CN111083663A - 一种基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统，所述监测系统包括：传感器，用于感测环境数据；智能终端设备；和具有多对多拓扑结构的蓝牙mesh网络，所述蓝牙mesh网络包括多个节点，所述节点用于采集所述传感器感测的环境数据、在节点之间以及节点与智能终端设备之间传递数据。具有节省大量布线费用、通讯不易受外力影响而中断、易于扩展系统、不影响建筑本体美观等优点。尤其适用于不方便进行建筑机电施工的项目、改造项目、工期要求非常紧张的项目、对于建筑内部有较高的美观性要求的项目。

Description

一种基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统
技术领域
本发明涉及楼宇监测领域，特别是指一种基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们越来越重视住宅环境的舒适安全问题。随着技术的发展，目前有通过建立楼宇自动化监测系统来监测楼宇周围环境的方案。楼宇自动化系统又称为设备控制系统用于对建筑物或建筑群内的建筑设备进行运行和节能的监测与控制。楼宇自动化系统通过对建筑的各种设备实施综合自动化监测与管理，使整个系统和系统中的各种设备处于最佳的工作状态，最终实现为业主和客户提供安全、舒适便捷高效的工作与生活环境。
在目前大多数楼宇监测系统中，传感器数据的传输采用总线通讯方式。即传感器将采集到的数据通过RS485总线上传至DDC(直接数字控制器)，再通过以太网上传至楼宇监测系统的中央控制设备。
但是，上述传统的技术系统在楼宇监控领域进行应用主要存在以下问题：产生大量的线缆费用；线缆的破损会影响传感器与控制器之间数据的传递；总线的通讯方式不利于系统的扩容和改造等等。
因此需要新的技术，以至少部分解决现有技术中存在的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统，所述楼宇监测系统包括：
传感器，用于感测环境数据；
具有多对多拓扑结构的蓝牙mesh网络，所述蓝牙mesh网络包括多个节点，所述节点用于采集所述传感器感测的环境数据、在节点之间以及节点与智能终端设备之间传递数据；和
智能终端设备，用于接收和处理所述蓝牙mesh网络的数据。
优选地，所述环境数据包括温湿度、气压、二氧化碳浓度、可挥发有机气体浓度、光强、色温、9轴运动感知、风速、液位、水流量、机电设备启停状态及故障状态的数据。
优选地，所述节点还包括PCA10056控制板，其蓝牙模块基于nRF52840芯片。
优选地，所述节点包括Thingy：52控制板，其蓝牙模块基于nRF52832芯片。
优选地，所述节点包括中继节点和代理节点，所述中继节点承担在节点之间的数据传递，所述代理节点承担蓝牙mesh网络与智能终端设备之间的数据传递。
优选地，所述楼宇监测系统还包括云平台，所述智能终端设备能够与云平台进行数据交互。
优选地，控制板采集数据的通讯方式包括RS485总线、I2C总线、SPI总线和单总线。
优选地，所述智能终端设备选自智能手机，电脑、pad等。
本发明的楼宇监测系统采用蓝牙低功耗mesh网络，具有无需布线、传输可靠性高、低功耗、通用性好、对于改造项目友好等优点。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
图1为根据本发明一个实施方案的基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统架构示意图；
图2为根据本发明一个实施方案的楼宇监测系统中Thingy：52工作原理示意图；
图3为根据本发明一个实施方案的楼宇监测系统中PCA10056控制板工作原理示意图；
图4为根据本发明一个实施方案的楼宇监测系统中的节点工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1-3及具体实施例进行详细描述，但并非作为本申请所附权利要求保护范围的限制。
本发明实施例提供一种基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统，如图1-3所示，本发明的楼宇监测系统可以包括用于感测环境数据的传感器；智能终端设备；以及具有多对多拓扑结构的蓝牙mesh网络，所述蓝牙mesh网络包括多个节点，所述节点用于采集所述传感器感测的环境数据、在节点之间以及节点与智能终端设备之间传递数据。
环境数据的传感器可以包括多种，例如检测温湿度、气压、二氧化碳浓度、可挥发有机气体浓度、光强、色温、9轴运动感知、风速、液位的数据的传感器。这些传感器为本领域中所述熟知，在此并不赘述。
在本实施例中，采用两种采集环境数据的方案的结合，也即，一种是采用NORDICSEMICONDUCTOR公司的Thingy：52套件，该套件中集成多种传感器，可以采集多种数据：温湿度、气压、二氧化碳和可挥发有机气体浓度、光强及色温、9轴运动感知等等，并且其本身还集成有其他模块，例如低功耗蓝牙模块(参见附图2)，可以进行数据的传输。二是利用传感器采集环境数据后，将数据发送至控制板，也即传输到PCA10056控制板(参见附图3)，此时的传感器例如可以是检测上述环境数据的传感器，也可以是其他类型的传感器，例如风速、液位传感器。传感器可以是单独设置的传感器，也可以是现有楼宇机电设备中已有的传感器，例如监测水流量、机电设备启停状态及故障状态等的传感器。
无线网络主要用来传递数据，本发明采用低功耗的蓝牙mesh网络。每一个连入mesh网络的设备可作为一个节点。在本实施例中可以包括两种类型的节点设备：PCA10056控制板(其蓝牙模块基于nRF52840芯片)以及上述Thingy：52(其蓝牙模块基于nRF52832芯片)。对于常见的需要探测的环境数据(如上所述的Thingy：52所能采集的环境数据类型)，可以直接采用Thingy：52进行采集，对于一些Thingy：52无法满足的监测需求，如需监测风速、液位等情况，则采用PCA10056控制板进行数据采集。
参考图3，PCA10056控制板具有多种通讯方式，常见的传感器采集数据通讯方式包括：RS584总线、I2C总线、SPI总线、单总线。模拟型传感器可以通过控制板上面的GPIO进行采集，并通过芯片自带的模数转换器将模拟量信号转换成数字信号。本方案采用控制板收集传感器数据，再通过低功耗蓝牙mesh网络将数据上传至云端。其中，控制板可以通过多种方式采集传感器的数据，既可以采用如I2C、SPI、单总线等串行通讯方式，也可以采用控制板直接采集传感器的模拟信号再进行模数转换的方式。因此，本方案可以很灵活地收集多种传感器的数据而不必拘泥于单一的传感器产品，对于实际工程有比较好的应用价值。
在蓝牙mesh网络中，每个节点都可以承担多种不同角色，如：普通节点、中继节点(在节点间传递数据)、代理节点(承担mesh网络与外界设备的数据传递)，可以根据需要，通过软件配置的方法进行设置，例如可以将其中的部分PCA10056控制板设置为代理节点将部分Thingy：52设置为中继节点，本领域技术人员对此易于理解，在此并不赘述。
智能终端设备例如手机、pad等可以与mesh网络中的代理节点进行数据交互和处理，并可以将数据通过WiFi或者以太网等上传至云平台，在云平台实现监测和进一步的处理等等。
下面参考附图4说明本发明的节点工作流程：在初始化之后，控制板进入主函数循环，同时开始对传感器循环读数，并且开始广播，等待被手机配置。当收到手机发来的配置请求后，开始配置。当配置结束后继续进入广播状态，等待来自协议栈的中断。控制板可以同时被配置为服务器(提供数据)和客户端(发送请求)。当协议栈发出中断时，进入到预先配置好的中断处理函数。当中断处理完毕后，继续进入广播模式，等待中断。
本发明具有以下有益效果：
1、由于控制板采集传感器的数据后，通过低功耗蓝牙mesh组网的通讯方式将数据传递给移动智能设备或其他开发板，因此，在控制板之间是不需要布设通信线缆的。由此可以带来如下的优势：
因为在布设本系统时不会对建筑物本体造成物理性破坏，可以使现场更美观。
仅需要在合适的位置固定系统设备即可(设备很小，所以可以灵活布置)。因为仅需要很少的设备安装工作，对于现场仍在使用的改造工程等，不会因施工而产生误工等支出。
2、系统：
a.因为采用无线通信的方式，所以减少了因线缆破损、接口松脱等物理因素造成通讯中断的可能性。
b.采用mesh组网，即多对多的组网方式，即使网络中某几个节点出现故障，数据也可以通过其他节点设备进行传递。因此，相比于传统的总线网络架构，具有更好的稳定性。
3、灵活性：
a.传统的总线式的楼控系统通常对于设备数量有限制，通常一个总线上最多连接128个设备。如果需要连接更多的设备则需要增加主机数量。而低功耗蓝牙mesh网络可支持多达32767个设备组网，所以，如果需要对系统进行扩容时，可以非常方便地增加设备。
b.控制板可以通过多种方式采集传感器的数据，既可以采用如I2C、SPI、单总线等串行通讯方式，也可以采用控制板直接采集传感器的模拟信号再进行模数转换的方式。因此，本方案可以很灵活地收集多种传感器的数据而不必拘泥于单一的传感器产品，对于实际工程有比较好的应用价值。
c.由于本系统无需布线，且支持多达32767个设备接入网络，因此不用在设计前期就规划好线缆路由和主机数量等，可以在项目后期再进行楼控系统的设计和安装，从而使设计和施工流程更加灵活，且可以缩短项目周期。
d.由于mesh网络中配置为代理节点的设备可以通过传统蓝牙通讯与智能化移动设备进行通信，所以可以很方便地通过手机、pad等终端设备直接连接节点进行数据访问，方便人员就地查看以及检修。
4、经济性：
a.因为不需要布线，所以可以节省大量线缆、桥架等材料费用，以及相应的施工人工费用。
b.低功耗蓝牙通讯具有功耗极低的特性，较为环保、经济，且适用于对功耗特别敏感的应用场景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于蓝牙mesh网络的楼宇监测系统，其特征在于，所述楼宇监测系统包括：
传感器，用于感测环境数据；
具有多对多拓扑结构的蓝牙mesh网络，所述蓝牙mesh网络包括多个节点，所述节点用于采集所述传感器感测的环境数据、在节点之间以及节点与智能终端设备之间传递数据；和
智能终端设备，用于接收和处理来自蓝牙mesh网络的数据。
2.根据权利要求1所述的楼宇监测系统，其特征在于，所述环境数据选自温湿度、气压、二氧化碳浓度、可挥发有机气体浓度、光强、色温、9轴运动感知、风速、液位、水流量、机电设备启停状态及故障状态的数据。
3.根据权利要求1所述的楼宇监测系统，其特征在于，所述节点包括PCA10056控制板，其蓝牙模块基于nRF52840芯片。
4.根据权利要求1所述的楼宇监测系统，其特征在于，其中，所述节点包括Thingy：52套件，其蓝牙模块基于nRF52832芯片。
5.根据权利要求1所述的楼宇监测系统，其特征在于，所述节点包括中继节点和代理节点，所述中继节点承担在节点之间的数据传递，所述代理节点承担蓝牙mesh网络与智能终端设备之间的数据传递。
6.根据权利要求1所述的楼宇监测系统，其特征在于，所述楼宇监测系统还包括云平台，所述智能终端设备能够与云平台进行数据交互。
7.根据权利要求3所述的楼宇监测系统，其特征在于，所述控制板采集数据的通讯方式包括RS485总线、I2C总线、SPI总线和单总线。
8.根据权利要求1所述的楼宇监测系统，其特征在于，所述智能终端设备选自智能手机，电脑、pad。
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