CN211503153U - 一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统 - Google Patents

一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统 Download PDF

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蒋铭凯
薛学涛
王军柯
祁冰
何汗宇
苏欣
孟书杰
王延立
张卓
寇永哲
侯震宇
何禄源
张雅军
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Shanghai Buqing Instrument Equipment Co ltd
Henan Provincial Academy Of Building Research Co ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，包括室内空气质量监测终端、云服务器、控制终端、用户终端；监测终端的多个监测节点对影响室内环境的温湿度以及CO2、甲醛、PM2.5、TVOC等的浓度进行实时监测，多功能网关将监测数据经无线通讯网络汇聚后上传；云服务器的数据处理模块接收数据并进行处理与保存，分析评估模块对数据进行评估分析，调控决策模块根据评估结果制定对应的协同调控方式和指令；控制终端接收调控命令后控制对应设备调节空气质量；用户终端可对已绑定设备进行远程控制和数据查询。本监测调控系统通过多目标协同调控解决了舒适、健康与节能的冲突问题，实现室内空气质量的在线、远程、智能调控。

Description

一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统
技术领域
本实用新型涉及室内空气质量监测调控领域，具体涉及一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统 。
背景技术
随着环境的日益恶化，人们对空气质量的关心程度越来越高，对我们造成伤害的却不止糟糕的室外空气，还有我们起居办公的室内场所。随着人们生活水平的不断提高，由装修等其他原因引发的室内空气污染问题也日趋严重，室内空气质量的好坏直接关系到人体健康，使得对室内空气环境的监测与控制已经变得十分必要。
对监测系统的研究越来越多，但对应的调节控制系统的研究较少。已有的关于室内环境调节的研究，主要针对如何提高空调的舒适性或舒适与节能的协调优化，未将热舒适与室内空气质量协同优化，也未根据多种空气参数进行优化控制。
实用新型内容
为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统 ，是一种基于室内空气的温度、湿度、空气污染物浓度的实时监测数据，以满足空气质量和舒适度为目的进行远程协同调控的室内空气质量的监测调控系统，保证室内空气质量健康舒适。
本实用新型通过以下技术方案实现的：
一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统 ，包括室内空气质量监测终端、云服务器、控制终端和用户终端；
所述监测终端实现对多个室内环境参数的实时监测与数据上传；所述云服务器包括数据处理模块、分析评估模块与调控决策模块，主要进行数据整理、分析与保存，同时进行空气质量评估和制定控制方法与指令；所述控制终端主要是控制器接收指令后控制空气处理设备进行空气质量调节；所述用户终端包括PC端网站和手机APP，通过绑定设备对监测数据进行显示与查询，也可对设备进行远程控制和参数限值设定。
进一步，所述监测终端包括多功能网关和多个监测节点以及共同构建的无线传输网络，监测节点采集室内空气参数的信息后经Zigbee无线网络发送给多功能网关，多功能网关汇聚多个监测节点传送来的参数信息，处理后通过WIFI上传至云服务器中。
进一步，所述室内空气参数包括温度、相对湿度、CO2浓度、甲醛浓度、PM2.5浓度和TVOC浓度。
进一步，所述监测节点包括四种传感器模块：
CH2O SENSORS 模块携带温湿度传感器和甲醛传感器，负责温度、相对湿度、甲醛浓度的数据监测；
CO2 SENSORS 模块携带二氧化碳传感器；负责室内CO2浓度的监测；
PM2.5 SENSORS 模块携带PM2.5检测传感器，负责室内PM2.5浓度的监测；
TVOC SENSORS 模块携带能测多种TVOC的传感器，负责有机挥发物浓度的监测。
进一步，所述云服务器的数据处理模块主要接收多个网关传送来的数据，进行数据分类处理与保存；分析评估模块将储存的数据以云计算和大数据等方式进行空气质量的评估分析，调控决策模块通过评估结果制定出对应的协同控制方式和调控指令。
进一步，所述分析评估模块以温度、相对湿度、CO2浓度、甲醛浓度、PM2.5浓度、TVOC浓度作为影响因素，空气质量要求、热舒适和能耗作为评价指标，分析多种因素同时作用对室内空气品质的影响，得到对应的评估结果（一般为优秀、良好、一般、有风险、危险5种）。
进一步，所述协同调控模块根据分析评估模块得到的各参数的评估结果和室内空气质量的评估结果制定对应的调节策略，具体包括：
A、当室内有人时，若温度和相对湿度的评估结果为存在风险或者危险，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空调并设置舒适的温湿度限值，夏天26℃、冬天20℃，相对湿度60%；室内无人时为了节能，不对温湿度进行调节。
B、当CO2浓度评估结果为存在风险或者危险，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开新风机（或新风系统），待评估结果到达良好时关停。
C、当甲醛浓度评估结果为存在风险或者危险，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空气净化器（或新风机），待评估结果为良好时关停。
D、当PM2.5浓度评估结果为存在风险或者危险，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空气净化器，待评估结果到达良好时关停。
E、当TVOC浓度评估结果为存在风险或者危险，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空气净化器，待评估结果到达良好时关停。
F、当单项参数评估结果均未达到存在风险，但室内空气质量评估结果为存在风险时，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开新风机和空气净化器，待评估结果恢复良好后关停。
G、当有多个参数同时存在风险时，优先开启可同时调节多个参数的设备，再控制其他设备。
进一步，所述控制器主要通过但不限于红外遥控技术控制空气处理设备组的运行，也可更换成蓝牙或Zigbee等无线网络控制。
进一步，所述空气处理设备组包括但不仅限于空调、新风机、空气净化器。
进一步，所述用户终端在设备绑定后不仅可以直观的查看室内空气质量的实时监测数据，还能查询详细信息与历史信息，查看历史变化趋势。
进一步，所述用户终端可以通过操作界面进行参数限值设定，根据限值制定个性化的调控指令上传云服务器，云服务器会根据设定的指令信息智能操控控制器执行用户关于设备的运行控制指令。
本实用新型的有益效果：
1. 本实用新型综合多个空气质量的监测指标，通过多个监测节点得到立体充足的数据信息，显示结果更精准。
2. 本实用新型采用Zigbee无线通讯技术配合WIFI无线广域网络，解决数量众多的监测节点的组网以及数据稳定性和实时传输的问题。
3. 本实用新型基于多个目标参数的协同控制方法，在满足舒适度和空气质量要求的情况下，尽可能的实现了节能。
4. 本实用新型通过实时监测与数据上传以及对空气质量的有效评估，使用户能更直观、实时的了解室内的空气质量。
附图说明
图1为本实用新型系统总体结构框图；
图2为本实用新型自动调控流程图；
图3为本实用新型用户调控流程图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的和优点更加清楚，下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
如图1所示，本实用新型是一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统 ，基于室内空气的温度、湿度及空气污染物浓度的实时监测数据，以满足空气质量和舒适度为要求进行远程协同调控的室内空气质量的监测调控系统。系统主要通过监测终端、用户终端、云服务器、无线通讯、控制终端实现对温度、湿度、CO2等空气污染物的监测以及对空调、新风机和空气净化器的控制，进而实现室内空气质量和空气品质的调节。
本实用新型中的监测终端由多功能网关和多个监测节点以及无线传输网络组成，监测节点采集所在位置传感器模块对应的空气参数的信息，由Zigbee无线网络传输到多功能网关的进行汇聚并由WIFI上传至云服务器中。
云服务器主要由数据处理模块、分析评估模块和调控决策模块三部分组成，数据处理模块接收所有多功能网关上传来的监测数据，进行整理分析和保存；分析评估模块以云计算和大数据等方式对处理过的数据进行空气质量评估分析；调控决策模块依据评估结果制定相应的调控策略。
控制终端包括控制器和空气处理设备组，空气处理设备组包括但不限于空调、新风机、空气处理器；控制器接收多功能网关转发的来自云服务器的调控指令后，根据指令提供红外信号控制对应的设备工作来调节空气质量。
用户终端包括PC端的网站以及手机和平板上的APP，根据绑定的设备进行对应的监测数据显示，包括实时数据显示、详细数据显示和历史数据显示等，也可在用户界面进行参数限值设定和对绑定设备进行远程控制。
如图2和图1所示，自动调控过程中评估与调控指令的决策主要是在云服务器中完成。
监测终端对温度、相对湿度、CO2浓度、甲醛浓度、PM2.5浓度和TVOC浓度这6个参数进行监测和数据上传；数据处理模块对这六个参数分别进行整理与分析，以室内空气质量标准为依据判定是否达标，并将处理过的数据及结果提供给分析评估模块；
分析评估模块以温度、相对湿度、CO2浓度、甲醛浓度、PM2.5浓度、TVOC浓度作为影响因素，空气质量要求、热舒适和能耗作为评价指标，分析多种因素单独或同时作用时对室内空气品质的影响，得到各参数及综合的质量评估结果（优秀、良好、一般、有风险、危险）。
调控决策模块根据分析评估模块得到的各参数的评估结果和室内空气质量的评估结果制定对应的调控指令，具体包括：
A、当室内有人时，若温度和相对湿度的评估结果为有风险或者危险时，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空调并设置舒适的温湿度限值，夏天26℃、冬天20℃，相对湿度60%；室内无人时为了节能，不对温湿度进行调节。
B、当CO2浓度评估结果为有风险或者危险时，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开新风机（或新风系统），待评估结果到达良好时关停。
C、当甲醛浓度评估结果为有风险或者危险时，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空气净化器（或新风机），待评估结果为良好时关停。
D、当PM2.5浓度评估结果为有风险或者危险时，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空气净化器，待评估结果到达良好时关停。
E、当TVOC浓度评估结果为有风险或者危险时，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开空气净化器，待评估结果到达良好时关停。
F、当单项参数评估结果均未到有风险，但室内空气质量综合评估结果为有风险时，调控决策模块通过云服务器向控制器发出指令，控制器根据指令打开新风机和空气净化器，待评估结果恢复良好后关停。
G、当有多个参数同时存在风险时，优先开启可同时调节多个参数的设备，再控制其他设备。
结合图1和图3，用户可以通过PC端网站或手机和平板上APP的操作界面进行设备绑定，根据绑定的设备从云服务器获取对应的监测数据，包括实时数据、详细数据、历史数据等的查询与显示。
如图3所示用户可在用户界面进行自主指令设定，如进行参数限值设定、对绑定设备的控制指令的设置或制定个性化的调控指令等，云服务器会记录绑定的设备信息并调用对应的操控指令数据库，根据设定的指令信息远程指挥控制器执行运行控制指令。
用户终端与云服务器之间通过WIFI通讯网络连接，云服务器与控制器之间通过多功能网关相连，指令由云服务器通过WIFI发送给多功能网关，多功能网关通过Zigbee无线网络转发给控制器，控制器通过红外信号控制多个空气处理设备工作。
本实用新型立足于气体传感器技术、无线通讯网络、互联网及物联网技术，基于对多个室内空气参数的准确监测和数据的分析评估进行多方式协同调控，在满足室内空气质量要求与舒适性要求的情况下尽可能节能。
以上所述，仅为本实用新型的实施案例，但本实用新型的保护不仅仅局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及构思加以移植或者改变，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：包括室内空气质量监测终端、云服务器、控制终端和用户终端；
所述监测终端实现对多个室内环境参数的实时监测与数据上传，并包括多功能网关和多个监测节点以及共同构建的无线传输网络，监测节点采集室内空气参数的信息后经Zigbee无线网络发送给多功能网关，多功能网关汇聚多个监测节点传送来的参数信息，处理后通过WIFI上传至云服务器中；
所述云服务器包括数据处理模块、分析评估模块与调控决策模块，主要进行数据整理、分析与保存，同时进行空气质量评估和制定控制方法与指令；
其中，所述云服务器的数据处理模块主要接收多个网关传送来的数据，进行数据分类处理与保存；分析评估模块将储存的数据以云计算和大数据等方式进行空气质量的评估分析，所述调控决策模块通过评估结果制定出对应的协同控制方式和调控指令；
所述控制终端主要是控制器接收指令后控制空气处理设备进行空气质量调节；
所述用户终端包括PC端网站和手机APP，通过绑定设备对监测数据进行显示与查询，也可对设备进行远程控制和参数限值设定。
2.根据权利要求1所述的一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：所述室内空气参数包括温度、相对湿度、CO2浓度、甲醛浓度、PM2.5浓度和TVOC浓度。
3.根据权利要求1所述的一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：所述监测节点包括四种传感器模块：
CH2O SENSORS 模块携带温湿度传感器和甲醛传感器，负责温度、相对湿度、甲醛浓度的数据监测；
CO2 SENSORS 模块携带二氧化碳传感器；负责室内CO2浓度的监测；
PM2.5 SENSORS 模块携带PM2.5检测传感器，负责室内PM2.5浓度的监测；
TVOC SENSORS 模块携带能测多种TVOC的传感器，负责有机挥发物浓度的监测。
4.根据权利要求1所述的一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：所述分析评估模块以温度、相对湿度、CO2浓度、甲醛浓度、PM2.5浓度和TVOC浓度作为影响因素，空气质量要求、热舒适和能耗作为评价指标，分析多种因素同时作用对室内空气品质的影响，得到对应的评估结果。
5.根据权利要求1所述的一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：所述控制器主要通过但不限于红外遥控技术控制空气处理设备组的运行，也可更换成蓝牙或Zigbee等无线网络控制。
6.根据权利要求5所述的一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：所述空气处理设备组包括但不仅限于空调、新风机和空气净化器。
7.根据权利要求1所述的一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：所述用户终端在设备绑定后不仅可以直观的查看室内空气质量的实时监测数据，还能查询详细信息与历史信息，查看历史变化趋势。
8.根据权利要求1所述的一种基于多目标的室内空气质量协同监测调控系统，其特征在于：所述用户终端可以通过操作界面进行参数限值设定，根据限值制定个性化的调控指令上传云服务器，云服务器会根据设定的指令信息智能操控控制器执行用户关于设备的运行控制指令。
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