你将学习:
过滤系统监控:用于差压测量的压力传感器，用于检测过滤器是否需要更换。
工业/医疗设施的开门/关门:在严格控制的环境中，打开一扇门会改变湿度和温度，还可能导致化学品泄漏。因此，门的开启/关闭需要使用运动传感器进行环境控制。
智能家居/行业的Presence Detection:根据人的存在，可以在一个房间中启用适当的环境设置。这种存在可以通过超声波传感器准确地检测出来
实验室/测试设施的振动检测:有振动的环境可以使用运动传感器准确地检测到。基于MEMS的运动传感器可以捕捉振动频率，让我们感受到环境中的振动。
聪明健康:对于患有睡眠呼吸暂停症或暴露在高压水中的患者来说，保持室内气压非常重要。压力传感器可以帮助调节环境压力
环境感知变得越来越精细。气象卫星自1960年开始运行，标志着利用太空气象技术进行气候研究的开始。今天，我们可以使用环境传感器来控制小到单个房间的温度和湿度。
然而，创造智能环境传感系统，为优化能源使用提供便利，是当今的一大挑战。据估计，控制供暖、通风和空调(HVAC)的环境系统约占商业建筑总能源使用的50%(美国能源部的数据)。此外，目前的控制系统在加热和冷却大面积区域时存在巨大的延迟，特别是在需要快速、灵活和可重构控制的房间中。要实现最高的效率需要的不仅仅是一个简单的计时器或恒温器。
这个挑战还有另一个方面。这些系统并不总是最佳运行。它们包括许多磨损的运动部件，以及堵塞需要更换的过滤器。随着这些物理和机械部件的磨损，系统的效率会下降。这可以通过使用传感器来避免，传感器可以检测空气流量的变化，或者通过分析可听到的噪音或振动模式来检测机械部件的疲劳
入住率是另一个因素。人们的随机性暴露了预测一个空间何时会被使用或何时不会被使用的困难。在工作天的任何时候，商业楼宇的大部分可能是闲置的。这使得仅基于计时器的HVAC周期调度有问题并且容易出错。
因此，监测环境因素，如占用，空气压力和电机振动变得越来越重要，以更好地监测和管理室温。在工业和医疗环境中，检测、监测和控制气压湿度水平和空气质量(气体成分)也很重要。管理这些参数已被证明可以促进健康，在其他类型的建筑(如办公室和住宅)中监测这些相同的参数正变得越来越普遍。
为了应对这些挑战，目前正在开发使用多个传感器的智能环境管理系统。提高公共和私人建筑能源效率的重要性是一种激励，但目前正在制定立法，要求对能源消费、健康和福祉采取更负责任的态度。
室内环境的控制系统通常在一个闭环中运行。这意味着使用某种形式的反馈来修改输入，控制输出。当今控制理论的最大趋势之一是机器学习和多传感器融合，这可以彻底改变解决能源效率问题的方式。
基于机器学习的系统依赖于大量的数据。这些数据通常由多个传感器获取，以做出智能决策。这些机器学习系统使用传感器融合来组合多传感器输入并生成相应的元数据。这些元数据可以用来训练机器学习模型，这些模型随后可以部署在控制系统中，根据不断变化的输入参数做出实时智能决策。随着传感器参数的变化，这些模型学会适应，做出更明智的决定，并采取有效的行动，以实现能源效率。
采取的行动可以是减少或增加某一特定地区的供暖，但这将不仅仅是基于一天的时间，而是基于当前或预期的使用水平，外部温度，一年的时间，甚至短期的天气预报，例如。
以这种方式使用多个传感器与简单的闭环系统不同，后者可能只使用一个恒温器来调高或调低温度。当然，恒温器仍然是一种有效的控制形式，但它不能考虑或从关键因素中学习，如涉及的热滞后、潜热、打开或关闭窗户的影响，或同样基本的，职业水平。
更复杂的室内环境控制系统在决定是否增加或减少用于加热或冷却的能量时，会考虑所有这些多传感器数据。这也与保持适当的湿度水平、空气质量水平或气压有关。
传感器数据的来源和如何使用
从多个传感器中感知和捕获数据有很好的理由。它为控制系统提供必要的输入，在这个场景中，数据是历史的——可能只有几秒钟的时间，但仍然是历史的。然而，现在越来越多地使用相关的历史数据来预测未来。预测性维修和状态监测现在是实现能源效率目标的重要方面。
这涉及到更多种类的传感器，以及智能相应算法，可以从传感器数据中提供有意义的见解。例如，在暖通空调系统中，它可能包括使用有策略地放置在系统周围的温度传感器来测量空气温度和所用的水或其他液体的温度。出于控制目的，可能还需要测量液体的压力，但更智能的系统可能会使用多个压力传感器来提供压差测量，以监测系统随时间的状态。压力传感器也可用来测量系统中各个点的气流，以监测过滤器的状态。此外，气体传感器可测量过滤器两侧的空气成分，以监测空气质素。
这些系统是围绕着人工作的，因此，从逻辑上讲，人应该是反馈回路的一部分。这涉及到以一种非侵入性的方式监视人的移动，因为它只需要识别人的存在和移动，而不是特定的个人。这使得任务变得简单很多，因为有很多方法可以实现这一点。监视访问点是一种非侵入性测量方法。大多数空间的门往往是关着的，所以通过检测打开的门，控制系统可以推断出至少有一个人进入或离开了一个区域。这种级别的访问监视可以很容易地使用各种类型的传感器来实现，例如振动或运动传感器。他们还可以使用IMU(惯性测量单元)传感器，检测门何时关闭以及打开的频率。
这揭示了交通流的一些概念，但它并没有告诉整个故事。利用超声波传感器测量占用率是一种成熟的安全系统技术。超声波传感器也用于提供自动化照明;如果房间里没有人，灯就会自动关闭。这些系统可能仍然在计时器上工作，这可能会让那些只是一段时间没有移动的人感到烦恼，导致系统认为该区域是未被占领的。然而，当与访问监控结合使用时，整个系统可以更加可靠和直观地工作。
此外，监测电器的健康状况对实现能源效率至关重要。异常的振动可能是滚珠轴承故障、轴不对中或不平衡的迹象。高带宽加速度计可以提供机器振动模式的有用数据来预测这种关键异常。这些数据与麦克风和温度传感器的数据相结合，可以显著提高能源效率，降低电器和机器的维护成本，特别是在工业环境中。
最后，结合使用湿度传感器、气压传感器和气体传感器，可以监测一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氮气等气体成分水平以及湿度和气压水平，通过提供更清洁和更健康的环境，促进短期和长期的健康效益。
这些例子表明，相对简单的传感器融合可以提供准确和有用的数据，不仅可以提高整体能源效率，还可以提供更清洁和更健康的环境。
来自传感器的环境数据
用于收集环境信息的传感器的类型正在演变。imu、压力传感器、气体传感器、振动加速度计和超声波传感器是当今智能环境监测和控制的一些关键传感器。开发人员热衷于利用这些传感器提供的数据。传感元件目前普遍采用微机电系统(MEMS)技术制造。
MEMS非常小，非常精确，非常稳定。基于与制造集成电路相同的工艺，它们的功耗也非常低，并且包含了与主机处理器接口所需的所有电路。在低电平，传感器通常会产生数字数据流，通常是串行格式，如I2C或SPI。
利用这些传感器产生的数据构建复杂的控制系统仍然是一个挑战。为了简化这一过程，行业正朝着在一个平台中包含多个传感器的预配置系统发展，该系统还集成了提供“开箱即用”体验所需的软件。
开发人员可以使用这些预先配置好的系统快速、轻松地开始收集数据。其目的是收集尽可能多的数据，并使用后处理来评估给定应用程序中数据的相关性和重要性。
例如，一个包含运动、压力和方向传感的模块可以用来构建一个系统，用来监控进入一个房间，甚至是一栋建筑的通道。通过某种形式的无线连接，收集数据的任务得以简化。一台主机将获取数据，并提供初步的处理水平，允许开发人员和研究人员通过比较和相关性快速得出结论。用于理解来自传感器的原始数据的软件算法完全集成到模块平台中，因此开发人员可以简单地使用脚本在高层配置系统，然后开始实时捕获有价值的数据。
这样的平台可以加快新应用程序的开发周期，以及在环境应用中测量能源效率的创新方法。TDK集团公司InvenSense的SmartBug就是这样一个系统的例子。该多传感器无线模块集成了imu、压力传感器、温湿度传感器、超声波传感器、磁力计等多种MEMS传感器。此外，传感器融合等算法和小型电池供电格式的无线连接使它几乎可以部署在任何地方。
该平台的低调特性意味着它可以很容易地捕获真实世界的数据，并提供有价值的见解和环境特征，从而带来提高能源效率的新方法。
结论
在未来的许多年里，能源效率仍将是一个焦点。随着我们对能源的需求不断增加，我们也必须开发出更有效的方式来保护能源。全球气候变化正引起人们的关注，立法正在引入我们所有人都必须遵守的指令。然而，我们的生活方式决定了一定程度的便利，这是很难消除的。开发更有效的能源利用方式将使我们继续享受这些便利。
通过先进的传感器访问真实世界的数据将有助于这些更节能的控制系统的开发。即使是一个很小的百分比的改进也能产生巨大的差异。通过像SmartBug这样的平台，我们可以加快研发过程，更快地实现创新解决方案，同时推动我们在未来的可持续发展道路上前进。
