在建筑自動化系統(tǒng)內節(jié)省能源

1、在建筑自動化系統(tǒng)內節(jié)省能源 今天許多現(xiàn)代建造系統(tǒng)皆仰賴無線銜接，不僅可簡化安裝程序，亦適合迅速調節(jié)與擴張，不過省去線路的同時，設計師需要以電池供電，卻又由于得定期更換電池，影響整體系統(tǒng)成本。這些系統(tǒng)的難處在于打造高效能計劃，除了延伸電池壽命，在攸關生命平安的應用中，更得確保運作穩(wěn)定。概述按照2013年市場與市場預估及其他數(shù)據(jù)源，因為人們追求讓工作與生活空間變得更平安、更舒服、更有效率，全球建造自動化市場將在2018年增至近500億美元。這塊市場擴張部分緣由在于無線問世，故可輕松安裝、擴大與調節(jié)，安裝成本一大部分在于人工架設線路與銅價上揚，無線自動化基礎架構可大幅壓低成本，卻也為系統(tǒng)擁有者增強一

2、項長久成本，由于沒有線路后，系統(tǒng)必需仰賴電池運作。電池替換成本不一，且依據(jù)傳感器所在位置（如6公尺高的天花板或難以觸及地點），可能需要大量勞力。在抱負世界中，電池在傳感器用法年限內永久不必更換，但受限于電池化學反應老化或老舊傳感器耗電，這種主意不切實際，故多數(shù)無線建造自動化系統(tǒng)里，電池壽命5年為基本要求，10年至15年則較具優(yōu)勢。削減能源損耗設計師可透過多項領域，延伸電池替換期限，首先了解需要傳感器運作的環(huán)境，通常是與其他傳感器共組成網(wǎng)絡，在網(wǎng)狀結構中，部分傳感器為終端或中繼器。因為射頻傳輸是傳感器最大耗能來源，此種配置可提高能源效能，藉由降低傳輸耗能與透過路由器重復訊息，可形成極低功率網(wǎng)絡，

3、此種拓樸通常用于以ieee 802.15.4為基礎的無線網(wǎng)絡，例如或6lowpan。在zigbee等網(wǎng)狀結構中，如何同步是一項問題，路由器節(jié)點必需隨時待命，若節(jié)點發(fā)出訊息，或是訊息送至節(jié)點，將會（先儲存）再轉發(fā)至其他可用節(jié)點。在超低功率裝置內，休眠模式會大幅降低用電量，包括射頻接收器等裝置內多數(shù)區(qū)塊都暫停運作，此時路由器節(jié)點必需通電（例如用法溝通電），以監(jiān)控休眠節(jié)點在運作時發(fā)出的訊息，故用電量相當不對稱，傳感器節(jié)點耗能極低，并長久休眠，而路由器節(jié)點（也可能是傳感器）持續(xù)供電，并維持接收器運作。若希翼在超低功率網(wǎng)絡中，省略以線路供電的路由器，定時必需十分精準，但此舉可能提高每個節(jié)點的成本與復雜度

4、，囫圇網(wǎng)絡必需在極短時光內清醒、交流、再次休眠，每次周期之間距離愈長，定時需求就愈高，若網(wǎng)絡內某個節(jié)點未趕上同步，就得持續(xù)運作，直至下次清醒周期再重新同步，這種狀況必需盡可能避開在電池供電網(wǎng)絡內發(fā)生。在最實際的無線網(wǎng)絡中，路由器持續(xù)由線路或以太網(wǎng)絡供電，而節(jié)點在電池供電狀況下，必需盡可能提高效能，通常微控制器會關閉及全部非須要裝置，而傳感器也將關閉全部設備。之后微控制器進入低功率模式，仰賴定時器定期清醒、啟動系統(tǒng)、傳送各項訊息，再進入休眠模式。工作周期將打算用電量，以下算式依據(jù)休眠與清醒的用電量，估算電池壽命：運作時光（t，單位小時）取決于工作周期，由可用能源（ea，單位瓦時）除以用電量（p，

5、單位瓦特），算式亦可進一步擴大。容量（c，單位安培小時），vs與ve分離為放電起點與盡頭，pw與ps分離為清醒周期與休眠周期的用電量（單位瓦特），d為清醒階段的工作周期（零至一）。而在用法年限超過五年的應用狀況中，降額定值因子則用來調節(jié)電池容量損耗；電源轉換器效能（eff）會影響表現(xiàn)，因此也得納入考慮，通常效能范圍介于80%（eff = 0.8）至95%（eff = 0.95）之間。這項設計其中一部分會做電源來源的挑選，此電源必需在連續(xù)10年至20年后效能仍不會大幅衰減，以及在低功率條件下維持高效能的電源轉換器（如切換穩(wěn)壓器），前者可選用鋰亞硫酸氯電池（li/socl2），這種產品自一九七零年

6、月問世至今，電池壽命極長（10年至25年以上），也應用在偏遠電表及其他電池供電無線系統(tǒng)中，普通電壓為3.6 v，且運作溫度范圍較大（55°c至125°c）。若用法單一鋰電池，傳感器節(jié)點設計可能讓輸出從3.0 v至3.6 v區(qū)間提高到5.0 v，或是用法tps63001等升降壓轉換器，維持輸出在3.3 v，并在升降壓狀況下最高提供800 ma。這項特點相當重要，由于射頻發(fā)送器可能需要大額眨眼，況且在休眠周期里，轉換器大多無負載，必需能自動進入脈沖頻率調變或其他脈沖省略技術，才干轉換電源。微控制器即便進入低功率模式，在休眠周期內仍會持續(xù)運作，也依舊會造成能源損耗。但起碼定時器必需隨主核心關閉，以節(jié)約能源。不過即使是這種配置，仍可能浮現(xiàn)少量毫安，縱然是等頂尖低功率微控制器，在備用模式還是需要約0.3 a的電流。新式解決計劃采納針對長休眠期特制的定時裝置，tpl5000具備可編程分配器，提供最高間隔64秒的清醒脈沖，運作時用電量僅30 na，在極長休眠周期下，最多能為電池供電的無線傳感器延伸兩年用法年限。（請見下圖）結論隨著電池供電的無線網(wǎng)絡日漸增強，安裝者與擁有者希翼延伸電池