CN111750935A - 一种工作环境监测控制装置 - Google Patents

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CN111750935A CN202010762791.7A CN202010762791A CN111750935A CN 111750935 A CN111750935 A CN 111750935A CN 202010762791 A CN202010762791 A CN 202010762791A CN 111750935 A CN111750935 A CN 111750935A
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邹大鹏
李逸霖
高仕政
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Abstract

本申请公开了一种工作环境监测控制装置，本申请通过参数采集监测模块采集多种影响工作环境舒适度的环境参数，从而提高工作环境监测的精确度，再通过舒适度判断模块根据所采集的环境参数，结合从专家系统数据库中的各种环境参数评价标准以及预设的参数权重，对工作环境进行舒适度判断，以得到工作环境的舒适度，最后调节控制模块根据环境参数和舒适度判断结果，调节并控制工作环境中电器设备的输出，以调节工作环境舒适度，解决了现有虽然能检测工作环境的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，但是其所检测的环境参数不足，且缺乏对工作环境舒适度的判断以及调节控制的功能，导致无法有效地判断工作环境的舒适度并对环境舒适度进行调节的技术问题。

Description

一种工作环境监测控制装置
技术领域
本申请涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种工作环境监测控制装置。
背景技术
随着科技的进步，人们对工作环境的要求越来越高。提高办公室环境的舒适度不仅能保证办公室职员的身心健康，还能在一定程度上提高他们的工作效率。因此，需要实时地、智能地监控公办室内环境参数以监测工作环境的质量。
现有技术虽然能检测工作环境的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，但是其所检测的环境参数不足，且缺乏对工作环境舒适度的判断以及调节控制的功能，导致无法有效地判断工作环境的舒适度并对环境舒适度进行调节。
发明内容
本申请提供了一种工作环境监测控制装置，用于解决现有技术虽然能检测工作环境的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，但是其所检测的环境参数不足，且缺乏对工作环境舒适度的判断以及调节控制的功能，导致无法有效地判断工作环境的舒适度并对环境舒适度进行调节的技术问题。
有鉴于此，本申请提供了一种工作环境监测控制装置，包括：参数采集监测模块、舒适度判断模块和调节控制模块；
所述参数采集监测模块的第一输出端连接所述舒适度判断模块的第一输入端，第二输出端连接所述调节控制模块的第一输入端；
所述舒适度判断模块的第一输出端连接所述调节控制模块的第二输入端；
所述参数采集监测模块用于采集环境参数，所述环境参数包括室内光亮度、温度、湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、Tvoc浓度、二氧化碳浓度、室内外气压差和辐射强度；
所述舒适度判断模块用于根据所述参数采集监测模块采集的所述环境参数，基于专家系统对所述环境参数进行处理和检测，得到舒适度判断结果；
所述调节控制模块用于根据所述环境参数和所述舒适度判断结果，调节并控制所述工作环境中电器设备的输出。
可选地，还包括显示模块；
所述显示模块的第一输入端连接所述参数采集监测模块的第三输出端，第二输入端连接所述舒适度判断模块的第二输出端，用于显示所述环境参数和所述舒适度判断结果。
可选地，还包括报警模块；
所述报警模块与所述参数采集监测模块连接，用于当所述环境参数大于预置阈值时，触发报警信号。
可选地，还包括Lora无线通信模块；
所述Lora无线通信模块的第一输入端连接所述参数采集监测模块的第一输出端，第一输出端连接所述舒适度判断模块的第一输入端，用于使所述参数采集监测模块与所述舒适度判断模块进行远距离无线通信。
可选地，还包括时间同步模块；
所述时间同步模块与所述参数采集监测模块连接，用于根据时间标识校准所述参数采集监测模块的时间。
可选地，还包括存储模块；
所述存储模块与所述参数采集监测模块连接，用于存储所述环境参数。
可选地，所述参数采集模块包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、风压变送器、风速变送器、甲醛检测计、辐射计和光亮检测仪。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请公开了一种工作环境监测控制装置，包括：参数采集监测模块、舒适度判断模块和调节控制模块；参数采集监测模块的第一输出端连接舒适度判断模块的第一输入端，第二输出端连接调节控制模块的第一输入端；舒适度判断模块的第一输出端连接调节控制模块的第二输入端；参数采集监测模块用于采集环境参数，环境参数包括室内光亮度、温度、湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、Tvoc浓度、二氧化碳浓度、室内外气压差和辐射强度；舒适度判断模块用于根据参数采集监测模块采集的环境参数，基于专家系统对环境参数进行处理和检测，得到舒适度判断结果；调节控制模块用于根据环境参数和舒适度判断结果，调节并控制工作环境中电器设备的输出。
本申请通过参数采集监测模块采集多种影响工作环境舒适度的环境参数，采集参数较多，从而提高监测的精确度，再通过舒适度判断模块根据所采集的环境参数，结合从专家系统数据库中的各种环境参数评价标准以及预先设定的参数权重，对工作环境进行舒适度判断，以得到工作环境的舒适度，最后，调节控制模块根据环境参数和舒适度判断结果，调节并控制工作环境中电器设备的输出，以调节工作环境的舒适度，解决了现有技术虽然能检测工作环境的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，但是其所检测的环境参数不足，且缺乏对工作环境舒适度的判断以及调节控制的功能，导致无法有效地判断工作环境的舒适度并对环境舒适度进行调节的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种工作环境监测控制装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种工作环境监测控制装置的整体框架示意图；
图3为本申请实施例提供的递阶层次结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种工作环境监测控制装置，用于解决现有技术虽然能检测工作环境的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，但是其所检测的环境参数不足，且缺乏对工作环境舒适度的判断以及调节控制的功能，导致无法有效地判断工作环境的舒适度并对环境舒适度进行调节的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1和图2，本申请实施例提供了一种工作环境监测控制装置，包括：参数采集监测模块101、舒适度判断模块102和调节控制模块103；
参数采集监测模块101的第一输出端连接舒适度判断模块102的第一输入端，第二输出端连接调节控制模块103的第一输入端；
舒适度判断模块102的第一输出端连接调节控制模块103的第二输入端；
参数采集监测模块101用于采集环境参数，环境参数包括室内光亮度、温度、湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、Tvoc浓度、二氧化碳浓度、室内外气压差和辐射强度；
舒适度判断模块102用于根据参数采集监测模块采集的环境参数，基于专家系统对环境参数进行处理和检测，得到舒适度判断结果；
调节控制模块103用于根据环境参数和舒适度判断结果，调节并控制工作环境中电器设备的输出。
需要说明的是，本申请中的参数采集监测模块101可以实时地采集工作环境中的各种环境参数，舒适度判断模块102获取到各种环境参数后，基于专家系统对环境参数进行分析和处理，并对当前环境舒适度进行判断，以得到最终的舒适度判断结果，调节控制模块103根据采集的环境参数和舒适度判断结果对室内光亮度进行调节，还可以调节空调、加湿器和排气扇等电器设备的输出，当然，还可以通过对空气清洁器和氧气机进行调节，使得可以更加快速地将工作环境的环境参数控制在令人体感到舒适的范围，从而确保了工作环境的舒适度。
本申请实施例通过参数采集监测模块101采集多种影响工作环境舒适度的环境参数，采集参数较多，从而提高监测的精确度，再通过舒适度判断模块102根据所采集的环境参数，结合从专家系统数据库中的各种环境参数评价标准以及预先设定的参数权重，对工作环境进行舒适度判断，以得到工作环境的舒适度，最后，调节控制模块103根据环境参数和舒适度判断结果，调节并控制工作环境中电器设备包括但不局限于空调、增湿器、排气扇、空气净化器、灯、窗帘、氧离子发生器等的输出，以调节工作环境的舒适度，解决了现有技术虽然能检测工作环境的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，但是其所检测的环境参数不足，且缺乏对工作环境舒适度的判断以及调节控制的功能，导致无法有效地判断工作环境的舒适度并对环境舒适度进行调节的技术问题。
以上为本申请提供的一种工作环境监测控制装置的第一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种工作环境监测控制装置的第二个实施例的详细说明。
请参阅图1和图2，本申请实施例提供了一种工作环境监测控制装置，包括：参数采集监测模块101、舒适度判断模块102和调节控制模块103；
参数采集监测模块101的第一输出端连接舒适度判断模块102的第一输入端，第二输出端连接调节控制模块103的第一输入端；
舒适度判断模块102的第一输出端连接调节控制模块103的第二输入端；
参数采集监测模块101用于采集环境参数，环境参数包括室内光亮度、温度、湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、Tvoc浓度、二氧化碳浓度、室内外气压差和辐射强度；
舒适度判断模块102用于根据参数采集监测模块采集的环境参数，基于专家系统对环境参数进行处理和检测，得到舒适度判断结果；
调节控制模块103用于根据环境参数和舒适度判断结果，调节并控制工作环境中电器设备的输出。
需要说明的是，调节控制模块集成有STM32芯片，因此，工作环境中的电器设备接收控制信号以及做出相应输出由集成了STM32芯片控制。
还需要说明的是，本申请中的参数采集监测模块101包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、风压变送器、风速变送器、甲醛检测计、辐射计和光亮检测仪，当然，本实施例中的温度传感器和湿度传感器可以采用SHT20温湿度传感器，气体传感器可以是SGP30气体传感器，风压传感器可以是YW-130风压变送器，风速变送器可以是VMS-3000-FS-*风速传感器，甲醛检测计可以是MQ-138甲醛传感器，辐射计可以是JC08-TES1391电磁辐射测试仪，光亮检测仪可以是GY-30光照传感器。此外，本申请中参数采集监测模块101还可以根据采集到的室内风速大小来计算换气的次数，从而提高了对工作环境监测的准确度。
作为进一步地改进，本实施例还包括显示模块104；
所述显示模块104的第一输入端连接所述参数采集监测模块101的第三输出端，第二输入端连接所述舒适度判断模块102的第二输出端，用于显示所述环境参数和所述舒适度判断结果。
需要说明的是，通过显示模块104显示环境参数和舒适度判断结果，可以在网页显示界面和终端APP中查看，能够随时随地对工作环境进行监测，实现了从多个方面监测工作环境，以维持工作环境的舒适度。
作为进一步地改进，本实施例还包括报警模块105；
报警模块105与参数采集监测模块101连接，用于当环境参数大于预置阈值时，触发报警信号。
需要说明的是，当采集的环境参数大于预置阈值时，说明工作环境已达到危害员工身体健康与安全的程度，则需要触发报警信号，以提示工作人员采取相应的保护措施，例如，工作环境中甲醛浓度超过了预置阈值，存在影响人们健康的可能，因此，需要触发报警信号，使得工作人员可以尽早采取相应的措施，以调节环境参数在适当的范围。
作为进一步地改进，本实施例还包括Lora无线通信模块106；
Lora无线通信模块106的第一输入端连接参数采集监测模块101的第一输出端，第一输出端连接舒适度判断模块102的第一输入端，用于使参数采集监测模块101与舒适度判断模块102进行远距离无线通信。
需要说明的是，通过Lora无线通信模块106，可以使得参数采集监测模块101和舒适度判断模块102进行远距离无线通信，实现了参数采集监测模块与其他模块的分离，可任意移动，不会被有线传输束缚。
当然，作为进一步地改进，本实施例中的调节控制模块103与参数采集监测模块101也可通过Lora无线通信模块106进行远距离无线通信，实现了参数采集监测模块101与其他模块的分离，可任意移动，不会被有线传输束缚。
同样地，本实施例中的调节控制模块103与工作环境中的电器设备可以通过Lora无线通信模块106进行远距离无线通信，使得舒适度判断模块102、调节控制模块103和工作环境中的电器设备可以进行远距离无线通信，从而不会被有线传输束缚。
作为进一步地改进，本实施例还包括时间同步模块；
时间同步模块与参数采集监测模块101连接，用于根据时间标识校准参数采集监测模块101的时间。
需要说明的是，本申请中通过温度传感器、湿度传感器、气体传感器、风压变送器、风速变送器、甲醛检测计、辐射计和光亮检测仪等设备采集环境参数，通过时间同步模块和参数采集监测模块101连接，可以使得各种仪器的时间一致，以准确地采集各种环境参数，从而提高了舒适度判断的准确度。
作为进一步地改进，本实施例还包括存储模块107；
存储模块107与参数采集监测模块101连接，用于存储环境参数。
需要说明的是，通过存储模块107可以存储工作环境中的所有环境参数数据，同时，也有利于工作人员通过存储模块107查询历史数据，以便于对工作环境的监测。
本申请实施例通过参数采集监测模块101采集多种影响工作环境舒适度的环境参数，采集参数较多，从而提高监测的精确度，再通过舒适度判断模块102根据所采集的环境参数，结合从专家系统数据库中的各种环境参数评价标准以及预先设定的参数权重，对工作环境进行舒适度判断，以得到工作环境的舒适度，最后，调节控制模块103根据环境参数和舒适度判断结果，调节并控制工作环境中电器设备的输出，以调节工作环境的舒适度，解决了现有技术虽然能检测工作环境的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，但是其所检测的环境参数不足，且缺乏对工作环境舒适度的判断以及调节控制的功能，导致无法有效地判断工作环境的舒适度并对环境舒适度进行调节的技术问题。
以上为本申请提供的一种工作环境监测控制装置的第二个实施例的详细说明，下面为本申请提供的舒适度判断模块基于专家系统的实现过程。
本申请中的专家系统输入数据为参数采集监测模块101采集的温度、湿度、压差、换气次数、PM2.5的浓度、CO2浓度、Tvoc浓度等环境参数。对于每一种环境参数都划分为四个不同的级别，分别为优秀、良好、一般与不适。
对于环境参数权重的重要性确定采取的方法为层次分析法，它使用有序的递阶层次结构来表示一个复杂的问题。同时，它还能够基于人们后续对问题的判断来对决策方案的质量高低进行重新排列。层次分析法的关键在于它结合了定性、定量分析，并在最终的结果中使用量化评价来替代定性评价。该方法的具体步骤如下：
一、首先建立递阶层次结构，层次分析法一般把问题分成三层，用箭线连接代表着各层次间的关系。如图3所示，这三层分别为目标层、准则层，以及方案层zi。
二、构造比较矩阵，构造比较矩阵的目的是量化定性评价，实现这个过程需要在层次分析法中引入九级标度法。
九级标度法的内容为，以一个元素作为比较元1进行比较。当zi与zj(为1)同等重要时，则zij取值1；当zi比zj较为重要时，则zij取值3；当zi比zj重要时，则zij取值5；当zi比zj较为明显重要时，则zij取值7；当zi比zj极为重要时，则zij取值9；对于2、4、6、8则是介于1、3、5、7、9所属的重要性的中间情况。
通过比较后，则可得到一个方阵A＝(aij)n×n，称为两两比较矩阵，zi与zj之比为aij，而zj与zi之比为aji，且aij＝1/aji，如以下公式所示：
Figure BDA0002613545510000081
以办公室的室内环境为例，通过搜集资料可得出由表1所示的各因素比较关系，以及比较矩阵，比较矩阵A为：
Figure BDA0002613545510000082
表1环境因素间的重要程度对比
Figure BDA0002613545510000083
Figure BDA0002613545510000091
在得到比较矩阵A之后，根据矩阵的最大特征值7.2844找出其对应的特征向量。(使用matlab计算)并对此特征向量的各元素进行归一化处理后，则可得出权重向量Z；
Z＝(0.2934 0.0797 0.0354 0.2076 0.1059 0.1389 0.1389)。
三、判断矩阵的一致性检验，如果一致性要求与标准偏离过大，则有可能会出现实际情况与最终的综合判断结论存在很大的偏差的情况。因此有必要对判断矩阵的一致性指标进行判断分析。第一步需要计算出判断矩阵的一致性指标CI。λmax为最大特征向量，而n则为矩阵的阶数，一致性指标CI的计算公式如下：
Figure BDA0002613545510000092
得到CI后，还需要在表2中找出判断矩阵相对应的平均随机一致性指标RI。
表2平均随机一致性指标表
Figure BDA0002613545510000093
然后，可以计算得到一致性比例CR，一致性比例CR的计算公式为：
Figure BDA0002613545510000094
判断矩阵满足一致性的标准是计算出来的CR值比0.1要小，当满足这一条件，则认为此判断矩阵是符合标准的，否则需要重新制定判断比较矩阵A。对于判断矩阵A，代入一致性指标CI的计算公式，可计算得到CI为0.0474；
根据判断矩阵A的阶数选取RI，再将CI代入一致性比例CR的计算公式中可得到CR为0.0359，由于0.0359小于0.1，因此，权重矩阵满足一致性指标。
以普通办公室的环境为例子，首先收集得到人体在办公室内最为舒适的各项环境参数的标准。然后将每项标准细分为四个评价等级，分别为优秀、良好、一般与不适。以温度为例，人体室内最舒适温度在20～26℃的范围，因此可将范围细分为：优秀为[21，25]；良好为[20，21)∪(25，26]；一般为[18，20)∪(26，28]；不适为(-∞，18)∪(28，+∞)，单位为℃。
对七种基本环境参数进行单因素评价，单因素评价时需要先确定各因素的隶属度函数，在本申请中采用了指派法确定隶属度函数，并选择矩形分布模糊函数。矩形分布函数等直线型的分布函数更加利于编程实现，计算时耗费的时间更少，快速性、稳定性更佳，更加利于实时显示数据。
同样以办公室环境下的温度参数为例，可以得到隶属度函数，隶属度函数用于判断每个参数的评价情况，隶属度函数为：
Figure BDA0002613545510000101
Figure BDA0002613545510000102
Figure BDA0002613545510000103
Figure BDA0002613545510000104
其中，R(x)1、R(x)2、R(x)3和R(x)4分别代表评价集中的优秀、良好、一般以及不适。
同理可以得出其他环境参数的隶属度函数，并假设最终评价结果如表3所示。
表3各环境参数评价结果
Figure BDA0002613545510000105
则可得到模糊关系矩阵R：
Figure BDA0002613545510000111
最后只需要使用模糊关系矩阵R与权重向量进行模糊变换则可得出最终结果，结果B的计算公式为：
Figure BDA0002613545510000112
经过计算得到B＝(0.2934 0.0797 0.3132 0.3135)，结果说明认为此时环境健康程度为“优秀”的比重是29.34％，认为是“良好”的比重是7.97％，认为是“一般”的比重为31.32％，而认为是“不适”的比重是31.35％。因此此时的环境质量应为“不适”。
在结果B的计算公式中，ZoR中的运算符为模糊集合的交并运算符。模糊运算中具有几种不同的算子。例如。M(∧，∨)算子、M(∧，⊙)算子、M(·，∨)算子以及M(，⊙)算子。
M(∧，∨)，∧表示取小过程，而∨表示的为取大过程。该算子属于主因素突出型算子。如果评价因素较多，且因素间权重差距不大，则无法得到理想的综合结果。
M(∧，⊙)该算子以∧作为矩阵运算中的乘法运算，以有界和⊙运算作为矩阵运算中的加法运算。有界和：a⊙b＝min(a+b,1)。但这样会忽视掉一些不那么重要的因素，使得结果不够客观。
M(·，∨)该算子以普通乘法作为矩阵运算中的乘法运算，以逻辑加∨作为矩阵的加法运算。该算子为加权平均型，但由于采用了逻辑加，会丢失一些次要的数据，一定程度上影响到综合评价的质量。
M(·，⊙)该算子采用普通乘法作为矩阵运算中的乘法运算，以有界和⊙作为矩阵运算中的加法运算。该算子也属于加权平均型，因其采用了有界和，既能综合考虑所有因素，也能隶属度不大于1，可以得到令人满意的综合评价结果。
为了使得评价结果更加客观可信，因此在本次运算中采用了M(·，⊙)算子进行运算，并且得到了较为理想的结果。
基于舒适度的判断，进行设备综合控制。调节控制模块103通过wifi控制相应设备，采用模糊-PID控制方法进行调节，控制空调温湿度的调节、增湿器的启停、风扇的交换和停止、空气净化器、负氧离子发生器等的启停使得温度范围为21～25℃，湿度范围为40％～60％，室内外压差的范围为-5066～5066Pa，换气次数为3～5(次/h)，PM2.5的范围为0～35μg/m3，CO2浓度范围为350～450ppm，Tvoc浓度范围为0～270Ppb，负氧离子的范围为大于或等于2000(个/cm3)。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种工作环境监测控制装置，其特征在于，包括：参数采集监测模块、舒适度判断模块和调节控制模块；
所述参数采集监测模块的第一输出端连接所述舒适度判断模块的第一输入端，第二输出端连接所述调节控制模块的第一输入端；
所述舒适度判断模块的第一输出端连接所述调节控制模块的第二输入端；
所述参数采集监测模块用于采集环境参数，所述环境参数包括室内光亮度、温度、湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、Tvoc浓度、二氧化碳浓度、室内外气压差和辐射强度；
所述舒适度判断模块用于根据所述参数采集监测模块采集的所述环境参数，基于专家系统对所述环境参数进行处理和检测，得到舒适度判断结果；
所述调节控制模块用于根据所述环境参数和所述舒适度判断结果，调节并控制所述工作环境中电器设备的输出。
2.根据权利要求1所述的工作环境监测控制装置，其特征在于，还包括显示模块；
所述显示模块的第一输入端连接所述参数采集监测模块的第三输出端，第二输入端连接所述舒适度判断模块的第二输出端，用于显示所述环境参数和所述舒适度判断结果。
3.根据权利要求1所述的工作环境监测控制装置，其特征在于，还包括报警模块；
所述报警模块与所述参数采集监测模块连接，用于当所述环境参数大于预置阈值时，触发报警信号。
4.根据权利要求1所述的工作环境监测控制装置，其特征在于，还包括Lora无线通信模块；
所述Lora无线通信模块的第一输入端连接所述参数采集监测模块的第一输出端，第一输出端连接所述舒适度判断模块的第一输入端，用于使所述参数采集监测模块与所述舒适度判断模块进行远距离无线通信。
5.根据权利要求1所述的工作环境监测控制装置，其特征在于，还包括时间同步模块；
所述时间同步模块与所述参数采集监测模块连接，用于根据时间标识校准所述参数采集监测模块的时间。
6.根据权利要求1所述的工作环境监测控制装置，其特征在于，还包括存储模块；
所述存储模块与所述参数采集监测模块连接，用于存储所述环境参数。
7.根据权利要求1所述的工作环境监测控制装置，其特征在于，所述参数采集模块包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、风压变送器、风速变送器、甲醛检测计、辐射计和光亮检测仪。
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