使用傳感器、執(zhí)行器使天花板更智能

您是否曾經(jīng)抬頭注意到現(xiàn)代建筑天花板上懸掛的所有互連設(shè)備？今天的智能建筑通常有數(shù)十種傳感器和執(zhí)行器類型，通過(guò)許多并行網(wǎng)絡(luò)互連。常見(jiàn)的例子包括：

安全攝像頭（在模擬或數(shù)字同軸電纜網(wǎng)絡(luò)上）

環(huán)境傳感器和火災(zāi)/煙霧/熱警報(bào)（支持不同的網(wǎng)絡(luò)，通常是雙絞線）

照明設(shè)備（通常由用于主照明的標(biāo)準(zhǔn)斷路器面板電路和用于少數(shù)應(yīng)急裝置的獨(dú)立不間斷電源 [UPS] 電路支持）

Wi-Fi 接入點(diǎn)（由 CAT5/7 以太網(wǎng)或以太網(wǎng)供電 [PoE] 布線到互聯(lián)網(wǎng)路由器支持）

公共廣播揚(yáng)聲器（帶模擬音頻接線）

與管理供暖、通風(fēng)和空調(diào)氣流相關(guān)的執(zhí)行器

控制緊急設(shè)備，例如出口標(biāo)志、灑水噴頭和警報(bào)/頻閃盒

更復(fù)雜的建筑會(huì)增加更多類型的天花板安裝傳感器和執(zhí)行器，它們都需要與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連，包括占用傳感器、數(shù)字標(biāo)牌、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器、緊密分區(qū)的空氣混合箱、單獨(dú)控制的燈具和疏散-輔助裝置。

為包含上述設(shè)備的天花板布線的傳統(tǒng)方法的一個(gè)大問(wèn)題是安裝所有這些不同的網(wǎng)絡(luò)然后將它們與大量傳感器和執(zhí)行器互連相關(guān)的復(fù)雜性、時(shí)間和費(fèi)用。這個(gè)問(wèn)題間接導(dǎo)致了我們?cè)S多人工作的立方體農(nóng)場(chǎng)或開(kāi)放式辦公室計(jì)劃的趨勢(shì)。如果辦公室墻壁一直延伸到天花板，安全法規(guī)要求每個(gè)封閉空間都有自己的一套天花板安全和照明設(shè)備，并連接到六個(gè)或更多網(wǎng)絡(luò)。在一堆桌子或低矮的隔間上建造一個(gè)同質(zhì)的天花板并且從不改變它比安裝和管理高墻所必需的所有這些網(wǎng)絡(luò)的頻繁變化要便宜得多。

智能天花板救援

這就是智能天花板的用武之地。在常見(jiàn)的實(shí)施中，PoE 用于通過(guò)公共雙絞線網(wǎng)絡(luò)為所有天花板安裝設(shè)備供電并與其通信。中央 PoE 交換機(jī)通常安裝在與所服務(wù)空間相鄰的配線柜中，并將 CAT7 線拉到每個(gè)天花板設(shè)備的位置。因?yàn)檫@些電線很便宜，所以可以運(yùn)行一些額外的連接并將其盤(pán)繞在天花板上方，以服務(wù)于未來(lái)的設(shè)備。中央交換機(jī)連接到建筑物的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，以提供足夠的帶寬來(lái)管理預(yù)期的流量并將傳感器和執(zhí)行器連接到互聯(lián)網(wǎng)。該開(kāi)關(guān)連接到建筑物的配電系統(tǒng)，以提供足夠的能量來(lái)運(yùn)行所有安裝在天花板上的設(shè)備。UPS 的大小可以調(diào)整為通過(guò)電池或發(fā)電機(jī)為對(duì)建筑物的安全或任務(wù)至關(guān)重要的設(shè)備子集供電。中央交換機(jī)還可以包括本地邊緣計(jì)算處理器，能夠提供智能天花板系統(tǒng)的本地分析和控制，而無(wú)需將大量數(shù)據(jù)來(lái)回發(fā)送到云端。

在上述場(chǎng)景中添加或重新配置智能天花板設(shè)備很簡(jiǎn)單。只需打開(kāi)天花板，找到以太網(wǎng)電纜，安裝設(shè)備并將其插入。工會(huì)電工通常不需要在 PoE 網(wǎng)絡(luò)上處理低壓物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備，因此標(biāo)準(zhǔn)建筑維護(hù)人員可以做它。設(shè)備范圍從簡(jiǎn)單的溫度傳感器到基于 LED 的智能照明燈具（在 60W PoE 的可用能量下可以像約 400 瓦的白熾燈一樣亮）到數(shù)字標(biāo)牌。PoE 交換機(jī)可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，配置其數(shù)據(jù)和供電，并將應(yīng)用程序加載到充分利用其功能所需的本地邊緣處理器中。

我們可以進(jìn)一步提高智能天花板的多功能性、效率和便利性。類似于軌道燈軌道的設(shè)備可以在其長(zhǎng)度的任何位置接受 PoE 設(shè)備。如果將這些軌道中的許多軌道集成到吊頂支撐軌中并包括所需的網(wǎng)絡(luò)布線，那么物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)際上可以懸掛在 2' x 2' 網(wǎng)格上的任何位置。需要更多的燈光、風(fēng)扇、更好的 Wi-Fi 覆蓋范圍或工作地點(diǎn)上方的數(shù)字標(biāo)牌？只需拿起您的梯子，然后使用類似于軌道燈上的鎖定緊固件將所需的設(shè)備卡在軌道上。不到一秒鐘，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)發(fā)現(xiàn)、配置并啟用新設(shè)備。我的美國(guó)專利 10,030,398討論了這種系統(tǒng)。

更進(jìn)一步，天花板安裝設(shè)備的實(shí)際放置和移動(dòng)可以使用機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。軌道不是軌道燈類型的互連，而是可以支持一隊(duì)小型機(jī)動(dòng)穿梭車，這些穿梭車在天花板上移動(dòng)，將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備定位在建筑物居住者或建筑自動(dòng)化軟件命令它們?nèi)サ娜魏蔚胤?。跨越天花板的許多平行軌道之間的開(kāi)關(guān)允許穿梭機(jī)到達(dá)新的地方或繞過(guò)彼此。儲(chǔ)藏室保存著各種備用設(shè)備的庫(kù)存，隨時(shí)可以根據(jù)要求移到天花板上。該系統(tǒng)將使用集成到軌道中的滑動(dòng)觸點(diǎn)和母線為每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（以及承載它的機(jī)器人穿梭車）供電。與設(shè)備和穿梭車的數(shù)據(jù)連接將通過(guò)軌道內(nèi)的光束進(jìn)行，也可以通過(guò)無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。我的美國(guó)專利 10,148,355詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)。

結(jié)論

智能建筑需要智能天花板。配置和重新配置安裝在天花板上的設(shè)備可能既昂貴又低效，但是轉(zhuǎn)向具有集成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和本地邊緣計(jì)算的智能天花板技術(shù)可以真正改善這種情況。最先進(jìn)的智能天花板將使用可重新配置的軌道和機(jī)器人技術(shù)來(lái)提供高度動(dòng)態(tài)和定制的環(huán)境。

CHARLES C. BYERS 是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的副首席技術(shù)官，現(xiàn)在加入了 OpenFog。他致力于邊緣霧計(jì)算系統(tǒng)、通用平臺(tái)、媒體處理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)和實(shí)施。此前，他是思科的首席工程師和平臺(tái)架構(gòu)師，以及阿爾卡特朗訊的貝爾實(shí)驗(yàn)室研究員。在電信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的三十年中，他在語(yǔ)音交換、寬帶接入、融合網(wǎng)絡(luò)、VoIP、多媒體、視頻、模塊化平臺(tái)、邊緣霧計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。他還是多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)者，包括擔(dān)任工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟和 OpenFog 聯(lián)盟的首席技術(shù)官，并且是 PICMG 的 AdvancedTCA、AdvancedMC、

Byers 先生在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校獲得電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)士學(xué)位以及電氣工程碩士學(xué)位。在業(yè)余時(shí)間，他喜歡旅行、烹飪、騎自行車和在他的工作室里修修補(bǔ)補(bǔ)。他擁有 80 多項(xiàng)美國(guó)專利。

審核編輯黃宇