物 联网 (IoT) 为新老建筑带来大量建筑自动化方面的机遇。通过物联网智能建筑解决方案,业主和物业管理员可以提高能源效率,降低维护成本,提高住户舒适度。但是,和任何新技术一样,开发人员和系统集成商必须作出正确选择,以确保解决方案具有价格竞争力,并且提供承诺的节约和效率。
本文中,我们考察将建筑系统与云端连接的优势和要求。我们研究一个专为智能建筑应用设计的物联网网关解决方案。我们介绍该网关的独特模块化结构,以及如何实现帮助解决方案永不过时的升级和自定义(图 1)。我们还考虑使用 Intel® 物联网网关技术提供高端连接性、管理和安全功能。最后,我们讨论网关的 Intel® Quark™ 处理器对可靠性、软件灵活性和能源效率的贡献。
Figure 1: AAEON AIOT-DRM 采用用于智能建筑应用的 独有模块化物联网网关设计。
智能建筑的优势
随着人口不断增多,城镇化程度不断提高,节约取暖、制冷和照明使用的能源从底线和能源节约角度来说都是一个需要优先考虑的重要问题。将照明控制系统、温控装置、HVAC 系统以及其他建筑设备与物联网连接,可以收集实时能源使用模式的数据。这些数据可以用于指导远程自动建筑系统调节,以提高能源效率并降低能源成本。在许多国家,物联网建筑管理系统帮助建筑师满足环保建筑规范和对抗气候变化的目标。
密切监测建筑系统对维护和安全起到重要作用。例如,可以指示风扇电机开始出现故障的传感器可以提醒维护人员注意即将影响住户的故障。还可以提供产品可靠性的重要数据,用于指导未来采购决策。设备(如电梯)上的传感器可以指示组件何时在规格外工作,在出现受伤风险前提示需要更换或维修。
从住户角度来说,协调照明、温度、湿度和通风等居住数据可以改善舒适度。在阳光明媚的日子,传感器可以启动遮阳或窗户变暗系统。如果房间里没有人,传感器可以调节照明、取暖和制冷控制以节约能源。在云端收集这些活动的数据允许建筑管理员跟踪建筑使用模式,根据需要进行远程调节。
对于开发人员和系统集成商,智能建筑市场的越来越受欢迎带来了巨大机遇。2015 年 ,市场研究公司 Memooria 发布一份报告 “The Transformation of BAS into the Building Internet of Things 2015 t o 2020”(BAS 在 2015 年 到 2020 年 向建筑物联网的转化)。文中他们预计,物联网智能建筑市场将从 2014 年 的 460 亿 美元增长至 2020 年 的 1550 亿 美元。
智能建筑挑战
有效的物联网建筑自动化系统 (BAS) 使用传感器和设施物联网网关收集系统数据,并对需要本地应对的内容立刻采取措施。它还将数据发送到云端进行分析,寻找更多提高操作效率、舒适度和安全性的机会。
根据建筑规模、传感器和网关数量、跟踪和分析的参数以及自动化程度,这样的智能建筑系统可以很简单也可以很复杂。例如,考虑具有零售、公寓和办公区域的现代摩天大楼。传感器可以跟踪居住情况、照明系统、取暖、制冷、湿度、风扇、窗户遮阳、门禁、噪音等情况。这些系统使用的各种设备的数据可以是数字或模拟数据。收集和传输这些数据通常需要使用有线和无线技术,以及众多协议(图 2)。
Figure 2: 收集和传输建筑数据需要使用有线和无线技术以及众多协议。
对于任何基于 Internet 的解决方案,安全性都是头等大事。一些建筑管理数据可视为专有数据,或者包含住户个人数据。还存在外人或不满住户进行破坏或捣乱的行为。
为智能建筑设计的物联网网关
选择智能物联网网关是开发人员和系统集成商解决众多智能建筑挑战的一种方法。AAEON AIOT-DRM 建筑管理系统是一个不错的例子。该系统以最新 Intel 物联网网关技术为基础,提供一个安全可靠的解决方案,用于收集传感器数据,执行初始处理和筛选,并与云端或后端服务器交换信息(图 3)。
Figure 3: AAEON AIOT-DRM 建筑管理系统提供一个安全可靠的解决方案,用于收集传感器数据和与云端或后端服务器交换信息。
独有的模块化三阶金字塔设计方便自定义和升级,实现最大灵活性并且永不过时。随着技术需求的增长和变化,AIOT-DRM 能够相应增长和改变。
从上到下,装置包括以下堆叠层,并通过背板连接以形成一个紧凑系统:
用于 Internet 访问和扩展的外围设备连接板。连接选项包括一个 RS-232、一个 USB 2.0、一个 mini USB 2.1 和一个 10/100 Mbps Ethernet 端口 – 以及一个位于模块背面的 Mini-PCI Express* (mPCIe*) 插槽。
用于计算的 CPU 板。此层采用具有工业温度范围的 Intel® Quark™ SoC X1021 以及 512 MB DDR3。一个 4 GB eMMC 处理存储。
用于模数转换的 I/O 板。包括六个数字输入 (DI) 端口、两个数字输出 (DO) 端口、一个隔离 RS-485、四个模数转换器 (ADC) 以及一个数模转换器 (DAC)。
对于监控用途,ADC 检测并转换模拟信号 – 例如用于温度、压力和声音的信号。DAC 允许控制端的数字信号激活模拟末端设备,实现远程功能控制,如调节报警音量。针对安全连接性,每个 DIO 和 ADC 连接点都设有孔,用于拧紧连接和外壳螺钉。
网关名称中的 “DRM” 指 “DIN-rail mountable”(可 DIN 轨道 安装)。AIOT-DRM 垂直安装在单个 DIN 轨道上,或水平安装在平坦表面。装置尺寸小 (224.5 x 163 x 46 m m) 重量轻 (600 g ),便于在建筑中进行多处部署。阶梯金字塔设计方便维护和更新,任何因故障组件禁用的板或提供更新组件的板都可以轻松换出,缩短停机时间。此外,装置的无风扇设计可防范计算设备常见故障来源。
配备 Intel® 物联网网关技术
基于 Intel 物联网网关技术的解决方案为边缘智能提供领先性能和安全性。这些设计实现近实时分析和更加严格高效的流程控制,并减少数据传输成本。
基于 Intel 物联网网关技术的解决方案可以连接新旧系统,帮助数据在边缘设备和云端之间安全传输,并适应多种应用。它们支持多个操作系统和处理性能水平。远程可管理性选项和经认可的安全性为开发人员提供快速创建和部署创新经济解决方案需要的工具。
应用支持的 Intel 物联网网关技术解决方案,如 AIOT-DRM,可以在边缘设备高效汇集和筛选数据。此类边缘智能允许建筑业主和管理员在更靠近来源处分析信息并近实时采取措施,节约数据传输、存储和分析成本。
基于 Intel 物联网网关的 AIOT-DRM 预先配置 Wind River Helix Device Cloud* 代理。此代理提供云连接性,方便设备配置、文件传输、数据捕获和基于规则的数据分析与响应。开发人员和系统集成商可以利用代理快速打造特定于智能建筑的物联网解决方案,使用 API 管理集成不同企业 IT 系统。
对于保护数据和设备,Intel 物联网网关技术提供 McAfee Embedded Control* 安全技术。McAfee Embedded Control 将 Intel® 处理器基于关键硬件的安全性与操作系统及应用程序软件安全性紧密集成,确保从边缘到云端的无缝安全数据流,保护移动或静止 数据。
更简单的应用程序开发
Intel 物联网网关技术提供 Wind River Intelligent Device Platform (IDP) XT 3.1。此预安装的评估操作系统允许方便了解基本网关功能。Wind River IDP XT 3.1 是 一个可缩放、可持续、安全的开发环境,可简化物联网网关集成和开发。基于 Wind River 行业领先且符合标准的操作系统,提供 Wind River 开发工具。
Wind River IDP XT 3.1 支 持用于数据传输的轻量协议 MQTT,并提供对 Wi-Fi*、Bluetooth*、ZigBee* 及其他短程物联网无线与有线协议的本机支持(图 4)。它还支持 TR-069 和 OMA-DM 等成熟的管理产品,以支持对网关设备的远程管理。内置安全功能帮助确保通信渠道、数据和末端设备的安全。
Figure 4: AAEON AIOT-DRM 物联网网关通过 Wind River Intelligent Device Platform (IDP) XT 3.1 及其 I/O 提供图中连接选项以及更多功能。
2016 年 新版加入 Intel® IoT Gateway 软件套件。此套件为开发人员提供开始创建解决方案的另一个快速简单方法。新 Intel® IoT Gateway Developer Hub 以及用户界面支持在网关上快速开发。
其他新 Intel IoT Gateway Technology 功能包括:
用于硬件和软件组件的 Intel® IoT Platform Marketplace (inteliotmarketplace.com)
用于简化应用程序开发的二进制运行时操作系统
用于访问软件开发包 (SDK)、常用协议等的 Intel® Package Repository。
低功耗处理器中的 Intel 性能
板载处理器 Intel Quark SoC X1021 是 低功耗 CPU。它帮助将 AIOT-DRM 的满载整体功耗限制在约 5W,无需易发生故障的主动散热解决方案,如风扇。
Intel Quark SoC 具有安全启动功能、寿命期支持延长,工作温度范围 -40°C 至 85°C,非常适合商业和工业物联网控制应用。Intel Quark SoC X1021 兼 容 Intel® Pentium® 处理器指令集架构 (ISA),提供丰富的软件兼容性,为开发人员带来更广阔的区别化空间。SoC 通过与传感器无缝连接的高带宽接口和连接功能提供丰富的 I/O 功能和灵活性。
智能建筑的更智能网关
AIOT-DRM 将模块化设计、丰富功能、全面连接性和开发人员工具组合在一个紧凑方便的封装内,为建筑管理带来简单性、通用性和安全性。此应用支持的解决方案提供了一种更便利的将传统结构纳入物联网的方法,使智能建筑概念从蓝图变为现实。
有关 AAEON AIOT-DRM 建筑管理系统的信息, 请参见 intel.com/SD-aaeon-aiot-drm-gateway。
有关用安全可管理网关和系统实现物联网的 更多信息,请访问 intel.com/embedded-iot。
AAEON (intel.com/MR-aaeon) 是 Intel® 物联网解决方案联盟伙伴成员,高级工业和嵌入式计算平台领先制造商。AAEON 致力于创新工程,为全球高端 OEM/ODM 和系统集成商提供集成解决方案、硬件及服务。可靠的高质量计算平台包括工业主板与系统、工业显示屏、耐用平板电脑、PC/104 模块、PICMG 半尺寸和全尺寸主板及 COM 模块、嵌入式 SBC、嵌入式控制器以及相关配件。AAEON 还提供自定义端到端服务。AAEON 是 GSA 合同持有人 (#GS-35F-0470Y)。