Fondasi teknologi yang hilang untuk bangunan pintar

Dari sudut pandang teknik, kita dapat dengan mudah membuat bangunan lebih pintar karena kita sudah memiliki prosesor dan perangkat lunak yang diperlukan. Insinyur dapat menempatkan prosesor kecil seharga $3 di setiap lokasi dan menghubungkannya bersama-sama. Lokasi ini termasuk sakelar lampu, soket lampu, motor yang memindahkan penutup termal ke jendela, dan pompa yang memindahkan air dari tangki penyimpanan termal ke katup radiator.

Lalu ada peralatan besar, termostat, sensor suhu, sensor hunian, dan detektor kebakaran. Perangkat ini dapat mengontrol udara sentral yang mengalir ke setiap ruangan, memindahkan udara dari satu ruangan ke ruangan lain dengan sistem HVAC sentral, dan memanaskan atau mendinginkan tangki penyimpanan air panas melalui solar untuk digunakan saat matahari tidak bersinar. Selain itu, mereka dapat memindahkan air bawah tanah 60°F ke dalam pompa panas, mengontrol penutup jendela termal bermotor yang tertanam di dinding yang dapat digeser sesuai kebutuhan, dan menyesuaikan penerangan di setiap bola lampu.

Jadi apa masalahnya?

Ada beberapa alasan mengapa hal di atas tidak terjadi:

• Kami tidak memiliki sistem komunikasi standar yang diterima di gedung yang dapat menghubungkan prosesor dengan keandalan 99,999% dan dengan biaya rendah. “Lima 9 detik” berarti sistem gagal rata-rata 10 menit per tahun.
• Kami tidak memiliki sistem operasi (OS) standar yang diterima yang berfungsi di semua perangkat di gedung. Kami memiliki Windows untuk komputer, iOS di iPhone, dan Android di smartphone lain. Itu memungkinkan perangkat komputasi ini untuk berkoordinasi dan terhubung ke berbagai paket perangkat lunak. Namun, kami tidak memiliki OS yang diterima untuk perangkat bangunan pintar, sehingga sulit untuk mengintegrasikan beberapa perangkat pintar di gedung dengan cara plug-and-play.

Cara memastikan keandalan

Ketika seseorang menyalakan sakelar lampu dinding fisik, komunikasi antara sakelar dan bola lampu langit-langit beroperasi 99,999% setiap saat. Ini adalah poin halus yang mendapat sedikit perhatian, namun penting. Penghuni dan pembangun tidak menerima keandalan yang lebih rendah dari infrastruktur bangunan umum.

Perlu dicatat bahwa komunikasi nirkabel dan saluran listrik secara signifikan kurang dapat diandalkan dengan tingkat kegagalan pada urutan 1% hingga 10%. Hal ini disebabkan oleh zona mati, spektrum yang ramai, rasio signal-to-noise yang rendah, antena yang terlalu kecil, dan sinyal yang terhalang. Komunikasi saluran listrik melibatkan penempatan sinyal data pada kabel listrik, namun sinyal harus diarahkan ke kotak sekering dan kemudian keluar; bercampur dengan penurunan tegangan dinamis besar-besaran di sepanjang kabel daya, dan itu sering menyebabkan kesalahan.

Di sini, jika para insinyur ingin menggunakan MCU berbiaya rendah untuk membangun jaringan, mereka memerlukan kabel yang mendukung bus CAN, sistem jaringan yang digunakan oleh mobil untuk menghubungkan sensor dan aktuator. Ini akan melindungi kabel data dari kerusakan jika tidak sengaja terhubung ke kabel listrik.

Ada jenis topologi pengkabelan yang disebut “pohon”, yang berarti satu kabel terhubung ke beberapa perangkat dan memiliki cabang yang tidak bercabang. Seseorang akan membutuhkan sistem kabel data yang mendukung ini, karena kabel daya dan geometri bangunan dikonfigurasi seperti cabang di pohon. Ini berbeda dengan Ethernet, yang memiliki satu kabel antara dua perangkat dan dari daisy-chain yang memiliki beberapa perangkat di sepanjang satu kabel tanpa cabang.

Aplikasi ringan dan berat

Seseorang dapat membagi konsumen di gedung pintar menjadi dua kategori:ringan dan berat. Kategori ringan mengkonsumsi kurang dari 20 W, sedangkan pengguna berat mengkonsumsi lebih banyak. Kategori lampu termasuk bohlam LED, sakelar lampu, termostat, sensor suhu, sensor hunian, detektor kebakaran, motor untuk penutup termal jendela, motor untuk tirai dan kerai, motor untuk peredam di saluran/ventilasi, dan katup radiator. Kategori berat mencakup 110/220 V_AC stopkontak, HVAC, peralatan besar, dan kipas angin.

Misalnya, bohlam LED 10-W mengkonsumsi 0,1 A pada 110 V_AC , dan sekarang 1/200 ^th dari sekering 20-A. Sebagian besar perangkat di gedung termasuk dalam kategori ringan. Untuk menghemat uang, para insinyur dapat menghubungkan perangkat ringan dengan voltase daya yang lebih rendah dan kabel daya yang lebih kecil. Misalnya, cahaya dapat mengarahkan 48 V_DC nyalakan kabel 18-awg sementara aplikasi berat dapat menggunakan 110/220 V_AC tradisional nyalakan kabel 14-awg.

48 V_DC daya melibatkan elektronik berbiaya lebih rendah dan perlindungan kabel data. Selanjutnya, 48 V_DC memerlukan kode bangunan dengan pembatasan kabel yang lebih sedikit. Jadi, jika sebagian besar perangkat ditenagai dengan 48 V_DC yang lebih murah , para insinyur berpotensi mengalihkan uang yang disimpan untuk menggabungkan perangkat pintar berjaringan di setiap lokasi.

Jaringan otomatisasi terhubung dari lokasi pusat di seluruh gedung. Sumber:Manhattan 2

Perangkat lunak umum di semua perangkat

Jika para insinyur menginginkan perangkat pintar dengan biaya rendah dan keandalan tinggi, hanya ada satu cara untuk melakukannya:menempatkan perangkat lunak yang sama ke semua perangkat. Ini juga satu-satunya cara untuk membuat dunia setuju untuk menjadikannya gratis dan terbuka, yang berarti siapa pun dapat menggunakan dan mengubahnya tanpa biaya. Ada satu persyaratan lagi:kualitas. Sistem tidak akan diterima dengan baik jika bermasalah dan tidak terdokumentasi dengan baik.

Ada protokol jaringan yang ada yang menentukan bagaimana perangkat berinteraksi, namun tidak menyertakan perangkat lunak yang memfasilitasi sistem cerdas yang lengkap. Jadi, mahasiswa teknik sedang mengerjakan sistem operasi perangkat pintar yang gratis dan terbuka di UMass Amherst dan sekolah lain yang disebut BuildingBus.

Perangkat apa pun dapat mengirim pesan ke perangkat lain mana pun; dapat membaca atau menulis port apa pun dalam perangkat lain apa pun; dapat menerima perpustakaan yang berisi informasi tentang perangkat lain; dapat memantau sensor dari perangkat lain dalam waktu nyata semu; dan dapat mengirim perintah ke perangkat lain. Karena setiap perangkat mengetahui perangkat lunak apa yang berjalan di perangkat lain, perangkat tersebut dapat dengan mudah mengoordinasikan aktivitas sambil menampilkan toleransi kesalahan, keandalan tinggi, dan plug-and-play.

Sistem operasi yang sama pada semua perangkat dan sistem komunikasi yang andal dapat membuat bangunan lebih cerdas dan lebih hemat energi dengan biaya rendah. Para peneliti sudah mengerjakan ini. Namun, tidak jelas inisiatif mana yang akan menghasilkan solusi terbaik, dan di tahun-tahun mendatang, kita mungkin akan melihat beberapa solusi muncul untuk membuat bangunan lebih cerdas.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan di situs saudara kami, EDN .