我們已經(jīng)從窯洞走了很長的路。幾千年來，人造房屋和建筑都有通風、排水、供暖、制冷和照明。然而，這些系統(tǒng)的實現(xiàn)方式已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，并且正在再次發(fā)生變化。用于供暖、通風和空調(diào)(HVAC)監(jiān)控和控制的老式無源機械技術(shù)讓位于集成混合信號檢測解決方案的數(shù)字解決方案。設(shè)計工程師可以利用這些來提供更精確的監(jiān)控和控制，并允許通過物聯(lián)網(wǎng)(IoT)進行遠程驗證、診斷和監(jiān)控。

了解用于暖通空調(diào)的新型傳感器

事件，如和隔離，最近重新將我們的注意力集中到供暖，制冷，特別是氣流和空氣質(zhì)量。較老的建筑已經(jīng)表明，生物侵擾可以在潮濕、黑暗的地方，如氣流管道，茁壯成長。舊的機械控制系統(tǒng)無法精確監(jiān)控溫度、濕度、流速、壓力和整個系統(tǒng)的完整性。

盡管機電傳感器和模擬傳感器已經(jīng)出現(xiàn)了相當長的一段時間，但將它們集成到數(shù)字控制環(huán)境中的能力卻很難標準化。設(shè)計工程師使用了多種技術(shù)來監(jiān)控、控制和校準，每個工程師都根據(jù)自己的限制使用自己喜歡的方法。

例如，簡單的氣流閾值檢測器可以是僅檢測空氣是否流動的擋板開關(guān)(圖1和圖2)。即使氣流被慢慢堵塞的過濾器限制，它也會跳閘。在某些時候，過濾器會被堵塞，以至于擋板開關(guān)不會跳閘。到這個時候，氣流系統(tǒng)的功效已經(jīng)在很長一段時間內(nèi)受到損害，并且壓力和張力已經(jīng)施加在氣流鼓風機上。

另一方面，經(jīng)過校準的溫度和濕度補償?shù)臄?shù)字氣流傳感器可以監(jiān)控下降氣流的曲線。這些數(shù)字氣流傳感器可以進行編程，在氣流變得過于狹窄之前向建筑管理員發(fā)出警報，還可以保護鼓風機電機免受電流過大和過熱的影響，從而延長電機和系統(tǒng)的壽命。

舉個例子，安費諾ELV模擬和數(shù)字壓力傳感器帶模擬輸出、數(shù)字串行外設(shè)接口(SPI)或I2c串行輸出，有和差分兩種版本，精度為0.25%，分辨率為14位。這些現(xiàn)成的校準設(shè)備的量程為0.5psi到150psi (3.45kPa-1034kPa)，可承受245°c溫度。電源工作電壓選項包括3V、3.3V和5V，以及0%至95%相對濕度(RH)的非冷凝濕度限值。對于惡劣環(huán)境應用，可訂購保護性聚對二甲苯涂層選項。這些數(shù)字壓力傳感器可以輕松融入您的下一個設(shè)計。

串行傳感器

每個傳感器和致動器之間的電線線束降低了可靠性并增加了復雜性，連接越多，可靠性越低。因此，串行傳感器系統(tǒng)已經(jīng)成為事實上的標準。使用RS-485、RS-232、控制區(qū)域網(wǎng)絡(CAN)總線、I2SPI意味著傳感器系統(tǒng)可以由幾根電線供電和控制。數(shù)字控制系統(tǒng)還可以檢測串行傳感器是否沒有響應。這允許控制系統(tǒng)結(jié)合保護電路和建筑物的安全機制。

另一個好處是串行傳感器可以菊花鏈連接。設(shè)計工程師不必在電路板上為每個傳感器添加連接器和電纜，也不必為最遠的傳感器鋪設(shè)超長電纜。

初始化和加固系列的一個例子是帶Modbus的Amphenol高級傳感器Telaire T9501 IP67 RH & T傳感器 (圖3).這些校準和溫度補償?shù)膫鞲衅飨到y(tǒng)防水等級達到IP67規(guī)格，并且可以與Modbus和RS-485信號進行菊花鏈連接，以簡化互連。這些器件還具有14位分辨率，相對濕度精度為+/-2%，溫度精度為0.5%。

取而代之的是，傳感器系統(tǒng)可以充當信號中繼器，其擴展了單獨的通信收發(fā)器(圖3).為了消除公共電纜上的IR壓降，可以沿串行傳感器總線傳輸交流電，并在本地進行整流，以便為傳感器子系統(tǒng)供電。

菊花鏈式串行總線拓撲可以互連長串的傳感器模塊(圖4).每一個都充當端點傳感器的中繼器，從端點傳感器返回一個強信號給微控制器。交流電源由每個傳感器進行局部整流，以克服布線中的IR損耗。

注意，采用這種方法，每個傳感器都需要單獨尋址。我2c傳感器都有的地址，但RS-485、RS-232和SPI傳感器需要本地智能。幸運的是，小型、低成本和低功耗微控制器可以輕松集成到特定傳感器中，從而將傳感器系統(tǒng)的自測和診斷能力提升到新的水平。

本地和訪問

工程師們知道，需要適應建筑物溫度、濕度、照明和氣流的本地訪問和控制。甚至多個區(qū)域也需要單獨控制。舉個例子，一個酒店可能有幾十個甚至幾百個房間。每個房間都需要自己的環(huán)境控制，因為每個人都有自己的舒適要求。一些老年人可能希望他們的酒店房間設(shè)置為溫暖的27 ℃,但一般人不希望住在炎熱的酒店房間。

本地訪問是必須的，但是全局或遠程訪問呢？酒店房間很可能不需要訪問，但本地公用事業(yè)公司可能需要遠程訪問。來自電力公司的高峰需求負載約束使得期望對設(shè)施的總實時電力汲取進行限制，以便不支付過高的價格。

在這種情況下，可以控制和排序某些非關(guān)鍵系統(tǒng)，使其不超過閾值或?qū)崟r電力消耗。盡管高峰需求負荷今天還沒有被普遍實施，但它即將到來，尤其是在一個對能源效率和溫室氣體排放越來越敏感的世界。

其他因素

安全性以及防范攻擊和惡作劇的能力是的。無論你是在酒店房間還是在工廠工作，你都不希望受到不必要的訪問。

技術(shù)數(shù)字化的另一個因素是使用智能人工智能系統(tǒng)學習特征和行為的能力。在我們的酒店房間示例中，智能傳感器可以檢測到居住者何時離開房間。環(huán)境控制可以關(guān)閉，節(jié)省大量能源。當入住者進入酒店時，射頻識別(RFID)可以檢測并開啟環(huán)境控制。

例如，還可以通過監(jiān)控壓縮機的冷卻劑壓力來節(jié)能。在某個時候，它會變得飽和，連續(xù)運行不會使它變得更冷。盡早關(guān)掉它可以節(jié)省能源，而且?guī)缀鯖]有壞處。

隨著它的學習，AI還可以確定哪些服務可以暫時關(guān)閉，而不會影響整體性能。例如，可以暫時關(guān)閉熱水器，讓鼓風機打開。當打開時，它可以吸收大量的浪涌電流，這些浪涌電流將超過峰值需求負載限制，但是一旦鼓風機平穩(wěn)運行，并且電流吸收正常化，熱水器就可以再次打開。沒有明顯的服務中斷，但是節(jié)省了能量和金錢。

結(jié)論

隨著社會重新關(guān)注供暖、制冷、氣流和空氣質(zhì)量，為我們的住宅和建筑增加智能可以在減少我們的消耗和排放方面發(fā)揮作用，特別是在世界人口增加和資源減少的情況下。我們已經(jīng)看到模擬傳感器出現(xiàn)了一段時間，但將它們集成到數(shù)字控制環(huán)境中也帶來了挑戰(zhàn)。串行傳感器系統(tǒng)為工程師帶來諸多好處。鑒于當前的數(shù)字環(huán)境和隨之而來的要求，這種類型的感測似乎是有意義的。