CN109140721A - 建筑通风节能调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了建筑通风节能调控系统，该系统包括：开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；感知装置，被配置为采集环境监测数据，所述环境监测数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；调控装置，与感知装置通信连接，被配置为对感知装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

Description

建筑通风节能调控系统

技术领域

本发明涉及环境调节技术领域，具体涉及建筑通风节能调控系统。

背景技术

现有技术中，由于大多建筑物都采用不可控的自然通风结构，自然通风条件下，室内通风状态无规则、不受控制，造成室内利用自然风的效果较差。为此，需要设计一种智能家居通风调节系统，以对室内的通风状态进行控制，从而控制自然风通风量。

无线传感器网络是近年来信息科学研究的一个热点，在军事、环境监测、农业、医疗、城市安全方面有着广泛的应用，引起了各国学术界和工业界的广泛重视。无线传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。无线传感器网络节点的体系结构设计一般应包括电源及电源管理模块、传感器、微处理器和无线收发器四个部分。

发明内容

针对上述问题，本发明提供建筑通风节能调控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了建筑通风节能调控系统，该系统包括：

开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；

感知装置，被配置为采集环境监测数据，所述环境监测数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；

调控装置，与感知装置通信连接，被配置为对感知装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

其中，所述的感知装置包括汇聚节点和多个用于采集所述环境监测数据的环境监测节点，多个环境监测节点被分为至少一个簇，每个簇选取一个簇首，簇首收集所在簇内环境监测节点采集环境监测数据后，将收集的环境监测数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将环境监测数据发送至调控装置。

进一步地，所述的环境监测数据还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。

进一步地，所述系统还包括与感知装置连接的可视化装置，所述可视化装置被配置为显示感知装置采集的各种环境监测数据。

优选地，所述调控装置包括存储器、服务器；所述的存储器存储有自然风风向、风速与各个电动外窗的开启度的数量关系数据；所述服务器根据所述数量关系数据对所述感知装置采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗的开启度，并生成相应的控制信号。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术收集环境监测数据，并根据环境监测数据调节电动外窗的开启度，能够解决现有技术存在的室内通风状态无规则、不受控制、造成室内利用自然风的效果较差的问题，具有控制方便、结构简单、保证室内自然通风的合理，使自然通风可控，节能、保证自然通风的有效性等突出的有益效果。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的建筑通风节能调控系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的调控装置的结构示意框图。

附图标记：

电动外窗1、感知装置2、调控装置3、可视化装置4、存储器10、服务器20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

图1示出了本发明一个示例性实施例的建筑通风节能调控系统的结构示意框图。如图1所示，本发明实施例提供了建筑通风节能调控系统，该系统包括：

开启度可调节的电动外窗1，其设置于建筑物的外立面；

感知装置2，被配置为采集环境监测数据，所述环境监测数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；

调控装置3，与感知装置2通信连接，被配置为对感知装置2采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗1的控制端，以控制电动外窗1的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

其中，所述的感知装置1包括汇聚节点和多个用于采集所述环境监测数据的环境监测节点，多个环境监测节点被分为至少一个簇，每个簇选取一个簇首，簇首收集其簇内环境监测节点采集环境监测数据后，将收集的环境监测数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将环境监测数据发送至调控装置3。

进一步地，所述的环境监测数据还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。

进一步地，所述系统还包括与感知装置2连接的可视化装置4，所述可视化装置4被配置为显示感知装置2采集的各种环境监测数据。

在一种能够实施的方式中，如图2所示，所述调控装置3包括存储器10、服务器20；所述的存储器10存储有自然风风向、风速与各个电动外窗1的开启度的数量关系数据；所述服务器20根据所述数量关系数据对所述感知装置2采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗1的开启度，并生成相应的控制信号。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术收集环境监测数据，并根据环境监测数据调节电动外窗1的开启度，能够解决现有技术存在的室内通风状态无规则、不受控制、造成室内利用自然风的效果较差的问题，具有数据采集便捷、控制方便、结构简单、保证室内自然通风的合理，使自然通风可控，节能、保证自然通风的有效性等突出的有益效果。

在一种能够实施的方式中，簇首在簇内所有环境监测节点中选择一个环境监测节点作为辅助收集节点；在数据传输阶段，其余环境监测节点根据距离选择发送所采集的环境监测数据的目的节点，当与辅助收集节点之间的距离更近时，其余环境监测节点选择辅助收集节点作为目的节点；当与簇首的距离更近时，其余环境监测节点选择簇首作为目的节点。

其中，当辅助收集节点接收到的环境监测数据量达到其最大缓存时，辅助收集节点将接收的环境监测数据转发至簇首。

如果没有辅助收集节点，簇内的环境监测节点将不得不直接将环境监测数据发送至簇首，这将因此较大的通信开销和拥塞。针对这个问题，本实施例中，簇首在簇内所有环境监测节点中选择一个环境监测节点作为辅助收集节点。

其中，簇首在簇内所有环境监测节点中选择一个环境监测节点作为辅助收集节点，包括：

(1)簇首获取簇内各环境监测节点的节点度，并计算簇内所有环境监测节点的节点度平均值，其中环境监测节点的节点度为位于该环境监测节点通信范围内的邻居节点数目；簇首选择节点度大于所述节点度平均值的簇内环境监测节点作为备选节点，构建备选节点列表；

(2)初始时，簇首向簇内各环境监测节点发送节点竞选消息，并记录各环境监测节点的响应于该节点竞选消息的反馈时间；

簇首按照下列公式计算各备选节点的竞选概率，并将竞选概率信息存入备选节点列表，并将竞选概率最大的备选节点作为初始的辅助收集节点：

式中，W_ij为簇首i的备选节点j的竞选概率，h_ij为备选节点j响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间，为所有备选节点响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，P_j为备选节点j的当前剩余能量，P_j0为备选节点j的初始能量，G_j为备选节点j的缓存大小，为所有备选节点的缓存大小的平均值，v₁、v₂为设定的权重系数。

本实施例设定了辅助收集节点的选择机制，通过辅助收集节点的设置，一方面能够降低通信开销和拥塞，另一方面能够有效提高簇首汇总环境监测数据的效率，并且能够分担簇首的负载，从而降低簇首的能耗。

本实施例在进行辅助收集节点选择时，通过节点度来筛选出备选节点，能够有效保障后续筛选出的辅助收集节点可以较大范围地覆盖簇内的环境监测节点，从而保障一定的数据收集效率。

本实施例将备选节点的响应时长、能量和缓存作为衡量标准，设计了竞选概率的计算公式，由于响应时长反映了备选节点执行环境监测数据收集任务的意愿程度，能量和缓存的大小反映了备选节点执行环境监测数据收集任务的困难程度，本实施例根据竞选概率进行辅助收集节点的确定，有益于保障所选择的辅助收集节点能够可靠地完成环境监测数据收集的任务，从而提高环境监测数据收集的可靠性。

在一个实施例中，簇首按预设周期更新簇内各备选节点的竞选概率信息，在每一次更新后以竞选概率最大的环境监测节点作为辅助收集节点，从而实现辅助收集节点的轮换，其中，设定竞选概率的更新公式为：

式中，W_ij ^a为在第a个周期更新后簇首i的备选节点j的竞选概率，W_ij ^a-1为在第a-1个周期更新后簇首i的备选节点j的竞选概率，tan^-1为反正切函数；u为预设的权重影响因子，用于表示能量衰减对竞选概率的影响程度；P_min为预设最小能量值。

本实施例设定了辅助收集节点的轮换机制，其中根据能量衰减对竞选概率的影响，创新性地提出了竞选概率的更新公式，本实施例通过对辅助收集节点进行定期更新，且每次更新后以竞选概率最大的备选节点作为辅助收集节点，有利于均衡簇内各备选节点的能量消耗，从而延长无线传感器网络的生命周期。

在一个实施例中，簇首根据历史竞选概率信息定期对备选节点列表中的各备选节点进行检测，若备选节点b满足下列条件，则簇首将该备选节点的信息从所述备选节点列表中删除：

式中，W_ib ^k为在第k个周期更新后簇首i所在簇内环境监测节点b的竞选概率，f为到目前为止竞选概率更新的总次数，W_min为预设的竞选概率下限。

本实施例中，簇首根据历史竞选概率信息定期对备选节点列表中的各备选节点进行检测，对历史竞选概率情况不符合设定条件的备选节点进行删除，能够有效节省辅助收集节点的更新轮换时间，提高辅助收集节点的筛选效率，进而节省建筑通风节能调控系统在环境监测数据收集方面的成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.建筑通风节能调控系统，其特征是，包括：

开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；

感知装置，被配置为采集环境监测数据，所述环境监测数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；

调控装置，与感知装置通信连接，被配置为对感知装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

2.根据权利要求1所述的建筑通风节能调控系统，其特征是，所述的感知装置包括汇聚节点和多个用于采集所述环境监测数据的环境监测节点，多个环境监测节点被分为至少一个簇，每个簇选取一个簇首，簇首收集所在簇内环境监测节点采集的环境监测数据后，将收集的环境监测数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将环境监测数据发送至调控装置。

3.根据权利要求1所述的建筑通风节能调控系统，其特征是，所述的环境监测数据还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。

4.根据权利要求1所述的建筑通风节能调控系统，其特征是，还包括与感知装置连接的可视化装置，所述可视化装置被配置为显示感知装置采集的各种环境监测数据。

5.根据权利要求1-4任一项所述的建筑通风节能调控系统，其特征是，所述调控装置包括存储器、服务器；所述的存储器存储有自然风风向、风速与各个电动外窗的开启度的数量关系数据；所述服务器根据所述数量关系数据对所述感知装置采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗的开启度，并生成相应的控制信号。

6.根据权利要求2所述的建筑通风节能调控系统，其特征是，簇首在簇内所有环境监测节点中选择一个环境监测节点作为辅助收集节点，包括：

(1)簇首获取簇内各环境监测节点的节点度，并计算簇内所有环境监测节点的节点度平均值，其中环境监测节点的节点度为位于该环境监测节点通信范围内的邻居节点数目；簇首选择节点度大于所述节点度平均值的簇内环境监测节点作为备选节点，构建备选节点列表；

(2)初始时，簇首向簇内各环境监测节点发送节点竞选消息，并记录各环境监测节点的响应于该节点竞选消息的反馈时间；

簇首按照下列公式计算各备选节点的竞选概率，并将竞选概率信息存入备选节点列表，并将竞选概率最大的备选节点作为初始的辅助收集节点：

式中，W_ij为簇首i的备选节点j的竞选概率，h_ij为备选节点j响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间，为所有备选节点响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，P_j为备选节点j的当前剩余能量，P_j0为备选节点j的初始能量，G_j为备选节点j的缓存大小，为所有备选节点的缓存大小的平均值，v₁、v₂为设定的权重系数。