CN110108316A - 一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统及其方法，系统包括智能信息感知模块、电控单元ECU、建筑生活环境调控设备以及人机交互模块；电控单元ECU连接于智能信息感知模块和建筑生活环境调控设备之间；人机交互模块与所述电控单元ECU连接。本发明将多种传感器信息集成在一个智能信息感知模块上，实现建筑环境多源信息的实时采集，并将若干个智能信息感知模块通过无线网络技术，组成一个数据分布网络，形成多点多源的传感器网络，综合分析建筑环境各参数的流场分布，优化建筑环境设备工程的调控参数，智能决策并调控建筑生活环境调控设备，提高环境调控优化效果。

Description

一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统 及其方法

技术领域

本发明涉及智能监控的技术领域，尤其涉及到一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统及其方法。

背景技术

建筑生活环境与我们的日常工作和生活息息相关，建筑物与其周围环境间的关系非常密切，相关度非常高，周围环境既能制约建筑物的设计和规划，又能促进建筑物的优化和实用。建筑生活环境主要是指空气环境，包括空气温度、相对湿度、PM2.5含量、气体成分、空气流场分布等，空气环境的调节除了由建筑物本身的设计情况决定之外，还极大程度上受到相关设备工程技术的影响，建筑环境设备工程技术直接影响热湿环境、空气品质环境、光照环境和声音环境等主要参数的调控质量。目前的建筑环境相关设备工程主要包括制冷、供暖、通风、除尘、空气净化、燃气应用等内容，但目前一些新型建筑内部的环境与设备还有很大改进空间，如建筑物过多追求华丽的设计，而在通风效果上不尽人意，导致建筑物内环境空气质量下降；如风道系统设计不合理，导致夏季制冷不到位，冬季供暖不到位等；如通风装置安装不合理，导致厂房、仓库等建筑环境参数超标或局部分布不均衡等。现阶段，市场上仅有针对特定场所的环境监测系统，而且能监测的参数也非常有限，大多是温度和相对湿度的监测。

设计一款用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控及报警系统非常有必要，可实时反馈建筑环境内部的温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、风速等环境参数的分布，并通过数据分析和整理，实时调控建筑生活环境调控设备，实现环境参数的优化调控，并实现超过设置阀值的监测点的报警提示，为建筑环境与设备工程调控技术的提升提供数据支撑和试验基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能进行全面监测、实现建筑生活环境智能调控的建筑生活环境多点多源信息实时监控和报警系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

包括智能信息感知模块、电控单元ECU、建筑生活环境调控设备以及人机交互模块；电控单元ECU连接于智能信息感知模块和建筑生活环境调控设备之间；人机交互模块与所述电控单元ECU连接。

所述智能信息感知模块由多个监测不同信息的传感器组成，实时传输监测点的环境参数给电控单元ECU；

所述电控单元ECU用于分析多个智能信息感知模块的数据，并进行数据处理和流场分析，计算当前建筑生活环境的监测参数分布情况，综合评定当前环境质量；

所述建筑生活环境调控设备包括温度、相对湿度、氧气浓度、空气洁净度、光照度、烟雾浓度参数的调控设备；

所述人机交互模块用于设置参数、显示数据和提示报警。

进一步地，所述智能信息感知模块电控单元ECU之间通过ZIGBEE无线数据传输网络进行实时通讯；而电控单元ECU与建筑生活环境调控设备间的通讯方式采用CAN总线通讯协议。

进一步地，所述电控单元ECU基于STM32芯片核心开发的嵌入式系统，负责采集智能信息感知模块的数据，并进行数据分析和智能决策；为提高系统运行的稳定性和可靠性，电控单元ECU引入μcos-Ш多任务实时操作系统，将控制单元的程序模块化，分别设置数据采集任务、环境参数调控任务、设备工作状态监测任务、数据储存任务、数据上传任务、紧急报警任务、人机交互任务七个工作任务，每个工作任务在连续自循环中进行任务交互，实现环境调控目标。

进一步地，所述智能信息感知模块集成有建筑环境温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、烟雾浓度、风速多种传感器，实时采集数据后经过数据处理将滤波后的数据对外传输给电控单元ECU。

进一步地，所述建筑生活环境调控设备包含中央空调出风口风机、电动百叶窗、超声波雾化加湿器、空气净化器、高压喷水泵、电控喷头、LED光源。

进一步地，所述人机交互模块为触摸屏。

为实现上述目的，本发明另外提供一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统的方法，包括以下步骤：

S1：智能信息感知模块实时采集建筑环境的温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、烟雾浓度、风速信息，并将信息传输给电控单元ECU；

S2：电控单元ECU接收信息后，进行数据分析和智能调控建筑生活环境调控设备；

S3：人机交互模块显示调控后的各种数据。

进一步地，所述步骤S2中，当智能信息感知模块监测到个别监测点温度超过系统预设的阀值，建筑生活环境内温度分布不均匀，则通过改变中央空调出风口风机的风速来调控该监测点附近的温度分布；当中央空调出风口风机开启时，电动百叶窗开启，结合监测点温度分布情况，电动百叶窗可适应调整角度，使冷风气流向温度高的区域流动，达到温度场分布均匀的目标；

当智能信息感知模块监测到相对湿度低于系统预设的阀值，则通过开启超声波雾化加湿提高湿度水平，超声波雾化加湿具有四个加湿振子实现分级加湿，当目前湿度水平与系统预设值相差较大时，控制四个加湿振子同时工作，提供最大加湿量，依次类推，当目前湿度水平为系统预设值时，控制一个加湿振子工作，防止超调；

当智能信息感知模块监测到PM2.5超过系统预设的阀值，则通过开启空气净化器来调控环境空气的洁净度；

当智能信息感知模块监测到监测点附近一氧化碳或二氧化碳气体浓度超标，表示监测点可能是着火点，当此时监测该点烟雾浓度超过系统预设值，则启动高压喷水泵和电控喷头进行喷淋，防止火灾发生；

当智能信息感知模块监测到监测点附近光照度过低，则结合工作时间段开启LED光源进行人工照明。

进一步地，所述智能信息感知模块预先设置该位置点的建筑环境参数信息监测上下限阀值，当监测点环境参数数据超过预先设置的限定阀值时，则该智能信息感知模块将会发出报警提示信息。

进一步地，发出报警提示信息时，根据不同建筑环境要求，设置各监测参数的优先级排列，实现不同报警级别的提示；具体步骤如下：

B1：设置监测参数优先级：在智能信息感知模块上设置监测的环境参数对应的优先级排列，分别以1、2、3、4、……、N为优先级排序定义，1为最高优先级，N为最低优先级；

B2：设置报警提示标识：在智能信息感知模块上设置不同报警提示程度的相应标识，分别以不同颜色的提示等作为提示标识，以红色、黄色、蓝色、绿色表示不同级别的报警提示排序标识，红色为最紧急报警提示排序标识，绿色为最低的报警提示排序标识；

B3：数据监测和报警决策：当智能信息感知模块监测到当前位置环境参数超过设定的阀值，则触发相应报警提示命令；当同一时刻同一位置有多个环境参数超过设定的阀值，则以最高优先级的监测参数对应的报警提示标识为优先警示。

与现有技术相比，本方案原理和优点如下：

本方案将建筑环境内部的温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、烟雾浓度、风速等多种传感器信息集成在一个智能信息感知模块上，实现建筑环境多源信息的实时采集，并将若干个智能信息感知模块通过无线网络技术，组成一个数据分布网络，形成多点多源的传感器网络，综合分析建筑环境各参数的流场分布，优化建筑环境设备工程的调控参数，智能决策并调控建筑生活环境调控设备，提高环境调控优化效果。

附图说明

图1为本发明一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本实施例所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统，包括智能信息感知模块1、电控单元ECU2、建筑生活环境调控设备3以及人机交互模块4；电控单元ECU2连接于智能信息感知模块1和建筑生活环境调控设备3之间；人机交互模块4与所述电控单元ECU2连接。其中，智能信息感知模块1和电控单元ECU2之间通过ZIGBEE无线数据传输网络进行实时通讯；而电控单元ECU2与建筑生活环境调控设备3间的通讯方式采用CAN总线通讯协议。

智能信息感知模块1集成有建筑环境温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、烟雾浓度、风速多种传感器，实时采集数据后经过数据处理将滤波后的数据对外传输给电控单元ECU。

电控单元ECU2基于STM32芯片核心开发的嵌入式系统，负责采集智能信息感知模块的数据，并进行数据分析和智能决策；为提高系统运行的稳定性和可靠性，电控单元ECU2引入μcos-Ш多任务实时操作系统，将控制单元的程序模块化，分别设置数据采集任务、环境参数调控任务、设备工作状态监测任务、数据储存任务、数据上传任务、紧急报警任务、人机交互任务七个工作任务，每个工作任务在连续自循环中进行任务交互，实现环境调控目标。

建筑生活环境调控设备3包含中央空调出风口风机、电动百叶窗、超声波雾化加湿器、空气净化器、高压喷水泵、电控喷头、LED光源。

人机交互模块4为触摸屏。

具体的工作原理如下：

S1：智能信息感知模块1实时采集建筑环境的温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、烟雾浓度、风速信息，并将信息传输给电控单元ECU2；

S2：电控单元ECU2接收信息后，进行数据分析和智能调控建筑生活环境调控设备3；其中，当智能信息感知模块1监测到个别监测点温度超过系统预设的阀值，建筑生活环境内温度分布不均匀，则通过改变中央空调出风口风机的风速来调控该监测点附近的温度分布；当中央空调出风口风机开启时，电动百叶窗开启，结合监测点温度分布情况，电动百叶窗可适应调整角度，使冷风气流向温度高的区域流动，达到温度场分布均匀的目标；

当智能信息感知模块1监测到相对湿度低于系统预设的阀值，则通过开启超声波雾化加湿提高湿度水平，超声波雾化加湿具有四个加湿振子实现分级加湿，当目前湿度水平与系统预设值相差较大时，控制四个加湿振子同时工作，提供最大加湿量，依次类推，当目前湿度水平为系统预设值时，控制一个加湿振子工作，防止超调；

当智能信息感知模块1监测到PM2.5超过系统预设的阀值，则通过开启空气净化器来调控环境空气的洁净度；

当智能信息感知模块1监测到监测点附近一氧化碳或二氧化碳气体浓度超标，表示监测点可能是着火点，当此时监测该点烟雾浓度超过系统预设值，则启动高压喷水泵和电控喷头进行喷淋，防止火灾发生；

当智能信息感知模块1监测到监测点附近光照度过低，则结合工作时间段开启LED光源进行人工照明。

S3：人机交互模块4显示调控后的各种数据。

上述中，智能信息感知模块1预先设置该位置点的建筑环境参数信息监测上下限阀值，当监测点环境参数数据超过预先设置的限定阀值时，则该智能信息感知模块1将会发出报警提示信息。

发出报警提示信息时，根据不同建筑环境要求，设置各监测参数的优先级排列，实现不同报警级别的提示；具体步骤如下：

B1：设置监测参数优先级：在智能信息感知模块1上设置监测的环境参数对应的优先级排列，分别以1、2、3、4、……、N为优先级排序定义，1为最高优先级，N为最低优先级；

B2：设置报警提示标识：在智能信息感知模块1上设置不同报警提示程度的相应标识，分别以不同颜色的提示等作为提示标识，以红色、黄色、蓝色、绿色表示不同级别的报警提示排序标识，红色为最紧急报警提示排序标识，绿色为最低的报警提示排序标识；

B3：数据监测和报警决策：当智能信息感知模块1监测到当前位置环境参数超过设定的阀值，则触发相应报警提示命令；当同一时刻同一位置有多个环境参数超过设定的阀值，则以最高优先级的监测参数对应的报警提示标识为优先警示。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统，其特征在于，包括智能信息感知模块(1)、电控单元ECU(2)、建筑生活环境调控设备(3)以及人机交互模块(4)；电控单元ECU(2)连接于智能信息感知模块(1)和建筑生活环境调控设备(3)之间；人机交互模块(4)与所述电控单元ECU(2)连接。

所述智能信息感知模块(1)由多个监测不同信息的传感器组成，实时传输监测点的环境参数给电控单元ECU(2)；

所述电控单元ECU(2)用于分析多个智能信息感知模块(1)的数据，并进行数据处理和流场分析，计算当前建筑生活环境的监测参数分布情况，综合评定当前环境质量；

所述建筑生活环境调控设备(3)包括温度、相对湿度、氧气浓度、空气洁净度、光照度、烟雾浓度参数的调控设备；

所述人机交互模块(4)用于设置参数、显示数据和提示报警。

2.根据权利要求1所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统，其特征在于，所述智能信息感知模块(1)和电控单元ECU(2)之间通过ZIGBEE无线数据传输网络进行实时通讯；而电控单元ECU(2)与建筑生活环境调控设备(3)间的通讯方式采用CAN总线通讯协议。

3.根据权利要求1所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统，其特征在于，所述电控单元ECU(2)基于STM32芯片核心开发的嵌入式系统，负责采集智能信息感知模块的数据，并进行数据分析和智能决策；为提高系统运行的稳定性和可靠性，电控单元ECU(2)引入μcos-Ш多任务实时操作系统，将控制单元的程序模块化，分别设置数据采集任务、环境参数调控任务、设备工作状态监测任务、数据储存任务、数据上传任务、紧急报警任务、人机交互任务七个工作任务，每个工作任务在连续自循环中进行任务交互，实现环境调控目标。

4.根据权利要求1所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统，其特征在于，所述智能信息感知模块(1)集成有建筑环境温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、烟雾浓度、风速多种传感器，实时采集数据后经过数据处理将滤波后的数据对外传输给电控单元ECU。

5.根据权利要求1所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统，其特征在于，所述建筑生活环境调控设备(3)包含中央空调出风口风机、电动百叶窗、超声波雾化加湿器、空气净化器、高压喷水泵、电控喷头、LED光源。

6.根据权利要求1所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统，其特征在于，所述人机交互模块(4)为触摸屏。

7.一种用于权利要求1所述的建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：智能信息感知模块实时采集建筑环境的温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、PM2.5含量、光照度、烟雾浓度、风速信息，并将信息传输给电控单元ECU；

S2：电控单元ECU接收信息后，进行数据分析和智能调控建筑生活环境调控设备；

S3：人机交互模块显示调控后的各种数据。

8.根据权利要求7所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统的方法，其特征在于，所述步骤S2中，当智能信息感知模块监测到个别监测点温度超过系统预设的阀值，建筑生活环境内温度分布不均匀，则通过改变中央空调出风口风机的风速来调控该监测点附近的温度分布；当中央空调出风口风机开启时，电动百叶窗开启，结合监测点温度分布情况，电动百叶窗可适应调整角度，使冷风气流向温度高的区域流动，达到温度场分布均匀的目标；

当智能信息感知模块监测到相对湿度低于系统预设的阀值，则通过开启超声波雾化加湿提高湿度水平，超声波雾化加湿具有四个加湿振子实现分级加湿，当目前湿度水平与系统预设值相差较大时，控制四个加湿振子同时工作，提供最大加湿量，依次类推，当目前湿度水平为系统预设值时，控制一个加湿振子工作，防止超调；

当智能信息感知模块监测到PM2.5超过系统预设的阀值，则通过开启空气净化器来调控环境空气的洁净度；

当智能信息感知模块监测到监测点附近一氧化碳或二氧化碳气体浓度超标，表示监测点可能是着火点，当此时监测该点烟雾浓度超过系统预设值，则启动高压喷水泵和电控喷头进行喷淋，防止火灾发生；

当智能信息感知模块监测到监测点附近光照度过低，则结合工作时间段开启LED光源进行人工照明。

9.根据权利要求7所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统的方法，其特征在于，所述智能信息感知模块预先设置该位置点的建筑环境参数信息监测上下限阀值，当监测点环境参数数据超过预先设置的限定阀值时，则该智能信息感知模块将会发出报警提示信息。

10.根据权利要求9所述的一种用于建筑生活环境的多点多源信息实时监控和报警系统的方法，其特征在于，发出报警提示信息时，根据不同建筑环境要求，设置各监测参数的优先级排列，实现不同报警级别的提示；具体步骤如下：

B1：设置监测参数优先级：在智能信息感知模块上设置监测的环境参数对应的优先级排列，分别以1、2、3、4、……、N为优先级排序定义，1为最高优先级，N为最低优先级；

B2：设置报警提示标识：在智能信息感知模块上设置不同报警提示程度的相应标识，分别以不同颜色的提示等作为提示标识，以红色、黄色、蓝色、绿色表示不同级别的报警提示排序标识，红色为最紧急报警提示排序标识，绿色为最低的报警提示排序标识；

B3：数据监测和报警决策：当智能信息感知模块监测到当前位置环境参数超过设定的阀值，则触发相应报警提示命令；当同一时刻同一位置有多个环境参数超过设定的阀值，则以最高优先级的监测参数对应的报警提示标识为优先警示。