使用传感器、执行器使天花板更智能

您是否曾经抬头注意到现代建筑天花板上悬挂的所有互连设备？今天的智能建筑通常有数十种传感器和执行器类型，通过许多并行网络互连。常见的例子包括：

安全摄像头（在模拟或数字同轴电缆网络上）

环境传感器和火灾/烟雾/热警报（支持不同的网络，通常是双绞线）

照明设备（通常由用于主照明的标准断路器面板电路和用于少数应急装置的独立不间断电源 [UPS] 电路支持）

Wi-Fi 接入点（由 CAT5/7 以太网或以太网供电 [PoE] 布线到互联网路由器支持）

公共广播扬声器（带模拟音频接线）

与管理供暖、通风和空调气流相关的执行器

控制紧急设备，例如出口标志、洒水喷头和警报/频闪盒

更复杂的建筑会增加更多类型的天花板安装传感器和执行器，它们都需要与计算机网络互连，包括占用传感器、数字标牌、空气质量监测器、紧密分区的空气混合箱、单独控制的灯具和疏散-辅助装置。

为包含上述设备的天花板布线的传统方法的一个大问题是安装所有这些不同的网络然后将它们与大量传感器和执行器互连相关的复杂性、时间和费用。这个问题间接导致了我们许多人工作的立方体农场或开放式办公室计划的趋势。如果办公室墙壁一直延伸到天花板，安全法规要求每个封闭空间都有自己的一套天花板安全和照明设备，并连接到六个或更多网络。在一堆桌子或低矮的隔间上建造一个同质的天花板并且从不改变它比安装和管理高墙所必需的所有这些网络的频繁变化要便宜得多。

智能天花板救援

这就是智能天花板的用武之地。在常见的实施中，PoE 用于通过公共双绞线网络为所有天花板安装设备供电并与其通信。中央 PoE 交换机通常安装在与所服务空间相邻的配线柜中，并将 CAT7 线拉到每个天花板设备的位置。因为这些电线很便宜，所以可以运行一些额外的连接并将其盘绕在天花板上方，以服务于未来的设备。中央交换机连接到建筑物的互联网服务，以提供足够的带宽来管理预期的流量并将传感器和执行器连接到互联网。该开关连接到建筑物的配电系统，以提供足够的能量来运行所有安装在天花板上的设备。UPS 的大小可以调整为通过电池或发电机为对建筑物的安全或任务至关重要的设备子集供电。中央交换机还可以包括本地边缘计算处理器，能够提供智能天花板系统的本地分析和控制，而无需将大量数据来回发送到云端。

在上述场景中添加或重新配置智能天花板设备很简单。只需打开天花板，找到以太网电缆，安装设备并将其插入。工会电工通常不需要在 PoE 网络上处理低压物联网 (IoT) 设备，因此标准建筑维护人员可以做它。设备范围从简单的温度传感器到基于 LED 的智能照明灯具（在 60W PoE 的可用能量下可以像约 400 瓦的白炽灯一样亮）到数字标牌。PoE 交换机可以自动发现新设备，配置其数据和供电，并将应用程序加载到充分利用其功能所需的本地边缘处理器中。

我们可以进一步提高智能天花板的多功能性、效率和便利性。类似于轨道灯轨道的设备可以在其长度的任何位置接受 PoE 设备。如果将这些轨道中的许多轨道集成到吊顶支撑轨中并包括所需的网络布线，那么物联网设备实际上可以悬挂在 2' x 2' 网格上的任何位置。需要更多的灯光、风扇、更好的 Wi-Fi 覆盖范围或工作地点上方的数字标牌？只需拿起您的梯子，然后使用类似于轨道灯上的锁定紧固件将所需的设备卡在轨道上。不到一秒钟，网络就会发现、配置并启用新设备。我的美国专利 10,030,398讨论了这种系统。

更进一步，天花板安装设备的实际放置和移动可以使用机器人技术实现自动化。轨道不是轨道灯类型的互连，而是可以支持一队小型机动穿梭车，这些穿梭车在天花板上移动，将物联网设备定位在建筑物居住者或建筑自动化软件命令它们去的任何地方。跨越天花板的许多平行轨道之间的开关允许穿梭机到达新的地方或绕过彼此。储藏室保存着各种备用设备的库存，随时可以根据要求移到天花板上。该系统将使用集成到轨道中的滑动触点和母线为每个物联网设备（以及承载它的机器人穿梭车）供电。与设备和穿梭车的数据连接将通过轨道内的光束进行，也可以通过无线电网络进行。我的美国专利 10,148,355详细介绍了该系统。

结论

智能建筑需要智能天花板。配置和重新配置安装在天花板上的设备可能既昂贵又低效，但是转向具有集成物联网网络和本地边缘计算的智能天花板技术可以真正改善这种情况。最先进的智能天花板将使用可重新配置的轨道和机器人技术来提供高度动态和定制的环境。

CHARLES C. BYERS 是工业互联网联盟的副首席技术官，现在加入了 OpenFog。他致力于边缘雾计算系统、通用平台、媒体处理系统和物联网的架构和实施。此前，他是思科的首席工程师和平台架构师，以及阿尔卡特朗讯的贝尔实验室研究员。在电信网络行业的三十年中，他在语音交换、宽带接入、融合网络、VoIP、多媒体、视频、模块化平台、边缘雾计算和物联网等领域做出了重大贡献。他还是多个标准机构的领导者，包括担任工业互联网联盟和 OpenFog 联盟的首席技术官，并且是 PICMG 的 AdvancedTCA、AdvancedMC、

Byers 先生在威斯康星大学麦迪逊分校获得电气和计算机工程学士学位以及电气工程硕士学位。在业余时间，他喜欢旅行、烹饪、骑自行车和在他的工作室里修修补补。他拥有 80 多项美国专利。

审核编辑 黄宇