CN111474902B - 一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统 - Google Patents

一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统，该空中别墅建筑结构包括：建筑平面层，以及在每一层建筑平面层上建设的房屋和室外私家庭院；其中，所述建筑平面层，一层一层向上设置，所述房屋和室外私家庭院，建设在每一层建筑平面层上。所述智能控制系统包括至少一个建筑结构终端设备以及远程监控云平台，所述建筑结构终端设备分别设置在房屋、停车场中，用于采集环境参数并发送至所述远程监控云平台，同时接收所述远程监控云平台下发的控制指令，并执行相应的控制指令。通过设置在空中别墅建筑结构中的智能控制系统来实现采光、照明、温度、通风等功能的智能调节，为人们提供温馨和舒适的生活居家环境。

Description

一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统
技术领域
本发明涉及建筑体内设备的智能控制技术领域，尤其涉及一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统。
背景技术
随着经济的不断发展和人们生活水平的不断提高，改善性高品质住房越来越受到大众的青睐。但城市土地资源毕竟有限，除了极少数人住上了城市郊区或者城市中央富人区的别墅以外，其他所有的城市居民无一例外都得屈居在城市中心钢筋水泥林立的筒子楼里。一眼望去，这些城市里的住宅及办公建筑就如同一片钢筋水泥的森林，使整个城市显得枯燥、干涸、没有生机。人们只要进入到建筑内，便如同到了一个与世隔绝的笼子里，四处面壁，完全与外界的阳光、空气、大自然断绝了联系。
目前的城市建筑特点显然制约了人们对居住空间、绿化、大自然、阳光、空气净化、环境美观等基本品质生活的需求，同时引发了一系列的社会治安及阶层矛盾问题。而郊区低层别墅在浪费了大量土地的同时，又因其地理位置远离城市中心，给人们的衣食住行、医疗健康等生活都带来了极大的不便。所以，面对事实上的城市生存压力，人们迫切需要在城市建筑设计领域寻求一种新的和有效的改进方法，这些新的建筑既要有效利用城市土地资源，满足大多数人对“家园”的企盼和回归大自然的梦想，又要还城市居民一片“蓝天白云、青山绿水”的生活环境。
但是，这只是人们对高品质住房的梦想，要真正实现它，还有诸多具体的技术要解决和克服，如何对建筑结构中的各个设施，例如采光照明、温度监测、通风系统等设备，进行智能控制，让生活在未来城市的高品质住房中的人们感受到温馨和舒适已成为亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述城市现有问题，本发明提供了一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统，这种空中别墅建筑结构可以建设在城市的任何地方，包括城市中心，可将别墅修建到高层处(例如60层高度)，而且每一户的居住品质都和低层独栋别墅的品质一样，既有超大的室内住宅空间，又有功能齐全的草坪和私家庭院。这样的创新设计既有效利用了城市土地资源，又满足了更多的城市人们对高端品质住房的需求。
这种空中别墅建筑结构占地和建设成本只与普通高层建筑相当，它使建筑的投入与产出比都发生了质的变化，将使人们彻底告别鸟笼式的居住环境，在全世界实现真正意义上的广厦千万间、大屋遍天下的局面。由于为每一个户型都设计了私家庭院，这又是城市垂直绿化、立体绿化的典范，它的绿化率是整片建筑占地的200％以上和本栋建筑占地的1000％以上！它将极大地增加城市绿化覆盖率，彻底改善城市热岛效应、空气质量、城市环境和市民居家环境，使家变成家园，使城市变成森林。此外，通过设置在空中别墅建筑结构中的智能控制系统来实现采光、照明、温度、通风等功能的智能调节，为人们提供温馨和舒适的生活居家环境。
本发明采用了如下技术方案：
一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统，该空中别墅建筑结构包括：建筑平面层，以及在每一层建筑平面层上建设的房屋和室外私家庭院；其中，所述建筑平面层，一层一层向上设置，所述房屋和室外私家庭院，建设在每一层建筑平面层上；在所述每一层建筑平面层上建设的每栋或每户房屋，包括房屋底层、房屋屋顶和具有房屋本体两层或者两层以上高度的私家庭院；所述建筑平面层的层数为2层～60层，下一层建筑平面层与上一层建筑平面层的建筑高度为3米～16米，所述每一层建筑平面层的房屋为独立别墅、联排别墅或平层宅院；
所述每户房屋的客厅设置在每户房屋的外墙转角处，每户房屋的客厅至少都具有一个外墙转角和至少具有两个不同方向的相邻外墙面，使奇数楼层与偶数楼层垂直对应的每户房屋的私家花园庭院都从各自客厅的两个相邻的外墙面错开转换到两个不同方向，同时还使所有室外私家花园庭院至少都具有两个方向的采光面和宽大空间。
所述建筑结构终端设备分别设置在房屋、停车场中，用于采集环境参数并发送至所述远程监控云平台，同时接收所述远程监控云平台下发的控制指令，并执行相应的控制指令；
远程监控云平台包括信息查询模块、设备管理模块、数据传输模块以及数据库模块，所述查询模块包括数据实时显示模块、历史数据查询模块和告警信息模块，通过对数据库模块的查询，将查询结果以图形化界面显示在页面上，所述数据传输模块包括数据接收模块和命令下发模块；
建筑结构终端设备包括处理器、传感器模块、通信模块以及设备控制模块；
所述远程监控云平台中的设备管理模块用于实现建筑结构终端设备的添加、查看、修改和删除，通过该设备管理模块来实现建筑结构终端设备的快速扩展，通过与设备管理模块的信息交互即可实现建筑结构终端设备的注册，同时将建筑结构终端设备的信息存入数据库模块。
进一步的，所述建筑平面层是以垂直的墙、柱为支撑，一层一层向上设置，所述建筑平面层上的每栋房屋包含生活电梯，所述生活电梯从室外私家庭院进出；
所述每栋或每户房屋的底层是建筑平面层，所述每栋或每户房屋的屋顶，是上一层建筑平面层、或是与上一层建筑平面层隔开或半隔开的独立屋顶；
在每一层建筑平面层的公共区域设置有消防电梯和疏散楼梯，其消防电梯的轿厢具备4米以上的高度，以方便运输花草树木；
所述建筑平面层可采用混凝土结构、钢结构或钢混结构；所述建筑平面层建设室外私家庭院的部分，采用牛腿斜柱外挑、下沉板上翻梁结构，以便覆土种植蔬菜或者种植花草树木；种植蔬菜或者种植花草树木的室外私家庭院设置有自动滴灌喷灌系统；所述空中别墅结构为住宅、公寓、宾馆、酒店、饭店、办公楼和写字楼的任意一种。
进一步的，处理器作为终端设备的主控单元，通过控制传感器模块和设备控制模块实现对建筑结构内部环境的数据采集和控制功能，通信模块的功能是实现建筑结构环境数据的发送与远程下发命令的接收，所述处理器采用意法半导体生产的STM32L151C8T6低功耗芯片；
所述建筑结构终端设备中还包括电源模块，所述电源模块采用XC6206P332MR电源管理芯片和TPA4056充电管理芯片。
进一步的，所述电源模块能够为该终端设备提供锂电池供电、USB供电这两种供电方式；
当使用锂电池供电时，开关S1应拨到3，将锂电池接入P6接口，正极连接口2，负极接地，此时输出电压为VBAT_VCC，让VBAT_VCC通过XC6206P332MR电源管理芯片的Vin引脚，输出引脚Vout已经将电压转换成处理器STM32需要的3.3V电压，为处理器供电；
当使用USB供电时，P8接入电源后，引脚1输出电压EXT_5V，此电压为5V，短接P11电源控制模块的2、3引脚，此时输出电压为VBAT_VCC，再通过电源管理芯片就可以为处理器STM32提供稳定的工作电压。
进一步的，所述建筑结构终端设备中还包括显示模块和调试接口模块，所述显示模块用于向进行现场调试管理人员显示信息，所述调试接口模块用于连接计算机，实现了计算机与处理器STM32的串口通信，从而完成系统软件的下载与调试工作。
进一步的，，所述传感器模块包括温湿度传感器单元、光照度采集单元以及人体红外传感器单元，所述光照度采集单元与所述建筑结构终端设备采用分离的方式设置，所述光照度采集单元与所述建筑结构终端设备之间采用无线方式进行通信；
所述温湿度传感器单元选用DHT11数字湿温度传感芯片；
所述光照度采集单元包括太阳能电池板、充电电池、光照度传感电路以及传输接口电路，所述光照度传感电路包括光传感器、功放电路、以及AD采样电路；
所述充电电池用于向所述光照度传感电路和所述传输接口电路供电，在阳光充足的时候，通过太阳能电池板向充电电池充电，使充电电池达到所述光照度采集单元工作时的电压门限，所述光传感器将光信号转换为电信号，所述光传感器的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长；
在日光照射下，光照度传感电路的电阻值会随照度水平的变化而变化，然后利用光传感器电路的电阻值变化产生的电压值变化，经过所述功放电路放大后，由所述AD采样电路采样得到所述电压值变化的幅度范围值，并将所述幅度范围值发送给所述传输接口电路。所述传输接口电路采用CoAP协议与所述建筑结构终端设备进行通信，将所述幅度范围值发送给所述处理器；
所述建筑结构终端设备将接收到的所述幅度范围值通过所述通信模块发送至远程监控云平台，并接收来自所述远程监控云平台的控制指令，根据所述控制指令经由所述设备控制模块来控制照明设备。
所述人体红外传感器单元采用E3JK-5DM1红外光电开关来检测人体，所述人体红外传感器单元的基本工作电压为：12V～250V，使用于任何反光物体，具有极性保护、短路保护、浪涌保护等优点。
进一步的，所述人体红外传感器单元包括至少一对光电传感器电路、电平转换电路；
所述人体红外传感器单元与所述建筑结构终端设备采用分离的方式设置，所述人体红外传感器单元安装在所要被检测的房间门的内外两侧，安装到高度为1M左右的位置，并且要保证它们在一条水平线上。
进一步的，在接收来自所述远程监控云平台的控制指令之前，还包括：
远程监控云平台根据调光策略生成相应的控制指令并下发给所述建筑结构终端设备进行照明设备亮度的调节；
所述调光策略具体包括：
步骤1、按照预设的定时时长启动定时程序，从数据库模块根据当前地理位置、当前日期、当前时间，确定并获取日出和日落时间、太阳高度角hs和太阳方位角ε、基准照度值Ek；
步骤2、根据当前时间判断是否已经到了夜晚，若是，则跳转并执行步骤3，若否，则跳转并执行步骤4；
步骤3、将亮度等级设置为最大，并生成照明设备控制指令，用于将照明设备调整至最大亮度，跳转至步骤6；
步骤4、向所述建筑结构终端设备发送数据获取请求以从所述光照度采集单元获取所述幅度范围值，根据所述幅度范围值从所述数据库模块中获取相对应的加权系数ρ，并计算当前照度值Ev，所采用的计算公式如下：
Figure BDA0002432116960000051
步骤5、根据计算获得的当前照度值Ev从所述数据库模块中获取对应的亮度等级，并生成照明设备控制指令；
步骤6、将所述照明设备控制指令发送给所述建筑结构终端设备。
进一步的，所述设备控制模块用于根据控制指令来进行调节控制，具体包括：
对换气风机的控制，当建筑结构内环境温度过高并且超过设定好的阈值时，向换气风机控制模块发送控制指令，风机控制模块采用继电器来实现，将处理器STM32的I/O口PA13与继电器的IN引脚相连接，换气风机的正极接继电器的COM引脚，负极接地，选择高电平触发继电器方式，处理器STM32通过控制I/O口输出高低电平来驱动继电器的开断，进而控制换气风机的启停，最终实现建筑结构内温湿度的调节；
对照明设备的控制，根据接收到的照明设备控制指令中携带的亮度等级，来控制照明驱动电路根据该亮度等级来进行亮度调节。
进一步的，所述建筑结构终端设备的工作流程如下：
步骤1、建筑结构终端设备上电后，执行初始化工作；
步骤2、初始化完成后，将所述通信模块连接到网络并在远程监控云平台注册，待注册成功后，建筑结构终端设备通过所述通信模块与远程监控云平台收发数据；
步骤3、建筑结构终端设备与远程监控云平台处于连接状态,建筑结构终端设备处于唤醒状态，建筑结构终端设备可以与远程监控云平台进行数据传输；在PSM模式下，建筑结构终端设备只有处于唤醒状态才能接收远程监控云平台下发的数据；
当向远程监控云平台发送数据时，处理器读取传感器模块采集的数据，并将数据转换为十六进制，将打包处理后的数据通过串口发送到通信模块，通过CoAP协议发送至远程监控云平台；
当从远程监控云平台接收数据时，若处理器检测到有串口接收中断产生，在中断函数中接收下发的数据，处理器通过对下发数据的解析，控制设备控制模块执行相应的操作；
步骤4、建筑结构终端设备进入到睡眠模式，等待下一个周期唤醒。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
1)利用建筑平面层之间的宽度和高度，可以复制低层独栋别墅至高层建筑中，将低层独栋别墅的大空间、私家庭院等一应俱全的高品质生活环境带至城市中心，解决了别墅土地利用率不高的问题。一亩建筑占地，如果建设传统低层独栋别墅，只能建设较少数量的低层别墅(例如两栋)，而采用本发明技术修建空中别墅，则可以建设多栋(例如24栋)与传统低层独栋别墅同样规模和品质的独栋别墅，并且还可以在空中带来十亩绿化庭院，使土地价值凭空增值十倍！这种创新技术的优势是很明显的，不但可以在城市中央大面积修建高品质的别墅楼群，而且价格也比传统低层独栋别墅便宜许多倍，同时还避免了传统别墅大都建在郊区，给人们在生活、工作、医疗等诸多方面都带来了不便利的弊端。
2)更重要的一点，将低层独栋别墅的庭院绿化效果建设在高层建筑中，无疑将十几倍地提高城市绿化率！一座建筑，就如同一座树木葱郁的山峰，一片这样的建筑，就如同一片城市森林和一座天然氧吧！这是更具创新、更具人性的绿色环保建筑设计，彻底打破了人们居家以外墙为界的束缚，将所有建筑外墙墙面都100％充分利用，让居住在城市中央的家家户户在空中都拥有一座两层楼高又三面环景的超大庭院；让城市中央随时充满着鸟语花香，生活在城市中央的人们每天都可以呼吸新鲜空气、沐浴阳光和欣赏外面的世界！
附图说明
图1为本发明实施例空中别墅建筑结构的智能控制系统的组成结构示意图；
图2为本发明实施例中空中别墅结构的跃层正立面示意图；
图3为本发明实施例中空中别墅结构的跃层侧立面示意图；
图4为本发明实施例中空中别墅结构的结构分层示意图；
图5为本发明实施例中空中别墅结构的建筑平面层示意图；
图6为本发明实施例中空中别墅结构另一种建筑平面层示意图；
图7为本发明实施例中空中别墅结构的建筑平面层建设房屋后跃层下层示意图；
图8为本发明实施例中空中别墅结构的建筑平面层建设房屋后跃层上层示意图；
图9为本发明实施例中空中别墅结构的建筑平面层另一种建设房屋后跃层下层示意图；
图10为本发明实施例中空中别墅结构的建筑平面层另一种建设房屋后跃层上层示意图；
图11为建筑结构终端设备中处理器相关电路的电路示意图；
图12为建筑结构终端设备中传感器模块的组成结构示意图；
图13为建筑结构终端设备中通信模块的电路结构示意图。
需要说明的是，本附图集仅仅列出了一层建筑平面层建设两栋跃层房屋(跃层别墅)和一层建筑平面层建设四栋房屋(跃层别墅)的具体平面布置图，但图集并不限定建筑平面层上实际建造房屋的栋数，也不限定修建的房屋的类别，并且房屋的户型、数量、尺寸或面积，仍可根据需要进行随意更改、变化。
附图标记说明：
1整幢建筑大门、2室外私家庭院、3房屋、4建筑平面层、5房屋屋顶、6房屋底层、7生活电梯、8消防电梯、9建筑基础层、10回填覆土、11栏杆、12建筑顶部造型、13建筑平面层之间的支撑墙/柱、14疏散楼梯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例空中别墅建筑结构的智能控制系统的组成结构示意图。
智能控制系统包括至少一个建筑结构终端设备以及远程监控云平台；所述建筑结构终端设备分别设置在房屋、停车场中，用于采集环境参数并发送至所述远程监控云平台，同时接收所述远程监控云平台下发的控制指令，并执行相应的控制指令；远程监控云平台包括信息查询模块、设备管理模块、数据传输模块以及数据库模块，所述查询模块包括数据实时显示模块、历史数据查询模块和告警信息模块，通过对数据库模块的查询，将查询结果以图形化界面显示在页面上，所述数据传输模块包括数据接收模块和命令下发模块；建筑结构终端设备包括处理器、传感器模块、通信模块以及设备控制模块。
图2至图10为本发明的智能控制系统所应用的空中别墅建筑结构。
如图2所示，为本发明实施例的空中别墅结构一种跃层正立面示意图，所述空中别墅结构跃层正立面示意图包括：
一栋包含空中别墅结构的建筑，以及该幢建筑大门1；
建筑平面层4，以及在建筑平面层4上建设的多栋房屋3和与多栋房屋3对应的室外私家庭院2。其中，所述建筑平面层4，均是一层一层向上设置，所述房屋3和室外私家庭院2在每一层建筑平面层上建设。参见图2，图中示出了多达12层的建筑平面层4，按每层层高8米，建筑限高100米设计，当然具体实施中也并不限于此。
需要说明的是，在具体实施本公开技术时，不应该被这里阐述的实施例中所描述的建筑平面层具体的数量所限定，必要时，这些建筑平面层可以修建到60层。同样，所述的空中别墅结构，其建筑平面层4可采用混凝土结构、钢结构或钢混结构等任何现代建筑形式。具体采用什么建筑形式，取决于建筑设计及使用的需要。
在本发明实施例图2、图3、图7、图9中，可以清晰地看到房屋3的室外都建有室外私家庭院2，同时房屋3的房屋屋顶5和房屋底层6之间的高度是两层房子，即每栋房屋3至少包括上下两层，上下两层的层高可根据具体情况设置，房屋3具备了别墅类房屋的要求。特别说明的是，室外私家庭院优选采用牛腿斜柱外挑，下沉板上翻梁结构，以便回填覆土种植蔬菜或者种植花草树木，以及铺设花园庭院道路、建造景观和休闲平台，其中花草树木均应优选适应当地气候条件生长的品种，例如根据土壤、光照、水分、通风等情况种植相应的品种，同时该室外私家庭院2还可设置自动滴灌喷灌系统，以减少花草树木的养护成本，本实施例可采用现有的自动滴灌喷灌系统，在此不再敷述。
在本发明实施例中，上下相邻建筑平面层(上一层建筑平面层和下一层建筑平面层)之间的建筑高度为3米～16米，一般以8～9米为宜，以利于建设隔开或半隔开的跃层独立屋顶。当其高度为3米～5米时，可以在每一层建筑平面层上修建带有室外私家庭院的平层大宅；当高度为8米时，可以在每一层建筑平面层修建两层包含室外私家庭院甚至包含游泳池的复式别墅楼；当高度为9米～16米时，可以在每一层建筑平面层修建三层以上的多层建筑、复式建筑、叠拼建筑等，以满足各类型住户的使用需求。当然，进一步地说明在具体实施本公开技术时，上下相邻建筑平面层之间的实际高度不受本实施例所列数据限制，以所设计的房屋的高度做具体调整。
继续参见图2和图3，房屋3的屋顶5是飞檐造型，还有旋转楼梯连接房屋3内的楼上楼下，还有室外私家庭院后院的月牙拱门，甚至窗户也是镂空雕花，这些外观设计皆具备了别墅的美观，从而保证了该房屋3有比传统低层独栋别墅更好的品质。需要说明的是，在本实施例中并不限定房屋3的外观和内部结构。
上述将传统独栋跃层别墅以高层建筑的形式叠加修建，可以大大节约土地面积，同时与传统低层独栋别墅相比，还具有价格的优势、可居住在市区的优势、生活方便的优势，同时还大大降低了城市普通人群拥有别墅的门槛。
参见图4、图7、图9，可以对本发明实施例空中别墅结构一种跃层做分层介绍：
一建筑基础层9，通过立柱和墙架空首层(架空后的首层可以做绿化及公共空间，当然首层也可以不架空)以支撑建筑平面层4，上下建筑平面层4之间是通过支撑墙、柱13做支撑的。房屋3和室外私家庭院2均同时建设在建筑平面层4上面。图4中标注了回填覆土10和栏杆11，回填覆土10是覆盖在室外私家庭院2下沉板之上，栏杆11是固定在室外私家庭院2下沉板上翻梁之外端的，起到防护高空坠落的作用。房屋底层6即是与建筑平面层4直接相融为一体，但建筑平面层4也可以做每栋房屋3的房屋底层6，其上一层建筑平面层可以做房屋3的房屋屋顶5，如果按照本实施例中房屋3建造了如图4中所描绘的跃层别墅独立屋顶5，则该屋顶5是与上一层建筑平面层隔开或半隔开的，上一层建筑平面层则失去屋顶的作用，只能做上一层房屋的底层。
图4中标示12为建筑顶部造型，在此不做创新性描述，本实施例中并不限定空中别墅结构的顶层结构。
参见图5，图中示出了空中别墅结构一种建筑平面层示意图，本图中所列为一个建筑平面层的一些功能布局。在前述图2和图3实施例说明中，详细提到所有建筑平面层4都是一层一层往上叠加建设的，而支撑这些建筑平面层4的就是多根建筑平面层之间的支撑墙、柱13。需要说明的是，在本实施例中，不对建筑平面层之间的支撑墙、柱13的具体数量和规格做限定，具体以建筑设计的合理设计为依据。
继续参见图5，实现人们在上下建筑平面层之间来往的运载工具是生活电梯7、疏散楼梯14和消防电梯8。图5中列举了四户型的电梯布局结构，生活电梯8一共4部，设计建设在楼体靠外的位置。需要说明的是，在本实施例中并不限定具体的户型，以及并不具体限定生活电梯7、疏散楼梯14和消防电梯8的数量。
在本实施例中，参考图2、图3，图4、图7、图9，可以清楚的知道，一幢空中别墅结构大楼的外围是室外私家庭院2，生活电梯7将住户直接送到自己的室外私家庭院2，再经由自己家的室外私家庭院2进入室内，让人感受到私家领地，私密独享的心情。优选设计，住户需要通过身份认证(例如刷卡、输入密码等)才能激活生活电梯7内自家楼层所属按钮，并且同一楼层的住户各自使用一部电梯，不共用电梯，只有垂直住户才共用一部电梯，从而保证了电梯的使用私密性，即未经自己引领，楼下楼上的住户不能通过刷卡坐电梯直达自己家的楼层，而同一层住户却因为不共用电梯也不能通过电梯直达自己家门口的。
继续参见图5，消防电梯8和疏散楼梯14却设计建设在整幢空中别墅结构大楼的中间，实为公共共用设施。消防电梯8直通每层每栋房屋3的室外私家庭院2的后院，可选地，每栋房屋的后院大门都由院内上锁。优选设计，消防电梯8的轿厢具备4米以上的高度，一般6米为宜，以方便运输花草树木。消防电梯8联通每层每栋房屋3的室外私家庭院2的后院大门口，也是方便建设和养护室外私家庭院里的园林景观和花草树木，而不必通过别的路径包括生活电梯运送施工材料及花草树木，从而保证了室内及私家庭院的卫生整洁，同时也方便了消防员在紧急情况时从这些消防电梯直接登上任意楼层实施消防救助。
参见图6、图9、图10，在本实施例中列举了另一种两户型的布局结构，图中所列建筑平面层之间的支撑墙、柱13的功能和前述图4、图5中所解释的功能一样，在此不再阐述。图中生活电梯7以及疏散楼梯14设计建设在两户房屋分隔墙体的两端，实现前述图5所阐述的生活电梯以及疏散楼梯一样的功能和设计创新点。优选的，该生活电梯还兼消防电梯使用。
参见图7，该图为图5中所阐述的建筑平面层4的布局做了补充描绘。如图7所示为空中别墅结构一种建筑平面层建设房屋后跃层下层示意图，在图7上清晰标注了室外私家庭院2与房屋3的结构关系，室外私家庭院2与房屋3并列设计建设在建筑平面层4上，且室外私家庭院2三面围绕房屋3，分为前院、侧院和后院。该房屋跃层下层可以为住户提供室外生活加室内居住两项功能，从而大大提升了房屋3的品质。在该房屋跃层的下层，如图5所阐述设计建设有生活电梯7和消防电梯8以及疏散楼梯14。
参见图8，图中示出了空中别墅结构一种建筑平面层建设房屋后跃层上层示意图，该层平面图示意图除了户型布置位置和图7所示房屋跃层下层示意图一致以外，没有了室外私家庭院，可见该层仅为住户居住层。在图8中，同样没有生活电梯7和消防电梯8标示，需要说明的是，生活电梯7和消防电梯8的出入口仅仅设计建设在空中别墅结构建筑平面层建设房屋后跃层的下层。
参见图9，图中示出了空中别墅结构一种建筑平面层另一种建设房屋后跃层下层示意图，图9为图6中所阐述的另一种两户型的建筑平面层4的布局做了补充描绘。在本实施例中，所列举的生活电梯7以及疏散楼梯14和图7所阐述的四户型跃层下层示意图中的生活电梯7以及疏散楼梯14的功能和设计目是一致的；同样，图9中的房屋3和室外私家庭院2和前述图7中所阐述的房屋3和室外私家庭院2在功能和设计目的上也是一致的，在此不再解释。
参见图10，该图为空中别墅结构一种建筑平面层另一种建设房屋后跃层上层示图，其两户型跃层上层除了设计建设了居住房屋外，还增加设计建设了游泳池，使房屋3的品质更加升华。
归纳图5、图6、图7、图8、图9、图10，所述空中别墅结构建筑的基础核心技术是围绕建筑平面层的作用和功能的实现来阐述的，在每一层建筑平面层上可以修建1栋～6栋别墅、联排别墅或者平层大宅等各种类型的房屋，当然房屋的栋数并不限于此。本实施例图例中只列举了一层建筑平面层上修建两户别墅和四户别墅的实例，并没有列出修建一户、三户、五户、六户等示例图，也没有列出修建平层宅院或平层住宅和多层建筑的图例，但在本发明技术原理和特点示意下，任何本领域的技术人员均可领会和实施之外，不再一一绘图赘述。
需要说明的是，本实施例中不限定在一个建筑平面层上所修建的房屋数量和类型，任何实施者对本发明所述建筑平台上的房屋数量可做任何增减，以及对本发明所述建筑平台上的房屋类型仍可做任何修改，但其技术皆视同来源于本实施例公开。
所述空中别墅结构为住宅、公寓、宾馆、酒店、饭店、办公楼和写字楼的任意一种或多种。
图11为建筑结构终端设备中处理器相关电路的电路示意图。
智能控制系统的建筑结构终端设备作为空中别墅建筑结构内部与外部远程监控云平台通信的节点，同时也是设置在建筑结构内的控制节点。在设计建筑结构终端设备时，应坚持安全、稳定、低成本、低功耗等原则。建筑结构终端设备包括处理器、传感器模块、通信模块以及设备控制模块。
其中处理器作为终端设备的主控单元，通过控制传感器模块和设备控制模块实现对建筑结构内部环境的数据采集和控制功能，通信模块的功能是实现建筑结构环境数据的发送与远程下发命令的接收。综合性能、成本、功耗和扩展性等多方面考量，所述处理器采用意法半导体生产的STM32L151C8T6低功耗芯片。
STM32L151C8T6芯片属于STM32超低功耗产品系列，它内核是基于ARM的32位Cortex-M3，最高工作频率是32MHz。它支持128Kb的闪存，拥有32Kb的SRAM。支持超低功耗，具有睡眠、停机和待机三种低功耗模式，1.65V至3.6V电源的供电。超安全，低功耗掉电复位，具有5个可选阈值，超低功耗POR/PDR，可编程电压检测器(PVD)，1至24MHz晶体振荡器。包含丰富的模拟外设，12位ADC1Msps多达24个通道。接口多样化拥有8个通信接口(包括USART，USB，SPI，I2C等接口)、高达83个多功能的双向GPIO口，其中73个为5V容忍引脚。所述处理器所采用的STM32L151C8T6芯片具有成本低、功耗超低的特点，该芯片为LQFP48封装。
所述建筑结构终端设备中还包括电源模块，所述电源模块采用XC6206P332MR电源管理芯片和TPA4056充电管理芯片，所述电源模块能够为该终端设备提供两种供电方式，一种是使用锂电池供电，另一种是使用USB供电。当使用锂电池供电时，开关S1应拨到3，将锂电池接入P6接口，正极连接口2，负极接地，此时输出电压为VBAT_VCC，让VBAT_VCC通过XC6206P332MR电源管理芯片的Vin引脚，输出引脚Vout已经将电压转换成处理器STM32需要的3.3V电压，为处理器供电；当使用USB供电时，P8接入电源后，引脚1输出电压EXT_5V，此电压为5V。短接P11电源控制模块的2、3引脚，此时输出电压为VBAT_VCC，再通过电源管理芯片就可以为处理器STM32提供稳定的工作电压。此外，所述电源模块还可以通过TPA4056芯片向锂电池充电。使用USB向锂电池充电时，将开关S1拨至1处，P8接入外部USB电源后，引脚1输出电压EXT_SV值为SV，将P11电源控制模块的引脚1和2短接，所以引脚1输出电压为VEXT_SV，此电压接入TPA4056芯片，芯片输出电压为VBAT_VCC_CHARGE，此电压用于给连接在P6处的锂电池进行充电。
所述建筑结构终端设备中还包括显示模块和调试接口模块，所述显示模块用于向进行现场调试管理人员显示信息，所述调试接口模块用于连接计算机，实现了计算机与处理器STM32的串口通信，从而完成系统软件的下载与调试工作。
图12为建筑结构终端设备中传感器模块的组成结构示意图。
所述传感器模块包括温湿度传感器单元、光照度采集单元、人体红外传感器单元。
所述温湿度传感器单元选用DHT11数字湿温度传感芯片，其精度为：湿度+-50％RH，温度+-2℃，量程湿度20-900％RH，温度-40至80℃。DHT11数字湿温度传感芯片采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5字节(40位)组成，数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40位，高位先出。传感数据输出的是未编码的二进制数据。数据(湿度、温度、整数、小数)之间应该分开处理。DHT11的数据格式十分简单，DHT11和MCU的一次通信最大为3ms左右，主机连续读取时间间隔不要小于100ms。将处理器STM32的I/O口PA7与DHT11的DATA引脚相连，DATA引脚外接一个上拉电阻，即可实现处理器与所述传感器模块中所述温湿度传感器单元之间的数据通信。
所述人体红外传感器单元采用E3JK-5DM1红外光电开关来检测人体，所述人体红外传感器单元的基本工作电压为：12V～250V，使用于任何反光物体，具有极性保护、短路保护、浪涌保护等优点。
所述人体红外传感器单元包括至少一对光电传感器电路、电平转换电路。光电传感器电路通过自带的光电元件，把被检测到的物体首先变成光信号，然后把光信号再变成电信号。市面上主要有对射式和发射式两种类型的红外光电传感器，在综合考虑了本系统的实际功能需求之后决定采用对射式的光电传感器来实现房间内人数的精确检测，它由发射器和接收器组合而成。首先，对传感器上电，此时发射器会发出红外线，如果没有障碍物遮挡那么接收器就会接收到发射器发出的光线，此时接收器就会发出动作，输出高电平；一旦出现有障碍物遮挡的情况，接收器就接收不到红外信号，它就会发生复位，恢复低电平输出。现实中，房间内的人有进有出，为了能够精确地确定房间内的人数，必须要在门的内外两侧都安装光电开关，这样就可以通过对两对光电开关产生上升沿的先后顺序进行分析，从而确定房间内的人数。同时，为了确保处理器STM32能够接收到脉冲信号，必须把光电开关发出的脉冲信号先经过电平转换电路转换之后才能发送到处理器上面，处理器通过判断人的进出方向进而对房间内的人数进行确定。
所述人体红外传感器单元与所述建筑结构终端设备采用分离的方式设置，所述人体红外传感器单元安装在所要被检测的房间门的内外两侧，两对光电开关(光电传感器电路)组成一组检测系统，为了确保能够检测到进出房间的每一个人，应把它们安装到高度为1M左右的位置，并且要保证它们在一条水平线上。
当光电传感器电路的发送端和接收端都没有检测到人体经过的信号的时候，门外和门内传感器的接收端，均保持低电平信号输出，发出的信号通过电平转换电路发送到处理器上面。一旦外面有人进入房间，门外的信号先变成高电平，门内的信号要比门外的信号慢1s才能变成高电平，处理器计数，人数加1。当有人从房间内走出去的时候，门外和门内的信号变化刚好和上面的相反，这个时候处理器计数，人数减1。当有人在门口徘徊逗留的时候，情况就变得复杂了。这个时候门外的信号在变成高电平以后，如果超过1s室内的信号依然保持不变，那么处理器就延时等待，如果监测到门外的信号又恢复到了原来的低电平状态，而门内的信号没有发生变化，则处理器计数，人数保持不变，如果检测到门内的信号变成高电平，则处理器计数，人数加1。如果人在门外则与之相反。
所述光照度采集单元包括太阳能电池板、充电电池、光照度传感电路以及传输接口电路，所述光照度传感电路包括光传感器、功放电路、以及AD采样电路。由于温湿度采集和光照度采集对于环境的要求不相同，温湿度采集更倾向于建筑结构内部，而光照度采集更希望能够靠近门口或者窗口以保证信息采集的准确性，因此将所述光照度采集单元与所述建筑结构终端设备采用分离的方式设置，所述光照度采集单元与所述建筑结构终端设备之间采用无线方式进行通信。
所述充电电池用于向所述光照度传感电路和所述传输接口电路供电，在阳光充足的时候，通过太阳能电池板向充电电池充电，使充电电池达到所述光照度采集单元工作时的电压门限，所述光传感器将光信号转换为电信号，所述光传感器的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。在日光照射下，光照度传感电路的电阻值会随照度水平的变化而变化，然后利用光传感器电路的电阻值变化产生的电压值变化，经过所述功放电路放大后，由所述AD采样电路采样得到所述电压值变化的幅度范围值，并将所述幅度范围值发送给所述传输接口电路。所述传输接口电路采用CoAP协议与所述建筑结构终端设备进行通信，将所述幅度范围值发送给所述处理器。所述传输接口电路的硬件构成与所述建筑结构终端设备中的所述通信模块完全一致。
所述建筑结构终端设备将接收到的所述幅度范围值通过所述通信模块发送至远程监控云平台，并接收来自所述远程监控云平台的控制指令，根据所述控制指令经由所述设备控制模块来控制照明设备。
人眼对于光环境的亮度有一定的适应范围，基于这个大前提，所述远程监控云平台中所采用的调光策略来并不需要特别的精确，根据调光策略生成相应的控制指令并下发给所述建筑结构终端设备进行照明设备亮度的调节，调光策略需要符合以下几点需求：
1)随着室外自然光强度的上升，室内人工照明亮度降低，反之，室外自然光强度下降，室内人工照明亮度升高。
2)根据太阳位置东升西落的特点对不同朝向的窗边照明的影响，人工室内照明要做不同权重的亮度调节。
3)室内人工照明采用梯级调光，即根据照明设备与最近窗户的距离不同而采用不同权重的调光，目前采用两级，即靠窗与不靠窗。
4)室内灯具根据灯具类型分为可调光和不可调光，可调光灯具目前采用8级调光，亮度等级可以随着自然光照明的变化而变化。不可调光只有开光两种功能，当自然光照明低于某个照度界限时，自动开启。
基于上述的需求，所述调光策略具体包括:
步骤1、按照预设的定时时长启动定时程序，从数据库模块根据当前地理位置、当前日期、当前时间，确定并获取日出和日落时间、太阳高度角hs和太阳方位角ε、基准照度值Ek；
步骤2、根据当前时间判断是否已经到了夜晚，若是，则跳转并执行步骤3，若否，则跳转并执行步骤4；
步骤3、将亮度等级设置为最大，并生成照明设备控制指令，用于将照明设备调整至最大亮度，跳转至步骤6；
步骤4、向所述建筑结构终端设备发送数据获取请求以从所述光照度采集单元获取所述幅度范围值，根据所述幅度范围值从所述数据库模块中获取相对应的加权系数ρ，并计算当前照度值Ev，所采用的计算公式如下：
Figure BDA0002432116960000141
步骤5、根据计算获得的当前照度值Ev从所述数据库模块中获取对应的亮度等级，并生成照明设备控制指令；
步骤6、将所述照明设备控制指令发送给所述建筑结构终端设备。
在系统的运行过程中，根据预设的定时时长，需要不断地跟数据库模块交换数据，所述数据库模块采用Microsoft SQL Server2005数据库管理平台。
Microsoft SQL Server2005是一个全面的数据库平台，使用集成的商业智能(BI)工具提供了企业级的数据管理。Microsoft SQL Server2005数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，使您可以构建和管理用于业务的高可用和高性能的数据应用程序。Microsoft SQL Server 2005用来对存放在计算机中的数据库进行组织、管理和检索，它使用Transact-SQL语言在服务器和终端之间传送请求。
数据库系统运行在Windows环境下，启动后只需要极少的用户交互。SQL Server2005提供了用于建立用户连接、提供数据安全性和查询请求服务的全部功能。考虑到随着空中街市建筑规模的不断扩大，所涉及的终端设备以及照明设备数目可能会成千上万，势必会跟数据库有大量的数据交换，而且需要保存大量的数据。这就要求数据库在性能上要有更高的数据并发性、安全性和存储容量。
在数据库模块中，在地理位置的配置信息表的结构相对比较简单，主要包括了地址、经度、纬度和海拔信息。其中海拔为保留字段，可作为以后系统扩展。数据库的管理员可以对地理位置进行更新配置，每次管理员需要浏览配置页面的时候，就会从数据库中的地理位置的配置信息表中读取地址、进度、纬度等信息并显示在配置页面相应的控件中，如果管理员重新配置了地理位置，然后点击“保存”，那么地理位置的配置信息表则会立刻进行相应的数据更新。采取相同的配置方式，管理员对地理位置对应的日出和日落时间、太阳高度角hs和太阳方位角ε、基准照度值Ek进行设置。
所述设备控制模块用于根据控制指令来进行调节控制，具体包括：
1)对换气风机的控制：当建筑结构内环境温度过高并且超过设定好的阈值时，向换气风机控制模块发送控制指令，以达到调节建筑结构内环境温度的效果。风机控制模块采用继电器来实现，将处理器STM32的I/O口PA13与继电器的IN引脚相连接，换气风机的正极接继电器的COM引脚，负极接地，选择高电平触发继电器方式，处理器STM32通过控制I/O口输出高低电平来驱动继电器的开断，进而控制换气风机的启停，最终实现建筑结构内温湿度的调节；
2)对照明设备的控制：根据接收到的照明设备控制指令中携带的亮度等级，来控制照明驱动电路根据该亮度等级来进行亮度调节。
图13为建筑结构终端设备中通信模块的电路结构示意图。
通信模块负责终端设备与远程监控云平台的数据传输工作，所述通信模块与处理器STM32之间使用串口通信方式，与远程监控云平台之间则使用CoAP协议进行通信。通信模块默认有三种工作状态：
1)Connected(连接态)：终端设备中的通信模块经过初始化成功入网后，处于该连接态，可以发送和接收数据，无数据交互超过一段时间后会进入Idle模式，时间可配置。
2)Idle(空闲态)：可收发数据，且接收下行数据会进入Connected状态，无数据交互超过一段时会进入PSM模式，时间可配置。空闲状态可配置执行DRX或eDRX模式。其中DRX(discontinuous reception)表示不连续接收模式，对下行业务时延要求高；eDRX(ExtendedidlemodeDRX)，表示扩展不连续接收模式，对下行业务时延有较高要求。可根据设备是否处于休眠状态缓存消息或者立即下发消息。
3)PSM(节能模式)：此模式下终端关闭收发信号机，不监听无线侧的寻呼，因此虽然依旧注册在网络，但信令不可达，无法收到下行数据，功率很小。持续时间由核心网配置，有上行数据需要传输或TAU周期结束时会进入Connected态。
通信模块采用窄带物联网无线通信技术来实现与远程监控云平台的通信连接。通信模块采用BC95-B5通信模组，BC95-B5的主要特征如下：
1)超低功耗、超高灵敏度，模块的输出功率为23dBm，灵敏度为-129dBm，在Sleep模式下的功耗为5uA，Idle下为6mA；
2)LCC封装，管脚数量94，供电电压3.1V至4.2V，工作温度-40℃～+85℃，下载方式为UART串口方式，封装设计兼容移远通信GSM/GPRS模块，易于产品升级；
3)使用3GPP Rel-13以及增强型AT指令控制，数据传输速率介于100bps到100kbps之间，内置丰富的网络服务协议栈，包括UDP协议和CoAP协议。
4)拥有5种接口，包括一个USIM卡，两个UART，一个RESET以及一根天线。
由于所述通信模块与处理器STM32之间使用串口进行通信，而且通信模块只有UART接口，所以需将BC95的TXD口串接一个1k欧的跨接电阻后再与STM32的串口PB11相连，RXD口串接一个1k欧的电阻再与PB10连接。其中PB10、PB11分别是串口3的发送端TX和接收端RX。BC95的RI引脚为模块异步消息通知，RI串接一个1k欧的跨接电阻后与STM32的PA8相连接。当通信模块有新消息时，会拉低RI信号120ms，使用该信号来唤醒处理器STM32，然后准备接收通信模块的串口数据，RF_ANT引脚为BC95的射频天线接口。同时，通信模块还有为窄带物联网专用SIM卡预留的接口，通信模块和处理器STM32使用同一个电源电路供电。
建筑结构终端设备的工作流程如下：
步骤1、建筑结构终端设备上电后，执行初始化工作；
步骤2、初始化完成后，将所述通信模块连接到网络并在远程监控云平台注册，待注册成功后，建筑结构终端设备通过所述通信模块与远程监控云平台收发数据；
步骤3、建筑结构终端设备与远程监控云平台处于连接状态,建筑结构终端设备处于唤醒状态，建筑结构终端设备可以与远程监控云平台进行数据传输；在PSM模式下，建筑结构终端设备只有处于唤醒状态才能接收远程监控云平台下发的数据；
当向远程监控云平台发送数据时，处理器读取传感器模块采集的数据，并将数据转换为十六进制，将打包处理后的数据通过串口发送到通信模块，通过CoAP协议发送至远程监控云平台；
当从远程监控云平台接收数据时，若处理器检测到有串口接收中断产生，在中断函数中接收下发的数据，处理器通过对下发数据的解析，控制设备控制模块执行相应的操作；
步骤4、建筑结构终端设备进入到睡眠模式，等待下一个周期唤醒。
所述远程监控云平台中的设备管理模块用于实现建筑结构终端设备的添加、查看、修改和删除，通过该设备管理模块来实现建筑结构终端设备的快速扩展，通过与设备管理模块的信息交互即可实现建筑结构终端设备的注册，同时将建筑结构终端设备的信息存入数据库模块。
所述将所述通信模块连接到网络并在远程监控云平台注册，具体包括：
步骤1、建筑结构终端设备向远程监控云平台发送注册请求，所述注册请求中携带有远程监控云平台的IP地址、平台接口路径、接口参数、终端设备的IMEI标识、设备验证码以及设备验证码有效期；
步骤2、远程监控云平台中的设备管理模块调用注册结构API，读取注册请求中携带的终端设备的IMEI标识、设备验证码以及设备验证码有效期，并将上述携带的信息写入数据库模块；
步骤3、返回注册成功的信息。
数据传输模块包括数据接收模块和命令下发模块：
1)数据接收模块，用于终端设备上报数据的接收，设备上报的数据是经过远程监控云平台中的数据传输模块转发到数据库模块中进行存储。
2)命令下发模块，用于通过编解码插件将json格式的命令数据编码为二进制消息并组装成COAP报文，继而下发至终端设备，终端设备接收到命令数据后执行相应的操作，从而实现对设备的远程控制。
所述命令数据中包含了3个参数：service Id、method和paras。其中service Id代表命令对应的服务ID；method代表服务下具体的命令名称，这两个参数都要与profile中定义的保持一致；paras表示命令参数的json字符串格式，具体格式需要应用和终端设备约定。
本发明的智能控制系统在对照明设备进行智能调节时，相比于各自获取自然照度信息的优势有以下三点：
1)减少设备硬件成本，每个照明终端不需配置自然照明亮度采集装置；
2)照明终端无需安装自然光亮度采集装置，降低施工工作量，从而降低工程成本；
3)通过远程监控云平台的图形操作界面配置相应参数，各照明设备的照明强度受自然照度的影响配置更为灵活，可以实现分场景、分时段的影响系数的灵活配置，达到最佳的照明控制效果。
以上所述的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人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种应用于空中别墅建筑结构中的智能控制系统，其特征在于，该空中别墅建筑结构包括：建筑平面层，以及在每一层建筑平面层上建设的房屋和室外私家庭院；其中，所述建筑平面层，一层一层向上设置，所述房屋和室外私家庭院，建设在每一层建筑平面层上；在所述每一层建筑平面层上建设的每栋或每户房屋，包括房屋底层、房屋屋顶和具有房屋本体两层或者两层以上高度的私家庭院；
所述智能控制系统包括至少一个建筑结构终端设备以及远程监控云平台；
所述建筑结构终端设备分别设置在房屋、停车场中，用于采集环境参数并发送至所述远程监控云平台，同时接收所述远程监控云平台下发的控制指令，并执行相应的控制指令；
远程监控云平台包括信息查询模块、设备管理模块、数据传输模块以及数据库模块，所述查询模块包括数据实时显示模块、历史数据查询模块和告警信息模块，通过对数据库模块的查询，将查询结果以图形化界面显示在页面上，所述数据传输模块包括数据接收模块和命令下发模块；
建筑结构终端设备包括处理器、传感器模块、通信模块以及设备控制模块；
所述远程监控云平台中的设备管理模块用于实现建筑结构终端设备的添加、查看、修改和删除，通过该设备管理模块来实现建筑结构终端设备的快速扩展，通过与设备管理模块的信息交互即可实现建筑结构终端设备的注册，同时将建筑结构终端设备的信息存入数据库模块；
处理器作为终端设备的主控单元，通过控制传感器模块和设备控制模块实现对建筑结构内部环境的数据采集和控制功能，通信模块的功能是实现建筑结构环境数据的发送与远程下发命令的接收，所述处理器采用意法半导体生产的STM32L151C8T6低功耗芯片；
所述建筑结构终端设备中还包括电源模块，所述电源模块采用XC6206P332MR电源管理芯片和TPA4056充电管理芯片；
所述电源模块能够为该终端设备提供锂电池供电、USB供电这两种供电方式；当使用锂电池供电时，开关S1应拨到3，将锂电池接入P6接口，正极连接口2，负极接地，此时输出电压为VBAT_VCC，让VBAT_VCC通过XC6206P332MR电源管理芯片的Vin引脚，输出引脚Vout已经将电压转换成处理器STM32需要的3.3V电压，为处理器供电；
当使用USB供电时，P8接入电源后，引脚1输出电压EXT_5V，此电压为5V，短接P11电源控制模块的2、3引脚，此时输出电压为VBAT_VCC，再通过电源管理芯片就可以为处理器STM32提供稳定的工作电压；
所述建筑结构终端设备中还包括显示模块和调试接口模块，所述显示模块用于向进行现场调试管理人员显示信息，所述调试接口模块用于连接计算机，实现了计算机与处理器STM32的串口通信，从而完成系统软件的下载与调试工作；
所述传感器模块包括温湿度传感器单元、光照度采集单元以及人体红外传感器单元，所述光照度采集单元与所述建筑结构终端设备采用分离的方式设置，所述光照度采集单元与所述建筑结构终端设备之间采用无线方式进行通信；
所述温湿度传感器单元选用DHT11数字湿温度传感芯片；
所述光照度采集单元包括太阳能电池板、充电电池、光照度传感电路以及传输接口电路，所述光照度传感电路包括光传感器、功放电路、以及AD采样电路；
所述充电电池用于向所述光照度传感电路和所述传输接口电路供电，在阳光充足的时候，通过太阳能电池板向充电电池充电，使充电电池达到所述光照度采集单元工作时的电压门限，所述光传感器将光信号转换为电信号，所述光传感器的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长；
在日光照射下，光照度传感电路的电阻值会随照度水平的变化而变化，然后利用光传感器电路的电阻值变化产生的电压值变化，经过所述功放电路放大后，由所述AD采样电路采样得到所述电压值变化的幅度范围值，并将所述幅度范围值发送给所述传输接口电路；所述传输接口电路采用CoAP协议与所述建筑结构终端设备进行通信，将所述幅度范围值发送给所述处理器；
所述建筑结构终端设备将接收到的所述幅度范围值通过所述通信模块发送至远程监控云平台，并接收来自所述远程监控云平台的控制指令，根据所述控制指令经由所述设备控制模块来控制照明设备；
所述人体红外传感器单元采用E3JK-5DM1红外光电开关来检测人体，所述人体红外传感器单元的基本工作电压为：12V～250V，使用于任何反光物体，具有极性保护、短路保护、浪涌保护等优点；
所述人体红外传感器单元包括至少一对光电传感器电路、电平转换电路；
所述人体红外传感器单元与所述建筑结构终端设备采用分离的方式设置，所述人体红外传感器单元安装在所要被检测的房间门的内外两侧，安装到高度为1M左右的位置，并且要保证它们在一条水平线上；
在接收来自所述远程监控云平台的控制指令之前，还包括：
远程监控云平台根据调光策略生成相应的控制指令并下发给所述建筑结构终端设备进行照明设备亮度的调节；
所述调光策略具体包括：
步骤1、按照预设的定时时长启动定时程序，从数据库模块根据当前地理位置、当前日期、当前时间，确定并获取日出和日落时间、太阳高度角hs和太阳方位角ε、基准照度值Ek；
步骤2、根据当前时间判断是否已经到了夜晚，若是，则跳转并执行步骤3，若否，则跳转并执行步骤4；
步骤3、将亮度等级设置为最大，并生成照明设备控制指令，用于将照明设备调整至最大亮度，跳转至步骤6；
步骤4、向所述建筑结构终端设备发送数据获取请求以从所述光照度采集单元获取所述幅度范围值，根据所述幅度范围值从所述数据库模块中获取相对应的加权系数ρ，并计算当前照度值Ev，所采用的计算公式如下：
Figure FDA0002809014610000031
步骤5、根据计算获得的当前照度值Ev从所述数据库模块中获取对应的亮度等级，并生成照明设备控制指令；
步骤6、将所述照明设备控制指令发送给所述建筑结构终端设备；
所述设备控制模块用于根据控制指令来进行调节控制，具体包括：
对换气风机的控制，当建筑结构内环境温度过高并且超过设定好的阈值时，向换气风机控制模块发送控制指令，风机控制模块采用继电器来实现，将处理器STM32的I/O口PA13与继电器的IN引脚相连接，换气风机的正极接继电器的COM引脚，负极接地，选择高电平触发继电器方式，处理器STM32通过控制I/O口输出高低电平来驱动继电器的开断，进而控制换气风机的启停，最终实现建筑结构内温湿度的调节；
对照明设备的控制，根据接收到的照明设备控制指令中携带的亮度等级，来控制照明驱动电路根据该亮度等级来进行亮度调节；
所述建筑结构终端设备的工作流程如下：
步骤1、建筑结构终端设备上电后，执行初始化工作；
步骤2、初始化完成后，将所述通信模块连接到网络并在远程监控云平台注册，待注册成功后，建筑结构终端设备通过所述通信模块与远程监控云平台收发数据；
步骤3、建筑结构终端设备与远程监控云平台处于连接状态,建筑结构终端设备处于唤醒状态，建筑结构终端设备可以与远程监控云平台进行数据传输；在PSM模式下，建筑结构终端设备只有处于唤醒状态才能接收远程监控云平台下发的数据；
当向远程监控云平台发送数据时，处理器读取传感器模块采集的数据，并将数据转换为十六进制，将打包处理后的数据通过串口发送到通信模块，通过CoAP协议发送至远程监控云平台；
当从远程监控云平台接收数据时，若处理器检测到有串口接收中断产生，在中断函数中接收下发的数据，处理器通过对下发数据的解析，控制设备控制模块执行相应的操作；
步骤4、建筑结构终端设备进入到睡眠模式，等待下一个周期唤醒；
所述将所述通信模块连接到网络并在远程监控云平台注册，具体包括：
步骤1、建筑结构终端设备向远程监控云平台发送注册请求，所述注册请求中携带有远程监控云平台的IP地址、平台接口路径、接口参数、终端设备的IMEI标识、设备验证码以及设备验证码有效期；
步骤2、远程监控云平台中的设备管理模块调用注册结构API，读取注册请求中携带的终端设备的IMEI标识、设备验证码以及设备验证码有效期，并将上述携带的信息写入数据库模块；
步骤3、返回注册成功的信息；
数据传输模块包括数据接收模块和命令下发模块：
1)数据接收模块，用于终端设备上报数据的接收，设备上报的数据是经过远程监控云平台中的数据传输模块转发到数据库模块中进行存储；
2)命令下发模块，用于通过编解码插件将json格式的命令数据编码为二进制消息并组装成COAP报文，继而下发至终端设备，终端设备接收到命令数据后执行相应的操作，从而实现对设备的远程控制；
所述命令数据中包含了3个参数：service Id、method和paras；其中service Id代表命令对应的服务ID；method代表服务下具体的命令名称，这两个参数都要与profile中定义的保持一致；paras表示命令参数的json字符串格式，具体格式需要应用和终端设备约定。
2.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述建筑平面层是以垂直的墙、柱为支撑，一层一层向上设置，所述建筑平面层上的每栋房屋包含生活电梯，所述生活电梯从室外私家庭院进出；
所述每栋或每户房屋的底层是建筑平面层，所述每栋或每户房屋的屋顶，是上一层建筑平面层、或是与上一层建筑平面层隔开或半隔开的独立屋顶；
在每一层建筑平面层的公共区域设置有消防电梯和疏散楼梯，其消防电梯的轿厢具备4米以上的高度，以方便运输花草树木；所述每户房屋的客厅设置在每户房屋的外墙转角处，每户房屋的客厅至少都具有一个外墙转角和至少具有两个不同方向的相邻外墙面，使奇数楼层与偶数楼层垂直对应的每户房屋的私家花园庭院都从各自客厅的两个相邻的外墙面错开转换到两个不同方向，同时还使所有室外私家花园庭院至少都具有两个方向的采光面和宽大空间；
所述建筑平面层可采用混凝土结构、钢结构或钢混结构；所述建筑平面层外挑建设室外私家庭院的部分，采用下沉板上翻梁结构，以便覆土种植蔬菜或者种植花草树木；种植蔬菜或者种植花草树木的室外私家庭院设置有自动滴灌喷灌系统；所述建筑平面层的层数为2层～60层，下一层建筑平面层与上一层建筑平面层的建筑高度为3米～16米，所述每一层建筑平面层的房屋为独立别墅、联排别墅或平层宅院；所述空中别墅结构为住宅、公寓、宾馆、酒店、饭店、办公楼和写字楼的任意一种。
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CN113156843A (zh) * 2021-01-25 2021-07-23 济南明湖建筑节能技术开发有限公司 一种供水系统采集器及远程控制系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107842216A (zh) * 2016-09-20 2018-03-27 新疆天地集团有限公司 一种空中别墅结构
CN108663941B (zh) * 2017-03-28 2021-01-15 薛文评 智能节能控制系统
CN107277162B (zh) * 2017-07-20 2021-03-30 成都超域物联科技有限公司 一种基于网络云的智能家居管理系统及方法
CN108712485B (zh) * 2018-05-10 2019-12-20 海信集团有限公司 一种物联网设备的资源订阅方法和装置
CN109587242B (zh) * 2018-12-05 2021-08-10 华润置地控股有限公司 物联网平台系统及其云端平台和本地终端
CN110725567B (zh) * 2019-09-12 2020-06-26 新疆天地集团有限公司 一种基于物联网的房屋建筑结构

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