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如何优化楼宇和家居自动化设计以提高能效

时间:2020-06-14 15:42来源:澳门金沙 作者:澳门金沙 点击:
随着物联网相关应用在楼宇自动化中的快速推广,人们开始关注利用嵌入式传感器提高安全性和效率的巨大潜力:这
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优化楼宇和家居自动化设计

优化楼宇和家居自动化设计

简介

开发楼宇自动化产品时,能效是其中非常重要的设计考量因素之一。使用单节纽扣电池供电时,有些新型无线智能传感器可以工作五年以上,有些传感器甚至能够持续 10 年或更长时间。在本白皮书中,我将讨论楼宇自动化在能效方面的各种进展。

我们首先了解一下纳瓦级集成电路 (IC) 如何增强功能和降低功耗,以及近期的各种进展如何实现低功耗和长工作寿命。纳瓦级器件的平均电流消耗可以纳安 (nA)(1 安培的十亿分之一)为单位来测量。远程无线智能楼宇传感器中使用的标准 CR2032 纽扣电池在10 年内可提供大约 2,100nA 的电流。

对于在过去两年间推向大众市场的纳瓦级组件,其所需电流比上一代产品的一半还要低。由于设计人员需要在设计时减小电池和电源的空间,他们得以构建出更小的产品。此外,使用传感器和智能器件改造现有住宅、商业和工业等区域时的便利性和安全性也有所提高。由于这些器件使用商品级电池可以工作数年之久,因此无需使用电线,也无需为更换电池编制例行维护产生费用。

随着物联网相关应用在楼宇自动化中的快速推广,人们开始关注利用嵌入式传感器提高安全性和效率的巨大潜力:这些传感器不仅能够检测超大型系统中的个别组件故障,还能通过毫米波雷达监控人类的健康和舒适程度。

楼宇自动化的能效:注意事项、重要性和未来趋势

在能效方面,设计工程师需要考虑很多因素,他们必须在功能、电池预期寿命和电路板各器件的平均电流消耗之间实现性能平衡,还要为设计建立准确的稳态消耗模型。为了尽可能多地减少功耗,很多工程师在设计中非常巧妙地实现了一些功能,从而提高了整体效率。

并非只有电池供电型器件需要考虑能效问题,几乎所有线路供电系统都要进行这方面的考量。例如, 在暖通空调 (HVAC) 行业,美国能源部 (DOE) 为了最大程度降低效率额定值(称为“季节能效比”)

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,制定了更加严格的法规。这些法规继而导致永久分相式电容器电机迅速被电子换向电机取代,后者现成为大多数制造商下一代 HVAC 设备的标配。图 1 对上述两种电机进行了比较。

DOE 认为,尽管消费者承担了上述更昂贵电机的初始成本,但电子换向电机实际上显著提高了能 效,因此可快速获得技术回报 - 到 2030 年,将为美国人节省 90 亿美元以上的家庭用电费用。如需进行高效电子换向电机设计,建议先参阅《具有BOM 低成本、适用于 HVAC 风机的 TI 电子换向电机参考设计》。

下文具体介绍了有关楼宇自动化时下流行的电池供电应用领域 - 楼宇安全,超低功耗产品设计和能效方面有许多体现这一趋势的示例。如下页图 2 中所示,从 2013 年到 2023 年,安防和视频监控市场预计增长约 5%(来源-Omdia,“工业半导体市场追踪报告”,2020 年*)。这一增长将不可避免地促使相关方不断优化安防和视频监控设备的效率。

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在更大的空间和较陈旧的楼宇中,利用电池供电传感器代替时断时续的线路供电可以显著提高成本效益。

人们为了能提高能效,延长了电池寿命,因此楼宇或住宅中的远程传感器能够在比以往更长的时间 内,传递实时环境数据和传感器状况,而且无需使用线路供电。

高能效器件可解决工程设计难题

在楼宇安全应用中,霍尔效应传感器能够利用放在门窗上的低成本磁铁检测到磁场变化。

与 DRV5055 角度评估模块一样,结合使用两个DRV5055 传感器,即可实现二维位置检测。通过这种高级感应法,以及所用的校准方法和校准点数量,可实现 <1° 的高精度,但电流消耗可能较高(典型值约为 12mA)。因此为了最大限度降低功耗,可以使用超低功耗霍尔效应开关,可一次性检测磁场移动。

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(责任编辑:金沙网址|金沙app)
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