深入思考：让建筑物获得智能
要点
智能建筑系统依赖于连网的传感器、遥控执行器以及决策软件；
尽管建筑自动化设备的过度使用是可能的，但大多数最终用户并不愿意仅出于方便原因而花费更多；
建筑系统采用无线链接、电力线通信和以太网电缆传输等技术，可以无需布设新线而实现数据共享；
成本的增加和系统的多样性减缓了采纳自动化建筑互操作标准的速度；
Web 服务技术可使不兼容的自动化建筑系统实现数据交换和遥控运作。
虽然工程师们一直展望能在家庭、工厂和办公室中实现更多的便利性，但许多最终用户仍不愿为简化日常工作所需的软、硬件而花费更多。例如，今天已经有了能进行声音控制、自动喂食宠物，或有人进门时打开灯光或娱乐设备的技术，但它们的受众仍只限于很小范围。由于在安保与能源管理这些最为消费者注目的领域中缺乏兼容的产品，因此很难开发出一套完全整合的系统。产品制造商们认识到了这些产业问题，于是提出了新的建议、升级标准、修订通信协议，希望能加快智能建筑技术被大众接受的速度。
智能建筑技术依赖于分布式传感器、遥控执行器、设备连网以及决策软件，用来协调并优化各种建筑子系统，如安保、环境、信息传送和安全等。在一个真正集成的建筑自动化系统中，任何子系统都可以使用元件和传感器。例如，一个打开的窗口对安保子系统和供热或空调功能是同等重要的。同样，温度传感器可以用于检测火灾或日常维护所需的信号。与今天独立建筑系统不同，这种类型的数据重用需要各部件与子系统共享并存储传感器信息。
在采集智能环境所需信息方面，分布式传感器是必不可少的。传感器可以分为几类：物理传感器、运动传感器、力传感器和生化传感器等。物理传感器测量压力、温度和湿度，运动传感器记录位置、速度和加速度。力传感器指示张力、力矩和振动。而生化类传感器则包罗万象，从反应性传感器到个人身份识别，如指纹、声音分析以及视网膜扫描等。分布式传感器面临的最大挑战是将测量值转化为一种公共的格式、高效地传输数据，以及降低每个结点所需功耗。
智能传感器
1993 年，美国国家标准与技术学会和 IEEE 开始就分布式传感器问题研究一个名为“传感器与执行器的智能换能器接口”的推荐系列标准。这些标准的目的是在各个制造商之间提供互操作性，保证所有的换能器均以相同方式连接到控制网络，并且实现传感器的自我识别、自我配置和自我校准。该系列的第一个标准是 IEEE 1451.2，它定义了换能器硬件之间的接口，名为 STIM（智能换能器接口模块），以及 NCAP（可连网应用处理器）或网络控制器（图 1）。制造商可以简单地实现 1451.2 接口的 STIM 端传感器电路，然后根据应用需求选择一个网络控制器。尽管 NIST 和 IEEE 在 1997 年就首次批准了这个标准，但业界对它的接受速度却很慢。现在该标准正在作一些修改，包括增加替代物理层，以采用现在广泛应用的数据传输方法降低传感器成本与复杂性。
解决分布式传感器问题的另一种方法是将现在大多数建筑中都具备的 TCP/IP 网络用于数据交换。OASIS（结构化信息标准促进组织）提出了一个为建筑控制系统定义 XML（扩展标记语言）和 Web 服务机制的方案。OASIS oBIX（开放式建筑信息交换）技术委员会正在定义一种标准的 Web 服务协议，以便能够实现建筑机械系统、电气系统与企业应用程序之间的通信。由于 oBIX 实现了与企业系统的集成，因此具备对机械控制系统与电气控制系统的连续可视性，并能够判断出系统分析与人员交互的问题与趋势。oBIX 的目标是开发一种 Web 服务的接口规范，能从 HVAC、存取控制、公共设施以及其它建筑自动化系统中简单而安全地获得数据。oBIX 方案具有能与既有机械子系统和电气子系统共同运作的优点。
许多现代建筑子系统都能够与现有非兼容的通信协议进行互连，如 LonWorks、BACnet（建筑自动化与控制网络）和 ModBus，以及许多专有的协议，尽管这种互连不是在传感器水平上。虽然这些建筑自动化网络协议都可以在 TCP/IP 网络上运行，但它们都缺乏应对企业路由器、防火墙、安全与应用流量的复杂性。BACnet 是 ANSI/ASHRAE 标准 135-2001 的通常叫法，该标准受到 ANSI（美国国家标准协会）和 ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师学会）的支持。BACnet 是一种非专有的、开放式协议的通信标准，它将数据表达为“objects”（对象）、“properties”（属性）和“services”（服务）。这种表述数据与动作的标准方法可以使不同制造商的设备实现互操作。然而，大多数 BACnet 设备还只限于加热、通风以及空调行业。例如，来自 Reliable Controls公司 的 Mach-Vision 是一个用于直接数字控制应用的可编程用户界面。这种经 BACnet 认证的设备使用一种类似 Basic 的编程语言，具有五个可配置的输入、四个可升级的输出以及闭环能力（图 2）。
协议芯片
与 BACnet 不同，LonWorks 需要在每个控制器中使用来自 Echelon 公司的专有 Neuron 芯片。LonWorks 主要应用于照明、公用事业以及运输行业，在自动化建筑中的安装量高于 BACnet。LonWorks 协议提供了一组服务，使设备应用软件能够通过网络发送和接收信息，而无需了解网络的拓扑结构或名称、地址以及其它设备的功能。LonWorks 协议可以任意提供端到端的信息响应、信息确认以及对实时应用的优先传送。
ModBus 协议是 Modicon公司 在 1979 年开发的一种开放式消息传送结构，它在各个设备间建立起主-从式或客户机-服务器式的通信。ModBus 最初是作为一种可编程逻辑控制器的标准，可存取简单的整数和二进制值。该协议在许多行业得到了充分认知和广泛应用。其主要优势在于简单、易于在低级设备中实现。ModBus是电表、UPS和发电机中使用的标准
评论