CN109831471A - 结合传感器网络及rfid的新物联网信息平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合传感器和射频识别(RFID)的一种新型物联网信息平台,用于在建筑工程建造和运营维护阶段，协助管理和控制建筑楼宇设备以及提高建筑楼宇设施管理水平。所述方法包括：物联网信息平台的搭建，包含传感器、RFID、可视化平台、以及数据库技术；传感器物联网网络的配置；采用RFID技术读写设备信息；传感器技术获取环境状态信息和设备的运行状态信息；基于BACnet标准读写直接数字控制设备的数据，用于实时地控制和管理建筑楼宇系统，比如HVAC系统，照明系统和消防系统等；设备数据存储的数据库的搭建。该设计把传感器的数据可视化在三维的建筑信息模型(BIM)平台中，方便管理人员检索和准确地查看信息，从而用于方便管理楼宇设备。
Description
技术领域
本发明涉及传感器和RFID技术的物联网技术领域，特别涉及基于传感器技术对于建筑楼宇控制系统的物联网信息管理平台。
背景技术
随着建筑、工程设计、信息化等行业的飞速发展，建筑设备管理系统的数字化和复杂程度显著提高，使得管理人员很难实时控制所有的建筑楼宇设备和获取所有的楼宇设备的使用状态。因此，楼宇设备的管理控制领域需要引进更高效的信息技术和管理手段来提高管理效率。
物联网技术，通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。在物联网应用中有三项关键技术。传感器技术，是到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号，需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。第三种嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。
由于建筑环境中包括复杂的建筑系统，比如空调系统，照明系统，监控系统，消防系统，弱电系统等，管理人员很难准确的获取精确的信息去管理和控制楼宇系统，并为居住者提供良好的建筑环境。因此，本发明结合前两种物联网技术，传感器和RFID技术，建立一个新兴的物联网信息平台，用于提高建筑设备系统的管理和控制水平，高效地和实时的控制楼宇系统，并且可以降低能耗和提高建筑环境的舒适度。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了结合传感器和RFID的一种新型物联网信息平台。所述技术方案如下：
搭建信息数据库，信息类型分为传感器信息，设备运行状态信息，几何信息、文字信息以及位置信息。传感器信息从传感器中获取；设备运行状态信息用直接数字设备中获取；几何信息可从BIM模型等数据来源获取；文字信息可从设备或物资清单、出入库记录、维护保养记录等来源获取；位置信息包括对象的空间位置以及用户的空间位置。此发明将不同信息分类储存在搭建的数据库中，并在数据中存储传感器信息中相应的位置中。本发明采用Microsoft SQL数据库，Microsoft SQL数据库支持数据自动存储，支持SQL数据查询语言，可以方便地实现数据查询与更新。
本发明采用传感器技术，对于需要管理的建筑物空间，安装各类传感器，用来获取建筑物内部的环境状态信息，比如室内的温度、湿度，二氧化碳，光照以及声音等。对于需要控制的建筑楼宇系统，比如HVAC系统,照明系统等，安装所需各类传感器，用来获取楼宇系统的运行状态，包括温度传感器，压力传感器，水流传感器等。
本发明采用直接数字控制器技术(Direct Digital Control,DDC)，对于需要控制的建筑楼宇系统，比如HVAC系统,照明系统等，通过直接数字控制器，直接获取系统等运行状态，并且直接控制系统的开、关等运行状态。一个DDC控制器可以直接管理和控制几个传感器和相应的设备，从而方便管理和节约成本。
本发明采用被动式RFID进行用户定位与数据交互，被动式RFID标签不直接储存对象信息，而是建立对象与信息数据库之间的联系，使得用户可以与信息数据库的各个对象进行交互，被动式RFID标签具有能耗小、成本低、寿命长等特点。对需要管理的设备对象附着被动式RFID标签，其可通过不同的频率信号将标签传递到RFID读写器上。RFID读写器可通过标签在数据库中与对应的设备进行匹配，进而找到相对应的对象的信息。
本发明采用物联网通信协议BACnet标准，用于智能建筑的通信协议，是国际标准化组织(ISO)、美国国家标准协会(ANSI)及美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)定义的通信协议。BACnet针对智能建筑及控制系统的应用所设计的通信，可用在暖通空调系统(HVAC，包括暖气、通风、空气调节)也可以用在照明控制、门禁系统、火警侦测系统及其相关的设备。BACnet标准优点在于能降低维护系统所需成本并且安装比一般工业通信协议更为简易，因此使得该发明的应用更加广泛。
本发明运行的物联网信息平台基于BACnet物联网标准通信协议和C#编程语言来设计应用程序，应用程序可以实现实时收集传感器的数据，包括环境状态的数据(室内的温度、湿度，二氧化碳，光照以及声音)和设备运行状态的数据(温度，压力，水流，设备开关状态等)。环境状态的数据根据相关标准可以直接被用来分析建筑的空间的舒适程度；设备运行的状态数据被用来分析建筑物的能耗。并且，本设计通过应用程序编程接口(API)开发了可视化的用户界面，这些传感器的数据被实时地显示在可视化的用户界面平台里面。本设计还通过编程程序，实时的将传感器数据存储到对应的SQL数据库里，方便管理者日后的查看和使用。
本发明的用户界面是在可视化的三维建筑环境中搭建，使得管理者可以更直观、更清晰、更方便的管理建筑楼宇系统的运行状态。该平台可以分别在台式电脑，笔记本电脑和移动设备使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍:
图1是本发明实施例中所使用的直接数字控制设备和传感器；
图2是本发明实例使用的RFID读写器；
图3是本发明实施例中现场用户操作界面；
图4显示了本发明实施例中所有传感器的实时数据。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
搭建信息数据库，信息类型分为传感器信息，设备运行状态信息，几何信息、文字信息以及位置信息。传感器信息从传感器中获取；设备运行状态信息用直接数字设备中获取；几何信息可从BIM模型等数据来源获取；文字信息可从设备或物资清单、出入库记录、维护保养记录等来源获取；位置信息包括对象的空间位置以及用户的空间位置。此发明将不同信息分类储存在搭建的数据库中，并在数据中存储传感器信息中相应的位置中。
对于需要管理的建筑物空间，安装各类传感器，用来获取建筑物内部的环境状态信息，比如室内的温度、湿度，二氧化碳，光照以及声音等。
对于需要控制的建筑楼宇系统，比如HVAC系统,照明系统等，安装所需各类传感器，用来获取楼宇系统的运行状态，包括温度传感器，压力传感器，水流传感器等。
对于需要控制的建筑楼宇系统，比如HVAC系统,照明系统等，通过直接数字控制器，直接获取系统等运行状态，并且直接控制系统的开、关等运行状态。
对需要管理的设备对象附着被动式RFID标签，其可通过不同的频率信号将标签传递到RFID读写器上。RFID读写器可通过标签在数据库中与对应的设备进行匹配，进而找到相对应的对象的信息。
运行的物联网信息平台基于BACnet标准物联网通信协议和C#编程语言来设计应用程序，应用程序可以实现实时收集传感器的数据，包括环境状态的数据(室内的温度、湿度，二氧化碳，光照以及声音)和设备运行状态的数据(温度，压力，水流，设备开关状态等)。环境状态的数据根据相关标准可以直接被用来分析建筑的空间的舒适程度；设备运行的状态数据被用来分析建筑物的能耗。并且，本设计通过应用程序编程接口(API)开发了可视化的用户界面，这些传感器的数据被实时地显示在可视化的用户界面平台里面。本设计还通过编程程序，实时的将传感器数据存储到对应的SQL数据库里，方便管理者日后的查看和使用。
下面通过一个实施例对本系统的使用方法进行说明。
实施例一
本发明实施例利用本发明中的系统对某教学楼进行设备运营管理和空间舒适度进行管理，具体方法包括：
配置用于该教学楼设备管理的传感器网络。根据教学楼的空间和建筑面积，安装需要数目的传感器，传感器包括环境状态信息收集传感器，如温度传感器，湿度传感器，二氧化碳浓度传感器，声音传感器；设备运营状态传感器，温度传感器，压力传感器，水流压力传感器。
搭建对应的SQL数据库。数据内容包括传感器的数据，传感器类型，传感器数据的对应值，纪录时间。建筑内部设备的几何信息(设备的3D模型，形状，尺寸等)，文字信息(设备的材质，生产厂商，维护信息等)以及位置信息，其中设备的几何信息和设备的位置信息来源于该建筑的BIM模型，设备的文字信息来源于该建筑的BIM模型以及设备维护保养记录。
安装被动式RFID标签在建筑物内部需要管理的各个重要设备上，例如空调压缩机，各类水管、排风管等，并把各个标签在数据库中与对应的设备进行关联。
管理人员可以通过开发的用户界面来实时监控设备的运行状态和运行环境，如图一中，管理人员可以看到制冷剂温度传感器采集的温度信息，包括某一时间段的最高温度、最低温度、当前温度和平均温度，并能显示其历史数据。
管理人员通过用户界面来控制建筑设备(见附图1)，即可直接控制建筑中的运行系统。例如，可以直接控制HVAC系统里面的制冷机，也可以直接控制空调系统的开关状态(见附图2)，并且获取相对应的运行状态指标。
在楼层平面中，也会显示所有传感器的实时数据(见附图4)，所有传感器的实时数据，包括温度、湿度、二氧化碳浓度以及房间内声音分贝数都会显示在楼层平面视图中。同时，数字的颜色可以反映出该数值下人体的舒适程度，例如红色的温度数值表示当前温度过高，蓝色温度数值表示当前温度过低。
另外，管理人员在现场手持RFID读写器(见附图3)，即可获取周边设备的基本信息，并且可以对信息进行更新，方便管理者对设备进行统一管理和维护。信息包括设备的材质，生产厂商，维护信息等以及位置信息。
需要说明的是：上述实施例提供的结合物联网和RFID的新型物联网信息平台，，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
本发明公开了一种结合传感器和射频识别(RFID)的一种新型物联网信息平台,用于在建筑工程建造和运营维护阶段，协助管理和控制建筑楼宇设备以及提高建筑楼宇设施管理水平。所述方法包括：物联网信息平台的搭建，包含传感器、RFID、可视化平台、以及数据库技术；传感器物联网网络的配置；采用RFID技术读写设备信息；传感器技术获取环境状态信息和设备的运行状态信息；基于BACnet标准读写直接数字控制设备(Direct DigitalControl，DDC)的数据，用于实时地控制和管理建筑楼宇系统，比如HVAC系统，照明系统和消防系统等；设备数据存储的数据库的搭建。该设计把传感器的数据可视化在三维的建筑信息模型(BIM)平台中，方便管理人员检索和准确地查看信息，从而用于方便管理楼宇设备。本发明提供的方法能有效在建筑工程建造阶段和运营维护阶段中对施工设备、建筑设备进行管理和控制，并且解决了管理人员不能可视化地、快速地查询设备信息的难题。此物联网技术还可以应用到供应链管理、工业生产等领域。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤，可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机和移动设备的可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是磁盘、内存卡等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.结合传感器和RFID的一种新型物联网信息平台，其特征在于所述方法包括：
物联网信息平台的网络配置和搭建，包含搭建信息数据库，
采用传感器技术获取环境信息和设备的运营状态信息，
基于BACnet物联网通讯协议读写直接数字控制设备(Direct Digital Control)的数据，用于实时地控制建筑楼宇系统，比如HVAC系统，照明系统等3；
采用被动式RFID进行用户定位与数据交互，
通过应用程序编程接口(API)开发了可视化的用户界面和数据库存取搭接平台。
2.根据权利要求1所述的数据库，其特征在于，搭建信息数据库，信息类型分为传感器信息，设备运行状态信息，几何信息、文字信息以及位置信息；传感器信息从传感器中获取；设备运行状态信息用直接数字设备中获取；几何信息可从建筑信息模型(BIM)模型等数据来源获取；文字信息可从设备或物资清单、出入库记录、维护保养记录等来源获取；位置信息包括对象的空间位置以及用户的空间位置；此发明将不同信息分类储存在搭建的数据库中，并在数据中存储传感器信息中相应的位置中；本发明采用Microsoft SQL数据库，Microsoft SQL数据库支持数据自动存储，支持SQL数据查询语言，可以方便地实现数据查询与更新。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，利用传感器技术，可以实现人与物体之间的数据交互；可以对于需要管理的建筑物空间，安装各类传感器，用来获取建筑物内部的环境状态信息，比如室内的温度、湿度，二氧化碳，光照以及声音等；对于需要控制的建筑楼宇系统，比如HVAC系统,照明系统等，安装所需的传感器，用来获取楼宇系统的运行状态，包括温度传感器，压力传感器，水流传感器等。
4.根据权利要求1所述的直接数字控制器技术(Direct Digital Control,DDC)，其特征在于，不仅可以获取相对应的传感器数据，还可以获取控制的设备的运行状态数据(开或关)；其次，一个DDC控制器可以直接管理和控制几个传感器和相应的设备，从而方便管理和节约成本；对于需要控制的建筑楼宇系统，比如HVAC系统,照明系统等，通过直接数字控制器，直接获取系统等运行状态，并且直接控制系统的开、关等运行状态；DDC支持BACnet物联网通讯协议。
5.根据权利要求4所述的BACnet物联网通讯协议，其特征在于，它是用于智能建筑的通信协议，是国际标准化组织(ISO)、美国国家标准协会(ANSI)及美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)定义的通信协议；BACnet针对智能建筑及控制系统的应用所设计的通信，可用在暖通空调系统(HVAC，包括暖气、通风、空气调节)也可以用在照明控制、门禁系统、火警侦测系统及其相关的设备；BACnet标准优点在于能降低维护系统所需成本并且安装比一般工业通信协议更为简易，因此使得该发明的应用更加广泛。
6.根据权利要求1所述的RFID技术，其特征在于，被动式RFID进行用户定位与数据交互，被动式RFID标签不直接储存对象信息，而是建立对象与信息数据库之间的联系，使得用户可以与信息数据库的各个对象进行交互，被动式RFID标签具有能耗小、成本低、寿命长等特点；对需要管理的设备对象附着被动式RFID标签，其可通过不同的频率信号将标签传递到RFID读写器上；RFID读写器可通过标签在数据库中与对应的设备进行匹配，进而找到相对应的对象的信息。
7.根据权利要求1所述的通过应用程序编程接口(API)开发可视化的用户界面，其特征在于，物联网信息平台是基于BACnet标准物联网通信协议和C#编程语言来设计开发的应用程序；应用程序可以实现实时收集传感器的数据，包括环境状态的数据(室内的温度、湿度，二氧化碳，光照以及声音)和设备运行状态的数据(温度，压力，水流，设备开关状态等)；环境状态的数据根据相关标准可以直接被用来分析建筑的空间的舒适程度；设备运行的状态数据被用来分析建筑物的能耗。
8.根据权利要求1所述数据库存取搭接平台，其特征在于，通过应用程序编程接口(API)开发的数据库存取搭接平台，这些传感器的数据被实时地显示在可视化的用户界面平台里面；本设计还通过编程程序，实时的将传感器数据存储到对应的SQL数据库里，方便管理者日后的查看和使用；本发明的用户界面是在可视化的三维建筑环境中搭建，使得管理者可以更直观、更清晰、更方便的管理建筑楼宇系统的运行状态；该用户界面平台可以分别在台式电脑，笔记本电脑和移动设备使用。
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