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使用无线能量收集传感器简化暖通空调的安装和改造

作者： Bill Giovino 2021-10-27

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工程

能量收集

评估/开发工具

曾经有段时间去拜访了一些办公地点设在有趣建筑中的客户，如翻新的谷仓和旧仓库，这些建筑如今都被改造成了办公场所。对于几个人来说是这是没问题的。然而，一旦你把数百人放在一个现代供暖、通风和空调 (HVAC) 系统出现之前的建筑中时，空气流通就成为一个挑战。而且，这不只有舒适方面的问题，还关系到对每个人的健康都非常重要的系统通风问题：老建筑古色古香，但让人无语的是很难进行暖通空调改造。

例如，有位客户在一栋年代久远的大楼里办公。该公司曾试图对这座古老的建筑进行现代化改造，也取得了不同程度的成功。最大的问题之一就是通风，所以他们安装了管道和通风口以及现代的 HVAC 控制器。

然而在那座大楼里，冬夏两季大开的窗户是一个非常大的问题，因为暖通空调系统在温控器设置的条件下工作，造成了大量能源浪费。我本想在窗户上安装磁簧传感器，以检测窗户是否打开，这样暖通空调系统就能做出智能化反应。然而，当时的窗户传感器需要在传感器和暖通空调控制器之间铺设信号和电源电缆，结果是很难看的外露电线和不太专业的外观。

后来对窗户上的磁簧传感器进行改进，将其改为电池供电并向带有合适接收器的 HVAC 控制器发送无线信号。我为一个朋友安装了无线磁簧传感器，作为其防盗报警系统的一部分。电池供电型无线传感器的优点是避免了额外布线，但电池寿命为两年，而且需要定期更换。

当然，这些小电池也会带来问题，因为经常被放错地方或在维护柜中丢失。电池性能在存放过程中也会随着时间的推移发生退化，我是在发现我安装的一个磁簧开关的电池没电时知道了这点的。更糟糕的是这种电池的尺寸特殊，需要去商店买。那么问题来了，我是否需要买回来后可能在货架上放两年才会用到的备用电池？

能量收集技术可以解决安装、维护方面的难题

图 1：Illumra E9T-MDCCP 无线磁簧开关适用于检测门或窗的开启。这种开关不需要电池，而是通过位于其上方可见的矩形太阳能电池进行充电。（图片来源：Illumra）

一个现代工程解决方案是安装具有能量收集功能的无线窗户传感器，可以完美地避开更换电池的问题。例如，Illumra 的 E9T-MDCCP 就是一个很好的选择（图 1）。作为一家自供电无线控制器制造商，Illumra 推出一整套 (E9T-MDCCP/E9T-MCS) 902 MHz 无线门窗传感器。这些传感器可根据环境并使用 EnOcean 协议，在最大 60 英尺的距离内向兼容型接收器传输信息。

E9T-MDCCP 使用开关本体上的矩形太阳能电池为小型可充电电池充电。该传感器有一个磁簧开关，当挨着所提供的磁铁时会被激活，这两个磁铁都是通过粘合剂或防破坏安全螺钉固定的。

工作时，磁簧开关的磁铁需要位于传感器的 4.5 mm 范围内，以实现闭合状态。闭合时，磁簧传感器会发出微弱的咔哒声。在打开和闭合位置之间过渡时，传感器上的 LED 会闪烁。这有助于安装人员正确对准传感器以及对系统进行诊断。

当完全充电时，E9T-MDCCP 可以在黑暗中持续工作五天。如果可充电电池的电量完全耗尽，在 25°C、400 勒克斯的自然或人工照明的环境下，只需充电不到 2.5 分钟的即可重新开始工作。在 200 勒克斯照明条件下，太阳能电池每天只需要大约 2 个小时就能确保开关稳定和可靠地运行。由于不需要定期更换电池，唯一的维护工作就是确保开关和磁铁仍然固定在墙上，并且没有人弄坏安全螺丝。

E9T-MDCCP 的工作温度为 -20°C 至 +60°C，适合大多数建筑物和企业应用，同时还能确保开关在非温控环境下（如零件存放室）不会损坏。

除了可用于门窗、适合暖通空调外，该传感器还有许多应用，包括自动门感应、冰箱和安全门、超市冷却器和报警系统。

如果你对一般的能量收集感兴趣，可以了解一下 EnOcean 的无线模块和开发套件系列产品。这里有很多有趣的器件，包括 EDK350U Dolphin 系列能量收集收发器评估套件（图 2）。

图 2：EDK350U 能量收集套件包含开始探索无线能量采集设计理念所需的一切，具体包括一个太阳能传感器、机械能发生器和一个传感器适配器。（图片源：EnOcean）

EDK350U Dolphin 套件包括一块演示板、USB 网关、射频收发模块、一个传感器模块适配器、一个太阳能温度传感器、一个机械能发生器、一个发射器模块，以及所有必要的电缆和软件开发接口。

总结

有时候，传统建筑系统无法适应现代化，除非以外观、风格和员工的舒适度为代价。首先，我们有无线传感器，现在又有了无线和“无电池”传感器。如果做得好的话，目前的现代化项目和未来设计可以得到改进，实现高效、可靠的性能，同时带来专业的外观和最少的维护。

有一点我很清楚，那就是 Illumra 无线能量收集门窗传感器肯定会拯救那些古老的建筑，让每个人都感到舒适。

关于此作者

Bill Giovino 是一名电子工程师，拥有美国雪城大学的电气工程学士学位，是先后从设计工程师、现场应用工程师跨界到技术营销部门的少数成功人士之一。

25 年来，Bill 一直喜欢在技术和非技术用户面前为包括 STMicroelectronics、Intel 和 Maxim Integrated 在内的许多公司推广新技术。在 STMicroelectronics 工作期间，Bill 作为领头人帮助该公司在微控制器领域取得了早期成功。在 Infineon，经过 Bill 精心策划，该公司的首个微控制器设计便在美国汽车领域大获全胜。作为 CPU Technologies 公司的营销顾问，Bill 帮助了许多公司，让其表现不佳的产品大获成功。

Bill 是物联网的早期尝试者，包括将第一个完整的 TCP/IP 协议栈植入微控制器。Bill 秉持“教育式销售”信条，在通过在线促销产品时强调清晰明了的书面沟通的重要性。他是广受欢迎的 LinkedIn 半导体市场营销群的群主，精通 B2E。