CN103697940A - 低碳节能实时温湿度采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于物联网技术领域，具体为一种低碳节能实时温湿度采集系统。其包括采集位点、温湿度传感器，ZigBee路由节点、数据汇总节点和监控系统；所述采集位点部署温湿度传感器，温湿度传感器通过ZigBee网络采集温湿度信息，ZigBee路由节点负责将所在楼层的温湿度信息通过ZigBee网络发送给数据汇总节点；监控系统通过串口与数据汇总节点进行通信获取采集位点的温湿度数据。本发明的有益效果在于：其采用ZigBee网络进行通信，使用方便，可应用于复杂实际环境中进行温湿度采集，同时解决了ZigBee遇到障碍信号减弱的问题。

Description

低碳节能实时温湿度采集系统

技术领域

本发明涉及一种用于复杂综合商务建筑群的实时温湿度采集系统，属于物联网技术领域。

技术背景

随着大型综合商务建筑群不断增多，其在能源、环境和设备方面的问题也日益凸显。在现代的建筑群中，环境因素直接影响与之相关人群的工作与生活，尤其是环境的温度与湿度的状况。温度和湿度指标是环境质量好坏的重要指标，也是环境监控和调节的重要参考和调控因子，从而适宜的温湿度是舒适安全环境的保障。

发明内容

本发明的目的在于针对复杂综合商务建筑群的特点，借助于物联网技术，提供一种低碳节能实时温湿度采集系统。其可用于自动采集、管理和监控商务建筑群的温湿度。

本发明提供的一种低碳节能实时温湿度采集系统，其包括采集位点、温度和湿度传感器、ZigBee协调节点、ZigBee路由节点、数据汇总节点和监控系统；所述采集位点部署温度、湿度传感器，温度、湿度传感器采集温度和湿度信息，ZigBee路由节点负责将所在楼层的温度、湿度信息通过ZigBee网络发送给数据汇总节点；监控系统通过串口与数据汇总节点进行通信获取采集位点的温度、湿度数据；其中：

所述采集位点设置于（楼层）过道附近，其周围环境和采集位点的温湿度差值不超过温湿度采集节点的误差；数据汇总节点部署于监控楼层上；ZigBee路由节点部署在监控建筑的每个楼层过道。

本发明中，上述温湿度采集节点的误差分别为：温度差值≤0.5℃，湿度差值≤2%。

本发明中，ZigBee路由节点布置于每个楼层过道的中点。

本发明中，一个楼层中ZigBee温湿度采集节点之间有障碍物时，楼层过道上增设一个或多个ZigBee路由节点。

本发明中， 部分ZigBee路由节点工作电压为12-15V。

本发明的有益效果在于：本发明采用ZigBee网络进行通信，使用方便，可应用于复杂实际环境中温湿度采集。其以最少终端设备采集到最全面的商务建筑群温湿度数据，同时解决了ZigBee 遇到障碍信号减弱的问题。

附图说明

图1为本发明的系统架构示意图。

图2为本发明的设备部署示意图。

图3为本发明的数据采集模块流程图。

图4为本发明的查询模块流程图。

图中标号：1-ZigBee 温湿度采集终端；2-ZigBee路由器；3-ZigBee 协调节点；4-监控平台。 

具体实施方式

以下结合附图解释本发明的具体实施方式，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

实施例1

本发明技术方案具体描述如下。

本发明通过在需要采集的位点部署温湿度传感器，传感器将采集到的温湿度信息通过ZigBee网络发送给数据汇总节点。监控系统通过串口与数据汇总节点进行通信，来获取相应位点的温湿度数据。

一、商务建筑群中的采集位点部署

采集位点定义为温湿度传感器在商务建筑群中的部署位置。通过采集位点采集到的温湿度数据来评估商务建筑群的温湿度状态，从而采集位点必须覆盖温度和湿度差异比较大的区域。另一方面，由于采用ZigBee网络进行通信，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗短距离协议，并且遇到障碍物时ZigBee网络信号会大幅度缩减，因此位点应该尽量集中并且避开障碍物。温湿度的变化是连续型的变化，从而在温度差值小于0.5°，湿度差值小于2%的前提下，让设备之间尽量避开障碍物，此外ZigBee路由节点和ZigBee温湿度采集节点尽量集中。针对商务建筑群自身的特点部署方案如下：

1）监控楼层部署一个ZigBee数据汇总节点，数据汇总节点负责收集ZigBee网络中的温湿度数据。监控楼层一般在商务建筑群第一层，如果在其它楼层也采用相同的部署方案；

2）对于每个楼层选取一些采集位点，位点的特征是：（a）保证楼层空间中任何一点的温湿度和离它最近采集位点的温湿度差值不超过温湿度采集节点的误差(温度差值≤0.5℃，湿度差值≤2%)，否则添加一个新的采集位点来覆盖该点。（b）位点到过道的直线距离小于50米。

3） 除监控楼层外，每个楼层过道都部署一个ZigBee路由节点，负责该楼层的数据收集和转发工作, 位于过道中点位置。对于和数据收集和转发路由之间有障碍物而不能正常通信的ZigBee温湿度采集节点，在过道上添加一个路由负责ZigBee温湿度采集节点和负责楼层数据采集和转发的ZigBee路由之间的通信(图2)。

步骤1）~步骤3）定义了低碳节能实时温湿度采集系统的设备部署过程。通过上面步骤，对需要监控温湿度的商务建筑群进行部署。过道中点部署一个负责楼层转发的ZigBee路由节点和步骤2）中的部署策略可以保证部署的最优化。 

二、ZigBee网络信号穿墙后信号减弱问题

       本发明使用的设备无障碍组网距离为600米，无障碍传输距离为800米。穿墙后信号会大幅度减弱，测试发现普通厚度的实心砖头墙是障碍物，传输和组网距离分别下降为80米和50米，对于没有完全隔断ZigBee信号的障碍物，传输下降幅度会有所减弱。商务建筑群中，玻璃也是主要的装修材料，玻璃对ZigBee信号没有明显的削弱作用。本发明使用两种方法来解决ZigBee网络信号由于穿墙后导致温湿度数据无法传输的问题：(1)增加部分ZigBee路由节点的功率，从而提高ZigBee信号的强度，来削弱ZigBee信号因穿墙导致信号减弱的影响。本发明中，路由节点的正常工作电压为5V，对于需要穿墙通信的路由器，将其工作电压提高至12-15V。（2）通过合理部署ZigBee温湿度采集终端1和ZigBee路由器2来避开对ZigBee信号影响明显的障碍物，商务建筑群中位点的选择部分详细说明了位点的选择策略，从实际部署效果来看，上述策略能够以最少设备采集到商务建筑群全面而且实时的温湿度数据。障碍物导致无线通信信号减弱的问题是所有无线通信面临的一个难题。本发明针对ZigBee网络的特点，提出了两个解决ZigBee网络信号穿墙后信号减弱的方法，这是本发明的重要特征。

 三、基于ZigBee的温湿度数据采集

       基于上面的部署，温湿度采集系统ZigBee网络包含一个ZigBee协调节点3，多个ZigBee路由节点以及相应位点的ZigBee温湿度采集终端1。监控程序运行于上位机上，上位机通过串口与ZigBee协调节点3进行通信。按照ZigBee协调节点规定的数据传输协议解析数据来读取的温湿度数据。

根据商务建筑群对温湿度数据的需要，系统提供的信息包括：ZigBee温湿度终端名称、ZigBee温湿度终端地址、ZigBee温湿度终端采集到温湿度的当前值、最大值、最小值、平均值以及温湿度随时间变化的折线图。基于商务建筑群对温湿度需求，基于ZigBee技术在商务建筑群中部署温湿度采集系统是本发明的一个重要特征。本系统包含两个主要模块，数据采集模块和数据查询接口模块，两个模块对应的流程（图3、图4）相互独立，但数据查询模块依赖于数据采集模块提供的数据，温湿度采集系统运行时得到温度、湿度折线图。

参见图1，利用低碳节能实时温湿度采集系统工作，其包括以下具体步骤：

步骤一、对商务建筑群进行现场考察，结合商务建筑群位点部署部分选取相应的位点。

步骤二、在相应的位点安装ZigBee温湿度采集终端1、ZigBee路由器2以及ZigBee协调节点3。

步骤三、首先启动ZigBee协调节点3，建议ZigBee网络，然后按照与协调节点由近到远的顺序依次对ZigBee路由器2加电，来扩大ZigBee网络的覆盖范围。

步骤四、对于部分ZigBee路由器2，选择其工作电压为12-15V，并将其电源接通来代替电池供电。

步骤五、设置好ZigBee温湿度采集终端设备ID，在ZigBee网路覆盖的区域中打开ZigBee温湿度采集终端1，观察ZigBee温湿度采集终端1的指示灯确保每个ZigBee终端节点都加入到ZigBee网络中。

步骤六、将ZigBee协调节点3的串口与上位机串口连接，在上位机的监控平台4中打开温湿度采集程序或集成温湿度采集程序的系统。

步骤七、温湿度采集系统或集成温湿度采集程序的系统能够实时地采集到商务建筑群的温湿度数据。

Claims (5)

1.一种低碳节能实时温湿度采集系统，其特征在于：其包括采集位点、温湿度传感器、ZigBee路由节点、数据汇总节点和监控系统；所述采集位点部署温湿度传感器，温湿度传感器通过ZigBee网络采集温湿度信息，ZigBee路由节点负责将所在楼层的温湿度信息通过ZigBee网络发送给数据汇总节点；监控系统通过串口与数据汇总节点进行通信获取采集位点的温湿度数据；其中：

所述采集位点接近过道，其周围环境和采集位点的温湿度差值不超过温湿度采集节点的误差；数据汇总节点部署于监控楼层上；ZigBee路由节点部署于监控建筑的每个楼层过道。

2.根据权利要求1所述的低碳节能实时温湿度采集系统，其特征在于：所述温湿度采集节点的误差分别为：温度差值≤0.5℃，湿度差值≤2%。

3.根据权利要求1所述的低碳节能实时温湿度采集系统，其特征在于：ZigBee路由节点布置于每个楼层过道的中点。

4.根据权利要求1所述的低碳节能实时温湿度采集系统，其特征在于：一个楼层中ZigBee温湿度采集节点之间有障碍物时，楼层过道上增设一个或多个ZigBee路由节点。

5.根据权利要求1～3之一所述的低碳节能实时温湿度采集系统，其特征在于：部分ZigBee路由节点的工作电压为12-15V。

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