CN107918330A - 一种智能环境监测与控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能环境监测与控制系统，所述系统包括综合监控平台、智能网关、低压电力线传输网络、若干环境监控终端、云端服务器以及移动终端。本发明可以高效可靠地实现智能环境监测与控制，通过对终端环境下温度、湿度、气体浓度、液位、烟雾等环境数据的采集、编码、传输、存储、分析及自动化控制，实现对终端环境的全自动控制功能，克服了现有技术的不足，提供出一种系统化、科学化、自动化及智能化的高水平环境监测与控制系统，大幅提升了管理水平，保证了系统运行的高效性和可靠性，同时可以节省大量人力，节约运作成本。本发明采用模块化设计，具有功能模块划分清晰、可扩展性强、易用性强等特点。

Description

一种智能环境监测与控制系统

技术领域

本发明涉及自动化监测与控制技术领域，具体涉及一种智能环境监测与控制系统。

背景技术

随着信息技术的发展，智能化在各种场合的应用逐渐增多，已经与每个人的日常生活息息相关。对于特定环境各种参数的采集、传输、分析及自动化控制，越来越受到人们的关注。目前，常见的系统传输网络主要分为有线通信和无线通信两类，其中有线传输方式主要以RS-485为主，但在整个系统搭建过程中需布设一组专用通信线缆，而无线传输方式虽然不必重新布线，但由于无线信号的特性，在实际应用过程中受到很大制约。因此，如何搭建一种系统化、科学化、自动化及智能化的高水平环境监测与控制系统，显得尤为重要。

电力线通信(Power Line Communication，PLC)是指利用电力线作为信息传输媒介传输数据和媒体信号的一种通信技术。该技术是利用1.6M到30M频带范围传输信号，在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术把载有信息的高频信号加载于直流或交流电信号上，然后通过电力线作为传输媒介，承载语音、数据以及图像等信息传播，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，接收信息的解调设备再把高频信号从直流或交流电信号上分离出来，经过解调，即可得到原通信信号。其最大优点是采用该方式传输，无需重新铺设网络和另外供电，只要有电力线缆，就能进行数据传输，可以免于额外布线，成本较低。

无线通信是一种通过无线电波作为信息传输媒介传输数据和媒体信号的一种通信技术。其最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，但由于无线信号的特性，在穿透障碍物的时候会造成信号的衰减，在传输过程中出现信息丢失等问题，且使用无线方式进行传输，会有电磁辐射产生，对人体造成损害。

申请号为201710404201.1的发明专利申请，公开了一种环境监控系统及方法，通过无线通信方式构建了主控装置与环境监测装置的信息传输网络，主控装置通过无线通信传输网络接收环境监测装置的数据，并进行评估，当评估结果超出预定范围时，再通过无线通信传输网络向发送该环境监测数据的环境监测装置发送调控指令。其缺点在于在穿透障碍物时存在信号衰减，在传输过程中出现信息丢失等问题，应用环境受限，且使用无线方式进行传输，会有电磁辐射产生。

申请号为201510353826.0的发明专利申请，公开了一种环境监测物联网系统，解决了多种类型环境要素接入时系统要求高、传输方式单一、数据采集可靠性低的问题。其缺点在于在整个系统搭建过程中需布设专用通信线缆作为信号传输介质，以致于施工周期加长，成本增加。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能环境监测与控制系统，其采用模块化设计，具有功能模块划分清晰、可扩展性强、易用性强等特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能环境监测与控制系统，所述系统包括综合监控平台、智能网关、低压电力线传输网络、若干环境监控终端、云端服务器以及移动终端；其中，所述环境监控终端通过所述低压电力线传输网络与所述智能网关连接；智能网关与所述综合监控平台连接；所述云端服务器与综合监控平台连接，用于实现整个系统的远程环境构建，进而实现环境监测与控制的远程操作；低压电力线传输网络用于构建智能网关与环境监控终端的通信网络，在保证整个系统供电的同时，利用调制技术把载有信息的高频信号加载于交流电信号上，然后通过低压电力线传输网络作为信息传输媒介，承载数据以及图像信息传播；所述移动终端通过手机APP发送不同的配置命令给智能网关和环境监控终端，以此来选择智能网关与环境监控终端间用于通信的传输网络，移动终端还用于接收综合监控平台发送的告警短信，及时了解整个系统的运行状态。

进一步，所述综合监控平台包括中央处理单元，以及与所述中央处理单元连接的数据存储单元、以太网通信单元、监测输入管理单元、调控输出管理单元、中央显示单元、告警输出单元以及供电单元；其中，中央处理单元负责输入数据的分析处理及输出控制；所述数据存储单元负责终端环境监测输入数据的存储备份；所述以太网通信单元实现与所述云端服务器相连，构建远程监控网络；所述监测输入管理单元实现终端环境监测输入数据的管理；所述调控输出管理单元实现终端环境调控输出指令的管理；所述中央显示单元实现系统运行的实时显示；所述告警输出单元实现系统异常状态的指示；所述供电单元与综合监控平台中所有功能单元相连，用于保证供电需求。

进一步，所述智能网关包括数据处理单元，以及与所述数据处理单元连接的电力线通信单元、无线通信单元、以太网通信单元、RS-485通信单元以及供电单元；其中，数据处理单元通过所述电力线通信单元、无线通信单元、以太网通信单元以及RS-485通信单元实现所述综合监控平台与所述环境监控终端间数据传输的介质转换，所述供电单元与智能网关中所有功能单元相连，用于保证供电需求。

进一步，所述环境监控终端包括数据处理单元，以及与所述数据处理单元连接的监测输入单元、调控输出单元、电力线通信单元、无线通信单元、RS-485通信单元、终端显示单元以及供电单元；其中，数据处理单元通过与所述监测输入单元相连，实现监测输入单元各子单元的监测数据的采集、编码以及发送；数据处理单元通过与所述调控输出单元相连，实现调控输出单元各子单元的调控指令的接收、解码以及操作；所述电力线通信单元、所述无线通信单元以及所述RS-485通信单元用于与上层应用设备构建通信的物理接口，组建通信网络；所述终端显示单元用于实现终端信息的实时显示；所述供电单元与环境监控终端中所有功能单元相连，用于保证供电需求。

进一步，所述监测输入单元包括温湿度监测子单元、气体监测子单元、液位监测子单元、烟雾监测子单元、人体监测子单元以及视频监测子单元，分别实现终端环境的温湿度、气体浓度、液位、烟雾、人体、图像数据的采集。

进一步，所述调控输出单元包括空调调控子单元、风机调控子单元、水泵调控子单元以及灯光调控子单元，分别实现终端环境的温湿度、空气质量、液位、灯光环境的调控。

进一步，所述电力线通信单元包括信号耦合电路、功放电路、滤波电路、MCU调制解调电路以及接口电路；其中，所述智能网关与所述环境监控终端通过所述低压电力线传输网络进行组网时，当环境监控终端发送所述监测输入单元的终端环境数据给智能网关，数据分别经过电力线通信单元的所述接口电路、MCU调制解调电路、功放电路、信号耦合电路进行处理后将高频信号耦合到低压电力线传输网络进行传输；当环境监控终端接收智能网关调控指令，再把低压电力线传输网络上的高频信号经过电力线通信单元的信号耦合电路、所述滤波电路、MCU调制解调电路、接口电路进行分离，即可得到各调控输出单元的控制信号。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明可以高效可靠地实现智能环境监测与控制，通过对终端环境下温度、湿度、气体浓度、液位、烟雾等环境数据的采集、编码、传输、存储、分析及自动化控制，实现对终端环境的全自动控制功能，克服了现有技术的不足，提供出一种系统化、科学化、自动化及智能化的高水平环境监测与控制系统，大幅提升了管理水平，保证了系统运行的高效性和可靠性，同时可以节省大量人力，节约运作成本。本发明采用模块化设计，具有功能模块划分清晰、可扩展性强、易用性强等特点。

附图说明

图1为本发明的系统应用连接示意图；

图2为本发明的综合监控平台内部单元框图；

图3为本发明的智能网关内部单元框图；

图4为本发明的环境监控终端内部单元框图；

图5为本发明的电力线通信单元内部单元框图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

如图1所示，本发明提供了主要包括综合监控平台1、智能网关2、低压电力线传输网络3、环境监控终端4、云端服务器5、移动终端6。其中，综合监控平台主要实现终端环境监测数据的汇聚、存储及分析处理，进而实现终端环境调控指令的下发，并通过中央显示单元和告警输出单元直观地呈现给用户，以便用户实时掌控整个系统的运行状态；智能网关用以实现综合监控平台与环境监控终端间数据传输的介质转换；低压电力线传输网络在保证整个系统供电的同时，利用调制技术把载有信息的高频信号加载于交流电信号上，然后通过低压电力线传输网络作为信息传输媒介，承载数据以及图像等信息传播；环境监控终端分别实现监测输入单元各子单元的监测数据的采集、编码、发送，调控输出单元各子单元的调控指令的接收、解码、操作，以及终端信息的实时显示；云端服务器通过接入互联网，来实现整个系统的远程环境构建，进而实现环境监测与控制的远程操作；移动终端通过手机APP发送不同的配置命令，可以选择智能网关与环境监控终端间用于通信的传输网络，除此之外，亦可接收综合监控平台发送的告警短信，及时了解整个系统的运行状态。

如图2所示，综合监控平台1主要包括中央处理单元11、数据存储单元12、以太网通信单元13、监测输入管理单元14、调控输出管理单元15、中央显示单元16、告警输出单元17、供电单元18。其中，中央处理单元11主要负责输入数据的分析处理及输出控制；数据存储单元12负责终端环境监测输入数据的存储备份；以太网通信单元13实现与云端服务器5相连，构建远程监控网络；监测输入管理单元14实现终端环境监测输入数据的管理；调控输出管理单元15实现终端环境调控输出指令的管理；中央显示单元16实现系统运行的实时显示；告警输出单元17实现系统异常状态的指示；供电单元18与综合监控平台1中所有功能单元相连，保证供电需求。

如图3所示，智能网关2主要包括数据处理单元21、电力线通信单元22、无线通信单元23、以太网通信单元24、RS-485通信单元25、供电单元26。其中，数据处理单元21通过电力线通信单元22、无线通信单元23、以太网通信单元24以及RS-485通信单元25实现综合监控平台1与环境监控终端4间数据传输的介质转换，供电单元26与智能网关2中所有功能单元相连，保证供电需求。

如图1和5所示，低压电力线传输网络3用于构建智能网关2与环境监控终端4的通信网络，在保证整个系统供电的同时，利用调制技术把载有信息的高频信号加载于交流电信号上，然后通过低压电力线传输网络作为信息传输媒介，承载数据以及图像等信息传播。

如图4所示，环境监控终端4主要包括数据处理单元41、监测输入单元42、调控输出单元43、电力线通信单元44、无线通信单元45、RS-485通信单元46、终端显示单元47、供电单元48。其中，数据处理单元41通过与监测输入单元42相连，实现监测输入单元各子单元的监测数据的采集、编码以及发送，监测输入单元42主要包括温湿度监测子单元421、气体监测子单元422、液位监测子单元423、烟雾监测子单元424、人体监测子单元425、视频监测子单元426，分别实现终端环境的温湿度、气体浓度、液位、烟雾、人体、图像等数据采集；数据处理单元41通过与调控输出单元43相连，实现调控输出单元各子单元的调控指令的接收、解码以及操作，调控输出单元43主要包括空调调控子单元431、风机调控子单元432、水泵调控子单元433、灯光调控子单元434，分别实现终端环境的温湿度、空气质量、液位、灯光等环境调控；电力线通信单元44、无线通信单元45、RS-485通信单元46用于与上层应用设备构建通信的物理接口，组建通信网络；终端显示单元47用于实现终端信息的实时显示；供电单元48与环境监控终端4中所有功能单元相连，保证供电需求。

如图5所示，电力线通信单元44主要包括信号耦合电路441、功放电路442、滤波电路443、MCU调制解调电路444、接口电路445。其中，若智能网关2与环境监控终端4通过低压电力线传输网络3进行组网，当环境监控终端4发送监测输入单元42的终端环境数据给智能网关2，数据分别经过电力线通信单元44的接口电路445、MCU调制解调电路444、功放电路442、信号耦合电路441进行处理后将高频信号耦合到低压电力线传输网络3进行传输；当环境监控终端4接收智能网关2调控指令，再把低压电力线传输网络3上的高频信号经过电力线通信单元44的信号耦合电路441、滤波电路443、MCU调制解调电路444、接口电路445进行分离，即可得到各调控输出单元43的控制信号。

如图1所示，云端服务器5通过与综合监控平台1相连，实现整个系统的远程环境构建，进而实现环境监测与控制的远程操作。移动终端6通过手机APP发送不同的配置命令给智能网关2和环境监控终端4，以此来选择智能网关2与环境监控终端4间用于通信的传输网络；除此之外，移动终端6亦可接收综合监控平台1发送的告警短信，及时了解整个系统的运行状态。

本发明可以高效可靠地实现智能环境监测与控制，通过对终端环境下温度、湿度、气体浓度、液位、烟雾等环境数据的采集、编码、传输、存储、分析及自动化控制，实现对终端环境的全自动控制功能，克服了现有技术的不足，提供出一种系统化、科学化、自动化及智能化的高水平环境监测与控制系统，大幅提升了管理水平，保证了系统运行的高效性和可靠性，同时可以节省大量人力，节约运作成本。本发明采用模块化设计，具有功能模块划分清晰、可扩展性强、易用性强等特点。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能环境监测与控制系统，其特征在于，所述系统包括综合监控平台、智能网关、低压电力线传输网络、若干环境监控终端、云端服务器以及移动终端；其中，所述环境监控终端通过所述低压电力线传输网络与所述智能网关连接；智能网关与所述综合监控平台连接；所述云端服务器与综合监控平台连接，用于实现整个系统的远程环境构建，进而实现环境监测与控制的远程操作；低压电力线传输网络用于构建智能网关与环境监控终端的通信网络，在保证整个系统供电的同时，利用调制技术把载有信息的高频信号加载于交流电信号上，然后通过低压电力线传输网络作为信息传输媒介，承载数据以及图像信息传播；所述移动终端通过手机APP发送不同的配置命令给智能网关和环境监控终端，以此来选择智能网关与环境监控终端间用于通信的传输网络，移动终端还用于接收综合监控平台发送的告警短信，及时了解整个系统的运行状态。

2.根据权利要求1所述的智能环境监测与控制系统，其特征在于，所述综合监控平台包括中央处理单元，以及与所述中央处理单元连接的数据存储单元、以太网通信单元、监测输入管理单元、调控输出管理单元、中央显示单元、告警输出单元以及供电单元；其中，中央处理单元负责输入数据的分析处理及输出控制；所述数据存储单元负责终端环境监测输入数据的存储备份；所述以太网通信单元实现与所述云端服务器相连，构建远程监控网络；所述监测输入管理单元实现终端环境监测输入数据的管理；所述调控输出管理单元实现终端环境调控输出指令的管理；所述中央显示单元实现系统运行的实时显示；所述告警输出单元实现系统异常状态的指示；所述供电单元与综合监控平台中所有功能单元相连，用于保证供电需求。

3.根据权利要求1所述的智能环境监测与控制系统，其特征在于，所述智能网关包括数据处理单元，以及与所述数据处理单元连接的电力线通信单元、无线通信单元、以太网通信单元、RS-485通信单元以及供电单元；其中，数据处理单元通过所述电力线通信单元、无线通信单元、以太网通信单元以及RS-485通信单元实现所述综合监控平台与所述环境监控终端间数据传输的介质转换，所述供电单元与智能网关中所有功能单元相连，用于保证供电需求。

4.根据权利要求1所述的智能环境监测与控制系统，其特征在于，所述环境监控终端包括数据处理单元，以及与所述数据处理单元连接的监测输入单元、调控输出单元、电力线通信单元、无线通信单元、RS-485通信单元、终端显示单元以及供电单元；其中，数据处理单元通过与所述监测输入单元相连，实现监测输入单元各子单元的监测数据的采集、编码以及发送；数据处理单元通过与所述调控输出单元相连，实现调控输出单元各子单元的调控指令的接收、解码以及操作；所述电力线通信单元、所述无线通信单元以及所述RS-485通信单元用于与上层应用设备构建通信的物理接口，组建通信网络；所述终端显示单元用于实现终端信息的实时显示；所述供电单元与环境监控终端中所有功能单元相连，用于保证供电需求。

5.根据权利要求4所述的智能环境监测与控制系统，其特征在于，所述监测输入单元包括温湿度监测子单元、气体监测子单元、液位监测子单元、烟雾监测子单元、人体监测子单元以及视频监测子单元，分别实现终端环境的温湿度、气体浓度、液位、烟雾、人体、图像数据的采集。

6.根据权利要求4所述的智能环境监测与控制系统，其特征在于，所述调控输出单元包括空调调控子单元、风机调控子单元、水泵调控子单元以及灯光调控子单元，分别实现终端环境的温湿度、空气质量、液位、灯光环境的调控。

7.根据权利要求4所述的智能环境监测与控制系统，其特征在于，所述电力线通信单元包括信号耦合电路、功放电路、滤波电路、MCU调制解调电路以及接口电路；其中，所述智能网关与所述环境监控终端通过所述低压电力线传输网络进行组网时，当环境监控终端发送所述监测输入单元的终端环境数据给智能网关，数据分别经过电力线通信单元的所述接口电路、MCU调制解调电路、功放电路、信号耦合电路进行处理后将高频信号耦合到低压电力线传输网络进行传输；当环境监控终端接收智能网关调控指令，再把低压电力线传输网络上的高频信号经过电力线通信单元的信号耦合电路、所述滤波电路、MCU调制解调电路、接口电路进行分离，即可得到各调控输出单元的控制信号。