簡析建筑安防系統(tǒng)演變和新時代解決方案

近年來，在消費電子產(chǎn)品用戶體驗、政府新的立法以及追求系統(tǒng)高效率的需求下，針對建筑安防系統(tǒng)或入侵檢測系統(tǒng)解決方案的市場要求和功能設(shè)計目標(biāo)明顯升高。傳統(tǒng)傳感器類型、連接性、控制接口和供電都受到不同程度的影響，使這些普遍應(yīng)用的外觀和運行發(fā)生重大變革。

傳統(tǒng)的入侵檢測系統(tǒng)大都是由一組簡單的硬件連接而成，硬件包括控制面板、門/窗觸點或者被動式運動傳感器(或兩個)，這種系統(tǒng)具有非常低的軟件集成度和/或操作復(fù)雜性。但是，在過去十年里，居住和商業(yè)建筑客戶需求已經(jīng)不僅影響了分立組件的復(fù)雜性和實用性，而且還影響了這些系統(tǒng)解決方案的完整功能性。

圖1. 傳統(tǒng)入侵檢測系統(tǒng)解決方案部署硬件包。

這種演變的首要驅(qū)動因素之一是新的政府立法，在全球許多地區(qū)，尤其是人口類別存在巨大差別的發(fā)展中國家。新立法的最大轉(zhuǎn)變之一是，必須先驗證危險，才可分派緊急服務(wù)。這是因為，誤報警率和市政資源（警察、消防系統(tǒng)、EMS）的錯誤出勤率已大幅提高。為了實施這項強制規(guī)定，政府已經(jīng)采取了兩項獨立但相關(guān)聯(lián)的措施。首先，系統(tǒng)部署OEM向硬件本身添加了新的傳感器技術(shù)，其次，系統(tǒng)服務(wù)提供商提高了人員遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。

以下是這些措施如何發(fā)揮作用的一個示例：

傳統(tǒng)運動傳感器基于一個單點或雙點被動式紅外(PIR)傳感器元件。PIR傳感器通過識別視場內(nèi)熱標(biāo)識的變化來運行。盡管可被一些用例所接受，但PIR傳感器只能用于檢測或確定是否存在對象(人、寵物、車輛)，不能識別所檢測來源的類型。

為了區(qū)分或分類被測對象，必須向系統(tǒng)添加其他種類的傳感器。為了應(yīng)對這種需求并提高整體精度、可靠性和整個系統(tǒng)的性能，越來越多的安防運動傳感器節(jié)點加入了圖像捕捉功能。PIR檢測元件仍然存在，但在這種高級配置中，PIR用作喚醒圖像捕捉子系統(tǒng)的觸發(fā)器，隨后圖像捕捉子系統(tǒng)會抓取一個或兩個圖像幀，并將其發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控站進(jìn)行驗證。

服務(wù)提供商的運營中心收到這些圖像后，會安排全天候安保員工檢查傳輸圖像，對觸發(fā)警報的對象(會產(chǎn)生威脅或報警條件)進(jìn)行驗證；只有在完成此驗證步驟后，才可分派應(yīng)急服務(wù)。在單個傳感器節(jié)點內(nèi)部的功能中，也對圖像捕捉功能的功能性進(jìn)行了擴展，現(xiàn)在傳感器還部署了終端信息處理模塊，以便能夠進(jìn)行本地的威脅分析和驗證。這個額外的智能層可減少決策制定延遲，并使數(shù)據(jù)傳輸帶寬保持非常低的水平，因為只需要傳輸數(shù)據(jù)位(標(biāo)志、中斷和通知)，而不需要傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)(多個圖像幀)。

建筑安防解決方案領(lǐng)域的另一個重大進(jìn)步是從有線接口轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線接口，不僅是在單個傳感器節(jié)點和控制面板之間，而且從整個系統(tǒng)部署到其關(guān)聯(lián)遠(yuǎn)程監(jiān)控站或運營中心都出現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)變。幾十年來，傳感器和面板連接都是采用低壓串行信號連接，許多建筑控制應(yīng)用的傳輸線都是RS-485的變種接口。這種硬連線接口工作量很大，而且會增加系統(tǒng)安裝成本。

隨著超低功耗和短程無線技術(shù)的出現(xiàn)，許多制造商已經(jīng)擴展了其硬件系統(tǒng)產(chǎn)品組合，涵蓋無線系統(tǒng)版本，能夠使初始部署更簡單、更輕松。這種轉(zhuǎn)變縮短了實施時間，降低了成本，而且顯著擴大了市場規(guī)模，因為這種方式允許合理的改裝，而不是像過去那樣，只能通過新的建筑銷售來推動市場發(fā)展。此外，在后端連接區(qū)域，過去的入侵檢測系統(tǒng)市場是將電話線或POTS連接與遠(yuǎn)程監(jiān)控站或運營中心一一對應(yīng)，而現(xiàn)在已發(fā)展為利用Wi-Fi/網(wǎng)關(guān)互聯(lián)網(wǎng)鏈接以及地面移動電話網(wǎng)絡(luò)連接，這不僅可拓寬部署選項的發(fā)揮空間，而且還可消除安裝入侵檢測系統(tǒng)所需的固定電話連接。

圖2. 下一代智能運動傳感器的高級內(nèi)部系統(tǒng)框圖。

建筑安防設(shè)備領(lǐng)域的最后一個主要演變區(qū)域是用戶界面。不久前，入侵檢測系統(tǒng)控制面板由簡單的按鈕和旋鈕接口組成。但現(xiàn)在，幾乎所有目標(biāo)消費者群體中，智能手機和平板電腦的使用都非常普及，因而居住和商業(yè)建筑控制設(shè)備(包括入侵檢測系統(tǒng)、恒溫器和煙霧檢測器)的用戶體驗已經(jīng)邁入21世紀(jì)。盡管大部分OEM仍然提供入門級、從簡型設(shè)備選項，但是，中高端產(chǎn)品現(xiàn)在還包含了觸摸屏、背光鍵盤、環(huán)境光檢測和語音控制等功能。其中的大部分功能顯然是系統(tǒng)性能和效用的外觀和感受元素。

環(huán)境光檢測等功能的業(yè)務(wù)價值還可針對系統(tǒng)功耗的重要區(qū)域，以及產(chǎn)品在整個使用壽命內(nèi)的運營成本（有時稱為"總擁有成本"）。雖然這些功能會增加整體系統(tǒng)成本，但是大眾需求使得添加這些功能成為必要，因為這樣才符合消費電子產(chǎn)品的全天候使用期望。OEM的響應(yīng)方式是，將與消費電子產(chǎn)品相關(guān)的功能整合到硬件材料中。即使往前推20年，現(xiàn)在的頂級系統(tǒng)很大程度上也不會被消費者群體認(rèn)可。

實時、按需激活、本地威脅驗證、無線連接、高分辨率控制面板顯示、包括語音控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力的用戶界面，連同流媒體視頻傳送、提供沖擊、振動和聲學(xué)事件檢測等功能的一系列新型傳感器元件，使得此行業(yè)的格局在極短時間內(nèi)發(fā)生了巨變。

圖3. 高性能、功能豐富的入侵檢測系統(tǒng)用戶界面控制面板。

前述所有改進(jìn)和提升都不能以增加系統(tǒng)功耗為代價。隨著傳感器和面板之間的數(shù)據(jù)和控制界面從有線轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線，如本文所述，繼續(xù)依賴交流電源和有線連接完全不可行。使用堆疊電池來增大電池容量并按照定時調(diào)用的方式操作系統(tǒng)特定部分這兩種方式中，OEM不僅增大了建筑安防系統(tǒng)的價值和實用性，而且還維持了功耗預(yù)算——可通過電池/直流電源提供服務(wù)，無論是獨立式，還是與能量采集能力結(jié)合(例如基于高效光伏電池采集元件的子系統(tǒng))。

回顧本文討論的建筑安防或入侵檢測系統(tǒng)的多個升級和演變領(lǐng)域，迫切需要構(gòu)建新的技術(shù)平臺，以便能夠在單輛汽車內(nèi)部整合和促進(jìn)眾多甚至所有的創(chuàng)新技術(shù)。

對于終端設(shè)備制造商自身和入侵檢測系統(tǒng)設(shè)備市場的解決方案提供商而言，都是如此。這些平臺可用作制造商內(nèi)下一代硬件項目的基礎(chǔ)，和/或用作解決方案提供商的參考設(shè)計，目標(biāo)是實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)到本文所述先進(jìn)技術(shù)的平滑過渡，同時縮短客戶產(chǎn)品的上市時間。

本部分包含的眾多創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步之間的清楚定位，以及基本的市場要求，均可通過ADI公司提供的創(chuàng)新技術(shù)實現(xiàn)。無論是基于信號調(diào)理和信號轉(zhuǎn)換功能(ADI的傳統(tǒng)強項)，還是數(shù)字信號處理和電源管理等最近的重點關(guān)注領(lǐng)域，ADI都具有業(yè)界較領(lǐng)先的技術(shù)和穩(wěn)健的解決方案，能夠滿足建筑安防/入侵檢測系統(tǒng)設(shè)備制造商在開發(fā)下一代平臺架構(gòu)時面臨的各種擴展要求。