以讀取或寫入任何其他設備中的任何端口；可以接收包含其他設備信息的庫；可以偽實時監控來自任何其他設備的傳感器；并且可以向任何其他設備發送命令。由于每個設備都知道其他設備上正在運行什么軟件，因此它可以輕松協調活動，同時具有容錯、高可靠性和即插即用的特點。

所有設備上的相同操作系統和可靠的通信系統可以使建筑物更智能、更節能且成本更低。研究人員已經在研究這個。然而，目前尚不清楚各種舉措中的哪一個會產生最佳解決方案，并且在未來幾年，我們可能會看到幾種解決方案的出現，以使建筑更智能。

審核編輯 黃昊宇