In vielen modernen Gebäuden sorgt ein Klimatisierungs- und Lüftungssystem in jedem Raum für die optimale Temperatur und Luftqualität. Sensoren messen die aktuellen Werte und schicken diese Daten an die Kontrollgeräte, wo sie von eingebetteten Mikroprozessoren weiter verarbeitet und mit Sollwerten verglichen werden. Anschließend geben die Mikroprozssoren Befehle an die Aktoren im System, um beispielsweise Ventile oder Luftklappen zu öffnen. Die Veränderungen werden wiederum an das Kontrollsystem geschickt. Während früher alle Komponenten über eine Leitung an das System angeschlossen waren, funktionieren heute viele der Kommunikationsverbindungen drahtlos, meist über W-LAN. Für einige Funktionen wie das gegenseitige Erkennen der Geräte, die Informationen austauschen müssen, suchen die Experten noch nach den optimalen Lösungen. Hier hat Norman McFarland mit mehreren Patenten einen großen Beitrag für die Konfiguration komplett drahtlose Gebäudeautomatisierungssysteme geleistet.

Beispielsweise bei der automatischen Konfiguration von Sensoren mit den Kontrollgeräten, also die richtige Zuordnung der korrespondierenden Geräte. Bisher mussten die Installateure in jedem Raum die Geräte einzeln konfigurieren, indem sie mit einem Laptop die erforderlichen Einstellungen auf die jeweiligen Geräte geladen haben – ein komplexer und vor allem zeitaufwändiger Vorgang. McFarland beschäftigte sich daher mit der Frage, wie sich die einzelnen Systemkomponenten von einer übergeordneten Leitzentrale aus automatisch zuordnen lassen könnten.

Damit sich die Geräte gegenseitig erkennen können, müssen sie im Gebäude lokalisiert werden. Im ersten Schritt suchte McFarland deshalb nach einer Methode, um die Entfernungen zwischen den Geräten genau zu messen. Als exakteste und gleichzeitig relativ einfache Methode wählte McFarland die Laufzeitmessung, bei der gemessen wird, wie lange ein Funksignal für die Distanz zwischen zwei Messpunkten benötigt. Wenn man als Messpunkte die Sensoren und Kontrollgeräte nimmt, kann so die Entfernung zwischen jeweils zwei Geräten ermittelt werden.

Des Weiteren hat McFarland das Messprinzip der Triangulation verwendet, um die Entfernung der einzelnen Geräte zueinander und zu bestimmten Referenzpunkten im Gebäude zu berechnen. Diese Methode ermöglicht es, die Position der Geräte in einem dreidimensionalen Raum zu bestimmen.

Darüber hinaus entwickelte der Forscher schließlich ein Softwaresystem, dessen Algorithmen die Positionen der Sensoren, die durch Triangulation identifiziert wurden, mit den eingezeichneten Positionen auf den Bauplänen zu vergleichen. Ist das Gerät dann identifiziert, kann die Steuerungs- und Leitzentrale des Gebäudesystems die raumspezifischen Parameter auf die entsprechende Systemkomponente laden.

Die Erfindungen von McFarland werden in der neuen Generation von drahtlosen Siemens Gebäudeautomatisierungssystemen verwendet, sobald der Stand der Technik es zulässt. Dann werden diese Anwendungen dafür sorgen, dass alle Komponenten ihre auf die einzelnen Räume abgestimmten Einstellungen automatisch erhalten, ohne dass ein Installateur diese in jedem Raum den einzelnen Geräten manuell zuordnen muss – eine große Zeit- und Kostenersparnis, vor allem in großen Gebäuden.

Mit dem elektrischen Innenleben von Gebäuden ist McFarland von Kindesbeinen an vertraut gewesen und seitdem von der Thematik begeistert. „Mein Vater war Elektroinstallateur in einer Kleinstadt in Illinois und er nahm mich häufig mit, wenn er arbeitete“, erzählt McFarland. „Bereits im Alter von zehn Jahren konnte ich die komplette Elektrotechnik eines Hauses selbstständig installieren. Dieses praktische Wissen ist für mich bis heute enorm hilfreich, wenn ich an meinen Erfindungen arbeite und vor allem, wenn ich mit Kollegen über die Machbarkeit neuer Lösungen diskutiere.“ McFarland studierte Elektrotechnik am De Vry Institute of Technology in Chicago. Seit 30 Jahren arbeitet er für Siemens auf dem Gebiet der Gebäudeautomation in Buffalo Grove in der Nähe von Chicago. Als Systemarchitekt und Hardwarespezialist tüftelt er am optimalen Aufbau der verschiedenen Ebenen eines Gebäudesystems. McFarland verzeichnet 31 Erfindungsmeldungen, die in 18 Schutzrechtsfamilien und sechs erteilten Einzelpatenten geschützt sind. McFarland hat eine erwachsene Tochter. In seiner Freizeit spielt er gerne Golf und erkundet mit seiner Frau erkundet er gerne neue Städte - Paris hat es ihnen besonders angetan.