CN110361051A - 智能环境监控方法及系统 - Google Patents

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张军凯
李强勇
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    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明涉及环境监控领域，公开了一种智能环境监控方法，该方法包括：执行单元采集目标监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值；执行单元以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元；监控单元验证所述状态值的有效性，当所述状态值有效时，根据所述状态值对应的预设控制规则对所述执行单元发送控制指令；执行单元在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整。本发明还公开了一种基于单片机的智能环境监控系统。本发明通过执行单元定时采集各类环境变量状态值，分析处理后传输给监控单元，并接受监控单元回传的控制指令操纵对应执行机构完成状态调整以保证目标监控环境处于稳定状态。

Description

智能环境监控方法及系统
技术领域
本发明涉及环境监控领域，尤其涉及一种智能环境监控方法及系统。
背景技术
智能环境监控系统是通过传感器采集系统的状态信息，并借助于信息技术、控制算法来对环境内配套执行设备的运行情况进行控制，从而保证所监控的环境处于稳定状态，并在发生紧急情况时进行报警。
目前常见的智能环境监控系统多采用可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)、直线数字控制器(Direct Digital Control，DDC)与各类环境变量传感器相结合的方式，对目标区域(如楼宇、机房等场所)的各设备运行情况及环境状态进行采集、控制并在发生紧急情况时报警告知监控人员。在多数情况下，一个整套的环境监控系统需要多组PLC控制器搭配对应的信号传感器组成，且需要通过增加扩展各类配套设施来进行系统扩展，既增加了系统占用空间，又增加了研发及后期维护的成本。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种智能环境监控方法及系统，旨在解决现有技术中如何使所监控的环境处于稳定状态，且对应的系统占用空间大，后期研发及维护成本高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种智能环境监控方法，应用于基于单片机的智能环境监控系统，所述智能环境监控系统包括执行单元和监控单元，所述方法包括以下步骤：
所述执行单元采集目标监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值；
所述执行单元以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元；
所述监控单元验证所述状态值的有效性，当所述状态值有效时，根据所述状态值对应的预设控制规则对所述执行单元发送控制指令；
所述执行单元在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整。
优选地，当轮询未完成时，变更所述采集模块的地址，并返回所述执行单元采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值的步骤。
优选地，当未接受到所述监控单元发出的控制指令时，返回所述执行单元采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值的步骤。
优选地，所述对所述状态值进行对应调整的步骤，具体包括：
通过基于PID控制算法搭建的节能控制算法、区域温度控制算法，对所述状态值进行对应调整。
优选地，所述监控单元实时监控所述状态值，当检测到任一状态值超出预设阈值时，触发保护机制。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种智能环境监控系统，所述系统基于单片机，包括：执行单元和监控单元；
所述执行单元，用于采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值；
所述执行单元，还用于以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元；
所述监控单元，用于在接收到所述状态值后，对所述状态值进行分析处理，同时根据所述状态值对应的不同实际控制要求对所述执行单元发送控制指令；
所述执行单元，还用于在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整。
优选地，所述执行单元还用于当轮询未完成时，变更所述采集模块的地址，并采集所述采集模块记录的所述状态值。
优选地，所述执行单元还用于当未接受到所述监控单元发出的控制指令时，采集所述采集模块记录的所述状态值。
优选地，所述执行单元还用于通过基于PID控制算法搭建的节能控制、区域温度控制算法，对所述状态值进行对应调整。
优选地，所述执行单元采用RS-485串行总线标准与各类采集模块相连，并采用远距离无线电网络标准和窄带物联网网络标准与所述监控单元相连。
本发明通过执行单元采集目标监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值，然后以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元，所述监控单元再验证所述状态值的有效性，当所述状态值有效时，根据所述状态值对应的预设控制规则对所述执行单元发送控制指令，所述执行单元在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整，以保证目标监控环境处于稳定状态，另一方面，本发明所述的智能环境监控系统中的采集模块均采用支持Modbus通信协议的智能模块，通过RS-485串行总线标准与现场控制终端相连，从而减少了现场布设线路和安装的成本及流程，提高了系统可靠性。
附图说明
图1为本发明智能环境监控系统第一实施例的结构框图；
图2为本发明智能环境监控方法第一实施例的流程示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明智能环境监控系统第一实施例的结构框图。所述智能环境监控系统包括：执行单元和监控单元。所述执行单元包括：CO2传感器01、温湿度传感器02、光照度传感器03、智能电表04、执行机构05、现场控制终端06。所述监控单元包括后台监控终端07、串口-网络服务器08、监控中心09，两单元间通过无线组网模块10连接，从而实现数据传输。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对本发明实施例智能环境监控系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
在图1所示的智能环境监控系统中，所述执行单元包括的CO2传感器01用于对目标监控环境空气中CO2的浓度进行实时监测与数据传输，温湿度传感器02用于对目标监控环境空气中的温度和湿度进行实时监测与数据传输，光照度传感器03用于对目标监控环境中的光照强度进行实时监测和数据传输，智能电表04用于对目标监控环境的系统功耗、供电状态进行实时监测和数据传输。
执行机构05与现场控制终端06通过单片机的IO口和继电器、执行器等外设相连，主要用于处理断路器的启动或停止、温度控制模块的加热或制冷、灭火开关的打开或关闭等一系列外接设备的控制指令，以实现对外设的运行情况和运行参数的控制及调整，保障目标监控环境处于安全可控的状态，此外，现场控制终端06还配备有IAP升级功能，方便系统根据现场实际情况调整功能要求，并将更新后的程序通过无线方式从后台监控终端下发，现场控制终端06接收后会自动升级，完成在线升级改造。
所述监控单元包括的后台监控终端07通过无线组网模块10接收到现场控制终端06传来的数据后，对数据进行校验，当数据确认无误后，将其通过串口-网络服务器08发送给监控中心09；此外，后台监控终端07还负责接收监控中心09传来的控制指令，在数据校验通过后将其回传给现场控制终端06以验证数据在传输过程中的准确性，防止因传输错误而导致的指令错误、数据错误的故障，串口-网络服务器08主要用于完成协议转换，当收到后台监控终端07通过串口-网络服务器08传来的数据后，对所述数据进行协议转换，即将数据拆包后按照TCP/IP协议重新打包，然后发送给监控中心09；当接收到监控中心09传回的控制指令后，再将数据拆包后按照串口协议重新打包，并发送回后台监控终端07以完成不同协议间的转换，从而实现了底层采集端与上层监控端的数据交互，监控中心09用于在接收到底层采集端传来的数据后，先对数据进行拆包，验证数据有效性；当数据可靠有效后，对其进行分析处理，再根据不同环境变量状态值对应的预设控制规则下发控制指令，以完成对环境系统的状态调节，另一方面，监控中心09还会对各环境变量状态值进行实时监控，一旦发现某环境状态值超出设定阈值后，会触发保护机制，通过声光报警、短信报警等方式告知监控人员以到紧急情况报警的作用，除上述功能外，还具备数据分析功能，能够对指定时间段的指定环境变量的变化进行汇总整理，生成变化曲线及分析报告，使用户能够直观的看到变化趋势，并根据观察结果进行对应的处理。
除上述功能外，还具备数据分析功能，能够对指定时间段的指定环境变量的变化进行汇总整理，生成变化曲线及分析报告，使用者能够直观的看到变化趋势，并根据观察结果进行对应的处理。
无线组网模块10是所述执行单元和所述监控单元均存在的组成部分，主要用于两单元间的数据交换。本系统中的无线组网模块10采用远距离无线电(Long Range Radio，LoRa)和窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)网络标准两种无线通信方式，并通过采用多信道、多通信协议的方式，保障数据传输过程中的稳定性。
本发明实施例通过执行单元采集目标监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值，然后以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元，所述监控单元再验证所述状态值的有效性，当所述状态值有效时，根据所述状态值对应的预设控制规则对所述执行单元发送控制指令，所述执行单元在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整，以保证目标监控环境处于稳定状态，另一方面，本发明所述的智能环境监控系统中的采集模块均采用支持Modbus通信协议的智能模块，通过RS-485串行总线标准与现场控制终端相连，从而减少了现场布设线路和安装的成本及流程，提高了系统可靠性。
基于上述智能环境监控系统，提出本发明智能环境监控方法实施例。
参照图2，图2为本发明一种智能环境监控方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述智能环境监控方法应用于基于单片机的智能环境监控系统，所述智能环境监控系统包括执行单元和监控单元，所述方法包括以下步骤：
S10：所述执行单元采集目标监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值；
易于理解的是，本发明实施例中的传感器是用来采集目标监控环境的各类环境变量状态值，并将其转换为电信号输出给现场控制终端的设备，所述各类采集模块包括CO2传感器、温湿度传感器、光照度传感器、智能电表等具有监测功能的仪器所内置的检测模块，所述CO2传感器主要用于对目标监控环境空气中CO2的浓度进行实时监测与数据传输，温湿度传感器主要用于对目标监控环境空气中的温度和湿度进行实时监测与数据传输，所述光照度传感器主要用于对目标监控环境中的光照强度进行实时监测和数据传输，所述智能电表主要用于对目标监控环境的系统功耗、供电状态进行实时监测和数据传输。
需要说明的是，本发明实施例中各类传感器根据系统组成结构分配有不同编号，即在对传感器进行初始化配置时，将其在Modbus协议中的地址配置为与自身编号相同，并将通信参数与现场控制终端配置一致，从而保障两者间的通信可靠性，而由于所述传感器是根据系统组成结构分配有不同编号，保证了可拓展性，也达到了通过分析传感器回传数据中的地址字节信息就可判断本帧数据来源的目的。
需要说明的是，本发明实施例中的各类采集模块均采用支持Modbus协议的智能模块，通过RS-485串行总线标准与现场控制终端相连，从而减少了现场布设线路和安装的成本及流程，提高了系统可靠性。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
S20：所述执行单元以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元；
易于理解的是，所述执行单元中的执行机构以轮询的方式获取上述采集模块记录的状态值，并与现场控制终端通过单片机的IO口和继电器、执行器等外设相连，以实现对外设的运行情况和运行参数的控制及调整，保障目标监控环境处于安全可控的状态，再将所述状态值按照通信协议将数据进行分析处理，并保存到对应缓冲区，在轮询结束后，再将数据打包通过无线模块发送至后台监控终端，而当轮询未完成时，变更所述采集模块的地址，并返回上述执行单元采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值的步骤。
需要说明的是，所述现场控制终端还配备有IAP升级功能，方便系统根据现场实际情况调整功能要求，并将更新后的程序通过无线方式从后台监控终端下发，现场控制终端接收后会自动升级，完成在线升级改造。
S30：所述监控单元验证所述状态值的有效性，当所述状态值有效时，根据所述状态值对应的预设控制规则对所述执行单元发送控制指令；
易于理解的是，所述监控单元中的监控中心在接收到底层采集端传来的数据后，先对数据进行拆包，验证数据有效性；当数据可靠有效后，对其进行分析处理，再根据不同环境变量状态值对应的预设控制规则下发控制指令，以完成对环境系统的状态调节，所述预设控制规则为用户根据实际需求所制定的不同状态值的对应要求。
在监控过程中，监控中心还会对各环境变量进行实时监控，一旦发现某环境状态超出设定阈值后，会触发保护机制，通过声光报警、短信报警等方式告知监控人员，起到紧急情况报警的作用。
除上述功能外，还具备数据分析功能，能够对指定时间段的指定环境变量的变化进行汇总整理，生成变化曲线及分析报告，使用者能够直观的看到变化趋势，并根据观察结果进行对应的处理。
S40：所述执行单元在接收到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整。
需要说明的是，所述执行单元的执行机构在收到监控中心发来的控制指令后，通过串口-网络服务器完成协议转换，当收到后台监控终端通过串口-网络服务器传来的数据后，将数据拆包后按照TCP/IP协议重新打包，并发送给监控中心；当接收到监控中心传回的控制指令后，再将数据拆包后按照串口协议重新打包，并发送回后台监控终端以完成不同协议间的转换，从而实现了从底层采集端与上层监控端的数据交互，进而对所述状态值通过基于PID控制算法搭建的节能控制、区域温度控制算法进行对应调整。
当未接受到所述监控单元发出的控制指令时，返回所述执行单元采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值的步骤。
在具体实现中，基于PID控制算法搭建的并不只节能控制、区域温度控制算法，可以根据实际需求进行设置，本发明对此不做限制。
需要说明的是，本发明实施例中的执行单元中的无线组网模块采用LoRa网络和NB-IoT网络两种无线通信方式，并通过采用多信道、多通信协议的方式与监控单元中的无线组网模块相连，保障数据传输过程中的稳定性。
本发明实施例通过本发明通过执行单元采集目标监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值，然后以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元，所述监控单元再验证所述状态值的有效性，当所述状态值有效时，根据所述状态值对应的预设控制规则对所述执行单元发送控制指令，所述执行单元在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整，以保证目标监控环境处于稳定状态；另一方面，执行单元利用Modbus通信协议为各类采集模块分配不同的地址，采用RS-485串行总线标准与各类采集模块相连以减少现场布设线路和安装的成本及流程，提高系统可靠性，并采用LoRa网络和NB-IoT网络标准与所述监控单元相连，保障数据传输过程中的稳定性。
参照图1，提出本发明一种智能环境监控系统第二实施例的结构框图。
基于上述智能环境监控系统第一实施例，提出本发明智能环境监控系统第二实施例。
所述系统基于单片机，包括：执行单元和监控单元；
所述执行单元，用于采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值；
所述执行单元，还用于以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元；
所述监控单元，用于在接收到所述状态值后，对所述状态值进行分析处理，同时根据所述状态值对应的不同实际控制要求对所述执行单元发送控制指令；
所述执行单元，还用于在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整。
所述执行单元还用于当轮询未完成时，变更所述采集模块的地址，并采集所述采集模块记录的所述状态值。
所述执行单元还用于当未接受到所述监控单元发出的控制指令时，采集所述采集模块记录的所述状态值。
所述执行单元还用于通过基于PID控制算法搭建的节能控制、区域温度控制算法，对所述状态值进行对应调整。
所述执行单元采用RS-485串行总线标准与各类采集模块相连，并采用LoRa网络和NB-IoT网络标准与所述监控单元相连。
本发明智能环境监控系统的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能环境监控方法，其特征在于，应用于基于单片机的智能环境监控系统，所述智能环境监控系统包括执行单元和监控单元，所述方法包括以下步骤：
所述执行单元采集目标监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值；
所述执行单元以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元；
所述监控单元验证所述状态值的有效性，当所述状态值有效时，根据所述状态值对应的预设控制规则对所述执行单元发送控制指令；
所述执行单元在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当轮询未完成时，变更所述采集模块的地址，并返回所述执行单元采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当未接受到所述监控单元发出的控制指令时，返回所述执行单元采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述状态值进行对应调整的步骤，具体包括：
通过基于PID控制算法搭建的节能控制算法、区域温度控制算法，对所述状态值进行对应调整。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监控单元实时监控所述状态值，当检测到任一状态值超出预设阈值时，触发保护机制。
6.一种智能环境监控系统，所述系统基于单片机，包括：执行单元和监控单元；
所述执行单元，用于采集被监控环境的各类采集模块记录的环境变量状态值；
所述执行单元，还用于以轮询的方式获取所述状态值，当轮询完成时，将所述状态值发送给监控单元；
所述监控单元，用于在接收到所述状态值后，对所述状态值进行分析处理，同时根据所述状态值对应的不同实际控制要求对所述执行单元发送控制指令；
所述执行单元，还用于在接受到所述控制指令时，对所述状态值进行对应调整。
7.如权利要求6所述的系统，所述执行单元还用于当轮询未完成时，变更所述采集模块的地址，并采集所述采集模块记录的所述状态值。
8.如权利要求6所述的系统，所述执行单元还用于当未接受到所述监控单元发出的控制指令时，采集所述采集模块记录的所述状态值。
9.如权利要求6所述的系统，所述执行单元还用于通过基于PID控制算法搭建的节能控制、区域温度控制算法，对所述状态值进行对应调整。
10.如权利要求6所述的系统，所述执行单元采用RS-485串行总线标准与各类采集模块相连，并采用远距离无线电网络标准和窄带物联网网络标准与所述监控单元相连。
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