Teknoloji Haber Geleceğin Yaşam Alanları - Yeni Nesil Binalar ve İnovasyonlar

Bu makale, toplumumuzun her cihaza bir mikroişlemci çipi yerleştirerek ve bunları güvenilir iletişimle birbirine bağlayarak yeni binaları nasıl tamamen otomatikleştirebileceğini araştırıyor. Cihazlar arasında HVAC ekipmanları, cihazlar, kanallardaki motorlu damperler, pencereler üzerindeki termal kapakları hareket ettiren motorlar, ışık anahtarları, ışık soketleri, doluluk sensörleri, sıcaklık sensörleri ve daha fazlası bulunur. Bu, birden fazla teknikle paradan tasarruf sağlayabilir, konforu artırabilir ve enerji tüketimini azaltabilir. Örneğin, bu her odanın sıcaklığını kontrol etmeye ve ısıyı bir odadan diğerine taşımaya yardımcı olabilir. Küresel kabulü kolaylaştırmak ve hatasız çalışmayı sağlamak için muhtemelen tüm cihazlarda aynı ücretsiz ve açık işletim sistemi yazılımına ihtiyaç duyulacaktır.

Etkili iletişim​

Fiziksel bir duvar lambası anahtarını çevirdiğinizde, anahtar ile tavan ampulü arasındaki iletişim %99,999 veya daha fazla çalışır (genellikle "beş dokuz" olarak adlandırılır). Bu pek dikkat çekmez, ancak önemlidir. Bina sakinleri genellikle bina altyapısından daha az güvenilirliğe tahammül etmezler. Kablosuz ve güç hattı iletişiminin önemli ölçüde daha az güvenilir olduğunu ve arıza oranlarının %1 veya daha fazla olduğunu belirtmekte fayda var. Yüksek güvenilirliği sağlamak için, duvarlar içindeki güç kablolarında muhtemelen bir iletişim veri kablosu gerekecektir. Neyse ki, bunu yeni binalara eklemenin maliyeti düşük olacaktır.

Yüksek ve düşük ağırlıklı cihazlar​

Maliyetleri azaltmak için cihazlar iki kategoriye ayrılabilir: hafif ve ağır. "Hafif" 20 W'tan az tüketebilir ve ampuller, anahtarlar, sensörler ve küçük motorlar içerebilirken, "ağır" 110-/220-VAC çıkışları, HVAC ekipmanlarını ve cihazlarını destekler. Kablolama açısından, "hafif" 48-VDC güç ve bir iletişim kablosuyla desteklenebilirken, "ağır" 110-/220-VAC güç ve iki veri kablosuyla desteklenir.

Bir binadaki çoğu cihaz "hafiftir" ve birden fazla teknikle paradan tasarruf etmek için daha düşük voltajlar ve daha düşük güç kullanabilir. Bunlar arasında daha küçük kablolar, daha az boru, daha az güvenlik gereksinimi ve daha ucuz mikrodenetleyici güç kaynakları bulunur.

Tak ve çalıştır gereklilikleri​

Tak ve çalıştır işlemini desteklemek için, cihazların elektriksel, mekanik ve veri iletişimleriyle nasıl bağlandığını tanımlayan standartlara ihtiyaç vardır. Bunlar önerilmeden önce, bileşenlerin tasarlanması, prototiplenmesi, test edilmesi, hata ayıklanması ve iyileştirilmesi gerekir. Sistemin boyutu göz önüne alındığında, bu onlarca ila yüzlerce milyon dolara mal olabilir.

Peki bu girişimi kim finanse edebilir ve çeşitli katılımcıların memnuniyetini karşılamak için nasıl yapılandırılabilir? Milletler dış varlıklar tarafından kontrol edilmeye direnir ve bu nedenle yeni standartların özgür ve açık teknolojiye dayanmasını gerektirebilir. Şirketler paralarını rakiplerine vermeyi göze alamaz ve hükümetler nadiren liderlik sağlar. Bu nedenle, gezegeni iklim değişikliğinden kurtarmayı amaçlayan bir vakıf gerekebilir. Gates Vakfı benzersiz bir şekilde uygundur, çünkü Bill ağlar, cihazlar, işletim sistemleri ve standartlar (örneğin, UPnP ) geliştirme konusunda deneyime sahiptir.

Sistem ihtiyaçları​

Teoride, her biri kendi gereksinim kümesi tarafından yönlendirilen birden fazla yeni nesil sistem geliştirilebilir. İşte gereksinimlerin bir örnek listesi:

• Sistem, konut ve ticari binalarda otomasyon ve kontrol amaçları için cihazdan cihaza iletişimi destekler. Cihazlar arasında HVAC ekipmanı, su ısıtıcıları, cihazlar, kontrol panelleri, kanallardaki motorlu damperler ve fanlar, radyatörlerdeki motorlu vanalar, termal depolama tankları, güneş paneli elektroniği, pencereler üzerindeki termal kapakları hareket ettiren motorlar , doluluk sensörleri, sıcaklık sensörleri ve yangın dedektörleri bulunur.
• Sistem, yukarıdaki cihaz listesinin yönetilmesini , her odadaki sıcaklığın düzenlenmesini, ısının bir odadan diğerine aktarılmasını ve ısı depolama, yer kaynakları, cihazlar ve odalar arasında ısı transferinin yapılmasını destekler.
• Herhangi bir cihaz, ev büyüklüğündeki bir yapı içinde herhangi bir cihazla iletişim kurabilir. Tipik veri hızları ≥%99,999 güvenilirlikle (yani hatasız iletilen veri paketlerinin yüzdesi) 30K bit/saniyedir. Sistem, genellikle daha yüksek veri hızlarında ve daha az güvenilirlikle kablosuz veya güç hattı iletişimi yoluyla iletilen ses, video veya bilgisayar verilerini desteklemez .
• Duvarlara gömülü yeni nesil "hafif" ve "ağır" güç/veri kablolarını destekleyen elektrik gücü ve iletişim standartları geliştirilmiştir. "Hafif" iki 48-VDC güç kablosu, bir veri kablosu ve bir Topraklama kablosu içerirken, "ağır" iki 110-/220-VAC güç kablosu, iki veri kablosu ve bir Topraklama kablosu içerir. Topraklama kablosu normalde akım taşımaz ve bunun yerine RFI ekranlamasını ve kasaya kısa devre yapmaya karşı güvenliği destekler. Bir güç kablosu bir veri kablosuna kısa devre yaparsa cihazlar hasar görmemelidir.
• Değiştirilebilir standartlaştırılmış tak-çalıştır donanım modüllerini tanımlayan mekanik, elektrik ve yazılım standartları geliştirilir. Açık kaynaklı tasarımlar, emtialaştırma yoluyla maliyetleri düşürmek ve yedek parçaların bulunmaması riskini azaltmak için yayınlanır. Orijinal modül üreticilerinin bir binanın ömrü boyunca üretimi sürdürmesi olası değildir ve bina sahipleri, bakımı yapılamazsa binanın değer kaybedeceğini anlar. Bu nedenle, sistem kabulünü kolaylaştırmak için standartlaştırılmış emtialaştırılmış değiştirilebilir modüllere ihtiyaç vardır.
• Güç/veri kablolarına soketleri kolayca eklemek için, iletkenleri açığa çıkarmak ve cıvataları döndürmek için plastiği frezeleyen motorlu bir el aletiyle birlikte standartlaştırılmış bir kapaklı kelepçe soketi geliştirildi ( 4.13 ).
• Ek kullanıcı etkileşimi olmadan modül değişimini desteklemek için her sokete bir E 2 PROM bellek IC'si yerleştirilir ve fiziksel konum ve modül ayarları ile programlanır.
• Modül soketleri, binanın ömrü boyunca sistemin bakımına yardımcı olmak için ek bir tanılama konnektörü sunar. Sıralı elektroniklere sahip özel bir kablo, bu tanılama konnektörünü bir akıllı telefon USB konnektörüne bağlayarak yazılımın arıza kaynaklarını (örneğin, güç yok, veri kablosu kısa devre veya açık) belirlemesine ve bir çözüm önermesine (örneğin, modülü değiştirme, farklı bir soketi araştırma) olanak tanır.
• Veri protokolü CANbus'tır
  Ziyaretçiler için gizlenmiş link, görmek için Giriş yap veya üye ol.
  çünkü düşük maliyetli mikrodenetleyicilere gömülü tek telli iletişim sistemidir. Aygıtlar çoğunlukla düşük güç modunda uyur ve CANbus veri hattı iddia edildiğinde ve aygıtın kimliği tanındığında uyandırılır.
• Fiziksel katman sinyal standartları hem "hafif" hem de "ağır" ağlar için geliştirilmiştir (Ref
  Ziyaretçiler için gizlenmiş link, görmek için Giriş yap veya üye ol.
  ). Örneğin, "hafif" cihazlar akım sınırlı bir veri hattını toprağa kısa devre yaparak sinyal verebilir ve "ağır" cihazlar cihazlar arasında büyük voltaj düşüşlerini desteklemek için optocoupler'larla sinyal verebilir . Fiziksel kablolama topolojisi bir ağaçtır ve bu nedenle iletim hattı sonlandırmasını desteklemez . Bu nedenle, çınlamayı önlemek için yükselme/düşüş sürelerinin uzun olması gerekir (örneğin, 3 µs).
• Tüm cihazların aynı özgür ve açık işletim sistemi yazılımını kullanması gerekir. Geliştiriciler özgür BuildingBus işletim sistemiyle başlar ve ihtiyaç duyuldukça geliştirirler. Bu , son 45 yılda yaklaşık 30 otomasyon ve kontrol sistemi geliştirmiş olan yazar tarafından yazılmıştır . Ayrıntılar için BuildingBus Yazılım Geliştirme Kılavuzu ve Donanım Geliştirme Kılavuzu'na bakın.
• Her güç kablosu bir elektrik kutusu içindeki bir sigortada sonlanır ve her veri kablosu bitişik bir otomasyon kutusunda sonlanır. İkincisi internete bağlıdır.
• Her güç/veri kablosu, aynı veri kablosu boyunca sinyal gönderen bir cihaz kümesini korur ve bu cihazların her biri, her biri kendi veri kablosuna sahip, isteğe bağlı bir cihaz alt ağını destekler. Ayrıca, her alt ağ cihazı, daha fazla izolasyon için isteğe bağlı bir alt-alt-ağ destekler. Sonuç olarak, üç rakamlı bir fiziksel adres her cihazı tanımlar (yani, 0…15 ağ numarası, 0…31 alt ağ numarası, 0…15 alt-alt ağ numarası) ve BuildingBus yazılımı, bu üç katmanlı hiyerarşi içindeki herhangi bir cihazdan herhangi bir diğer cihaza veri paketlerinin yönlendirilmesini destekler . Başka bir deyişle, ev büyüklüğünde bir yapı içinde, herhangi bir cihaz, izolasyon ve güvenilirlikle herhangi bir diğer cihazla konuşabilir.
• ≥%99,999 güvenilirliğe sahip düşük maliyetli, düşük güçlü bir iletişim sistemi geliştirilmiştir ve bu sistem 110-/220-VAC çıkışlarının güç kabloları aracılığıyla takılı cihazlarla iletişim kurmasını sağlar (Ref 13.6 ). İletişim, kullanıcı cihazı düşük durağan bir güç kaynağı aracılığıyla kapattıktan sonra desteklenir . 3-V/1-mA gücünün yılda beş sentten daha az maliyeti olduğunu unutmayın.
• Binalar ve elektrik şirketi arasında standartlaştırılmış iletişimi destekleyen bir sistem geliştirildi. Bu, bina ısısının karbondan arındırılmasını , elektrik fiyatlarının yayınlanmasını, elektrik birimi başına CO2 emisyonlarının yayınlanmasını vb. destekler .
• Akıllı prizlerde yeni nesil LED ampulleri destekleyen standart bir sistem geliştiriliyor .
• Binalar tasarlanırken elektrik mühendislerinin cihazları belirlemesine, elektrikçilerin modülleri monte etmesine, arızaları tespit etmesine ve bina sakinlerinin konforlu bir şekilde yaşamasına yardımcı olan yazılımlar geliştirilmektedir.

Sonuç olarak, bir vakıf, paradan tasarruf sağlayan ve enerji tüketimini azaltan, standartlaştırılmış, açık kaynaklı, yeni nesil bir bina otomasyon ve kontrol sisteminin geliştirilmesini finanse edebilir.