楼控——揭开传感器的秘密

在楼控系统中，传感器是第一设备，它与被测物体直接相连。其作用是感知测量到的参数变化，并发出相应的信号加以应对。

一、智能建筑中传感器的应用

建筑物内的电梯、水泵、风机、空调等电力设备，以强电驱动为主要工作性质。这类装置一般都是开放式工作，即没有形成闭合环。只需接通电源，设备就能正常工作，至于工作状态、过程、能耗等，在线时无法及时获得数据，更谈不上合理使用和节能。

如今楼控就是将上述电器进行在线监控，通过设置相应的传感器、行程开关、光电控制等，来检测设备的工作状态，并通过线路返回控制室的中央计算机，由计算机得出分析结果，再返回设备终端进行调节，从而为楼宇业主、操作者和住户带来更高效的操作和系统控制。

在自动控制系统中，传感器是第一设备，它与被测物体直接相连。其作用是感知测量到的参数变化，并发出相应的信号加以应对。

二、楼控系统有几个传感器

传感器的选型一般有三个要求：高精度，高稳定性，高灵敏度。

1.温度传感器：

在建筑工程中应用的接触式温度传感器主要是指热电阻、热电偶、PTC硅感应器等，由于温度测量元件与被测介质需要充分的热交换，常常伴随着时间滞后。如果在0℃下Pt1000的电阻为1000Ω，则随温度升高而降低，灵敏度一般为3~4Ω/K，响应速度一般为15~30秒。

2.压力传感器：

常见的有电气式压力传感器，它能把被测压力的变化转化成各种电气量，如电阻、电感等的变化，从而间接测量压力。常见的有差压开关，压力计，静压传感器等。

3.流量传感器：

通常使用的是电磁流量计，根据法拉第电磁感应定律知道，在一个磁场中移动并切割磁力线的导体会产生一个感应电动势，这个感应电动势与流体的体积流量成线性关系。改造后还可采用超声波流量计，便于安装维护。

4.湿度传感器：用于室内空气相对湿度的测量。

5.液位传感器：用来控制水箱、水池等的上下限液位。

该系统接收控制器输出的控制信号，并将其转化为直线位移或角位移，从而改变调节阀的流通截面积，控制被控过程的物料或能量的进出，从而实现对过程参数的自动控制。

6.风阀执行机构：用来控制安装在新风和回风口上的风阀，既可作开关控制，又可作开度控制。执行机构配有通用夹具，可直接夹持于风阀驱动轴上，并配有手动复位钮，故障时可手动调节。执行机构可以根据风管的横截面大小选择不同的扭矩。

7.水管阀门执行机构：与阀门配套使用，有开关式和调整式两种，调整式一般口径较大，在冷热站中控制各系统过程管道的开启和关闭，各种工况之间的切换等；调整式主要用于控制流量，在空调机组中，根据控制器的温湿度设定值来控制回水流量和蒸汽加湿流量，保持温湿度在设定值内。

传感技术在现代智能楼宇系统中的应用，既节能，又智能化管理，数据收集与分析，提高业主的安全性，全面安装保护机制，收集数据提供经营单位的管理，同时还实现了楼宇的消防安全与供暖，通风与暖通空调及制冷系统等这些系统必不可少。

感应器是楼宇智能化中不可或缺的一环，它能在无人控制的环境中对楼宇进行监控，给人们带来极大的方便和经济。

如今，物联网(loT)的基础设施已经相当完善，它的应用已经不再局限于服务器和数据中心，而是广泛用于家庭、办公室和工厂。在物联网的最外围，还有传感器，它们能采集数据，并将其中继到云服务或在本地进行数据处理。

这种传感器的原型系统是一个相对简单的控制系统，例如通过占用探测和温度测量来控制加热和照明，而这种技术现在已经成熟。对用户来说，建筑变得越来越智能，其背后其实是楼控系统智能水平的提高。

使用人工智能(AI)最终将使智能楼宇运营计划不再需要人工规划。用来探测大区域整体占用空间的简单传感器将被更精确的图像传感器所取代，它能够识别个体，提供更个性化的控制方式。动作探测器将为成像系统铺平道路，这些系统可以识别人的脸部，手势，甚至情绪。由智能音箱或虚拟助手实现的音频控制也对它的快速普及起到重要作用。

当建筑物变得更加智能化时，其功能将会扩展，从而为用户提供更加个性化的体验，例如访问控制和其他安全功能。它不仅仅是当房间空置时关灯来达到节能的目的，还包括只允许授权人员进入房间，自动肃清不安全的个人网络访问，确保室内网络安全，甚至帮助查找物品。

三、智慧建筑将带来智能节能

目前照明和加热占总能耗的40%。在当今的网络时代，使用空间探测以及根据环境光线微弱调整照明水平的做法已经过时了。互连式照明的优点在于它可以充分利用当前支持和推动IoT发展的技术。

通讯是其中一个重要的组成部分。无线网状网络简化了智能照明配件的连接，提高了其可靠性。由于以太网供电(PoE)技术的不断成熟，加上LED技术的巨大节能效应，此后就不需要专门聘请电工来安装，使用单根低压以太网电缆就可以实现照明设备的供电和连接。

现在，越来越多的人把它们作为灯具的接线端。他们是智能建筑网络的一个重要组成部分。举例来说，每一种灯都可以有效地作为室内导航的信标。增加照明设备的其它功能，比如空间探测、资产跟踪、环境监测，也变得更加简单。以上功能都可以通过在一个连接装置上集成多个传感器来实现。

这类技术的发展使得建筑可以为使用者提供更多的方便，但是它最终最大的好处就是以更加智能的方式节约能源。

四、传感器，创造更加智能的楼宇

楼控系统的拓扑结构依赖于传感器和执行机构

微控制器或数字信号处理器(DSP)作为系统的核心，将负责协调现有的大量传感器和执行机构。除机电式或固态继电器用于开关灯外，还将包括用于占用探测、环境监测和访问控制的传感器，而现有的执行机构可包括有刷或无刷直流(DC)电动机，用于开关门窗。采用脉宽调制(PWM)等功率调制方式，可实现不同照明级别，从而使单片机/DSP工作性能良好。连接将是有线和无线的结合，因此，可能会使用越来越多的协议。在这些协议中，有些支持因特网使用的相同协议，因此可以直接访问，有些则需要网关。

现在超低功率系统进入了人们的视野。可想而知，MCU、传感器和执行器都是由光或热等来自环境的能量驱动的，因此，虚拟自我维持控制系统具有开发潜力。

智能建筑基础设施中通信网络的开发，应重点考虑范围、功耗和时延这三个因素，其权重取决于实际应用情况。举例来说，在进入黑暗的房间和打开的灯之间，等待时间的差别对居住者来说是很明显的。这种情况下，低延迟非常重要。

与仅仅依赖云处理资源进行本地决策相比，本地处理通常会提供更低的延迟。如果一个感应器能够决定什么时候有人进入房间，并且增加了灯光，它就能全面地提升用户的体验。

发展智能楼宇通讯基础设施应考虑的主要因素。

实现简单易行、功能强大的网状网络，可构成包括灯具、风机等联网设备的小型网络。网络不仅提供了一种超越单个节点扩展网络的方式，而且还在网络中建立了冗余，从而允许通过连接节点的任意组合在网络中传递消息。这就是说，如果局部干扰导致信号灯不能作为路标传递信息，网络会自动重新选择新的路由。所以现在大部分无线协议都采用网状网络。

网络扩展了网络，提供了冗余的路由，多传感器平台可以传送更多信息。

随著科技的进步，将多个传感器整合到一个平台上的可能性越来越大，从而为连接资产创造更大的价值，特别是当主要价值是根据其主要功能来定义的时候。就拿灯具来说，它的主要功能是照明，但同时它也是一种理想的传感器节点，可以用来采集大量数据。

把多个传感器集成到一个设备上，它的价值将得到极大的提高。看起来普通的灯具，却可以成为智能建筑基础设施的重要组成部分。这种小巧且超低功耗的传感器，使得外形小巧的PCB可以方便地容纳多个传感器，用于监控空间，温度，湿度，空气质量等。采用RSL10蓝牙等超低功耗通讯设备的低功耗无线电波，这种多传感器平台可以用一个纽扣电池供电运行数年。

另外，现在还可以完全省去电池，利用从环境中获取的能量来驱动多传感器互联平台。

所以智能传感器可以安装在建筑物内的几乎任何地方。举例来说，相对较小而不引人注意的太阳能电池可以用来收集来自人工照明的足够能量为多传感器平台供电，并定期向网关发送数据。

高能源效率是智能建筑可持续发展的基础。为了达到高能源效率的目标，建筑需要更节能以达到更低的能源消耗，同时还需要采用先进技术的低能源消耗方案。传感器，创造更加智能的建筑！