CN212962125U - 一种室内环境感知系统 - Google Patents

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陈琪
王浩
史敏
高学文
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Abstract

本实用新型涉及一种室内环境感知系统，包括多个环境感知单元和感知控制上位机；多个环境感知单元分别布置于不同的感知区域内，采集各感知区域内的包括温度、湿度、照度和空气质量在内的环境状态信息；探测各感知区域内包括人员存在信息在内的事件变化信息；环境感知单元通过无线网络与感知控制上位机连接；将采集的环境状态信息和事件变化信息上传到感知控制上位机；感知控制上位机通过无线网络连接供暖与制冷系统、照明系统和新风系统；将温度信息发送到供暖与制冷系统；将湿度信息发送到新风和供暖与制冷系统；将照度信息发送到照明系统；将空气质量信息发送到新风系统；将人员存在信息发送到供暖与制冷系统、照明系统和新风系统。

Description

一种室内环境感知系统
技术领域
本实用新型涉及环境感知技术领域，尤其涉及一种室内环境感知系统。
背景技术
建筑及其室内空间为人类在各种自然环境条件下的全天候生活和工作，提供了全方面的保障，随着人类的进步和对高品质生活的向往，建筑功能与空间也越来越复杂。现在一个建筑项目的顺利完成，需要按专业将其拆分成建筑、结构、空调、通风、水、电力、智能化、照明等各种细分的专业，这也形成了现代建筑的建设体系。专业在细分过程中也出现了众多壁垒和间隙，是现有建设体系无法解决的，需要通过对专业知识和信息的横向跨专业再组织实现壁垒和间隙的消除。
在众多问题中较为突出的是建筑室内环境问题，现有建筑中与室内环境营造相关的专业主要有：空调、通风、照明、智能化、电力五大专业。分别是服务于室内温、湿度质量的制冷与供暖系统(空调专业)，服务于室内空气质量的新风系统(通风专业)，服务于室内照明质量的照明系统(照明专业)，而以上各系统都需要主动能源进行感知和驱动，因此还需要配电系统(电力专业)、智能感知与控制系统(智能化专业)也是室内环境保证的重要因素。
在这样多专业、多系统、流程复杂、技术不断更新的环境保证体系中，还要兼顾节能环保、舒适人性、持久耐用、科技创新，在实际建筑项目应用中很难做到。举例来说，照明系统中有人员存在感应受制于现在产品的局限，仅能用于控制灯具开关不能用于开关空调和新风；而室内的窗磁开关可以感知窗子的开关状态用于安防报警，但无法用于联动关闭新风和空调；由于系统和产品按专业进行绘制，往往会在使用中存在众多面板、控制智慧环境感知上位机、app软件等，让使用者频于在各系统间操作；各系统产品专业生产和安装公司往往仅对其自身核心设备或机组了解，而对其运行效果的环境感知装置往往采用对外采购多或外包加工方式，其与自身系统的适配并未融合，甚至很多故障点也在于此，信号无法向外发送。
此类由于专业、产品、软件等原因的限制，常导致很多改善室内环境和使用者便捷性的综合联动无法实现，或实现起来需要大量的研发、资金、时间投入，同时也很难做出与各个系统间的相互适应与匹配。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种室内环境感知系统，用以解决现有建筑中各环境营造系统感知信息不准确，控制界面分散界面复杂、故障频出影响主干系统等问题。
本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种室内环境感知控制系统，包括多个环境感知单元和感知控制上位机；
所述多个环境感知单元分别布置于不同的感知区域内，采集各感知区域内的包括温度、湿度、照度和空气质量在内的环境状态信息；探测各感知区域内包括人员存在信息在内的事件变化信息；
所述环境感知单元通过无线网络与感知控制上位机连接；将采集的环境状态信息和事件变化信息上传到感知控制上位机；
所述感知控制上位机通过无线网络连接供暖与制冷系统、照明系统和新风系统；将所述温度信息发送到供暖与制冷系统；将所述湿度信息发送到新风和供暖与制冷系统；将所述照度信息发送到照明系统；将空气质量信息发送到新风系统；将人员存在信息发送到供暖与制冷系统、照明系统和新风系统。
进一步地，所述环境感知单元包括温度探测器、湿度探测器、照度探测器、空气质量探测器模组、单片机和通信模组；
所述温度探测器、湿度探测器、照度探测器和空气质量探测器模组分别与单片机有线或集成方式连接；所述单片机与通信模组采用有线连接方式，所述通信模块与感知控制上位机采用无线网络连接方式连接。
进一步地，所述温度探测器的数量至少与感知区域内空调末端控制分区的数量相同，在每一个空调末端控制分区内至少设置一个温度探测器。
进一步地，所述湿度探测器的数量至少与感知区域内湿度控制分区的数量相同，在每一个湿度控制分区内至少设置一个温度探测器。
进一步地，所述照度探测器的数量至少与感知区域内照明控制回路的数量相同，在每一个室内照明控制回路内至少设置一个照度探测器。
进一步地，所述空气质量探测器模组的数量与感知区域内回风口的数量相同，在靠近每一个回风口的距地1.0～1.8米处设置一个空气质量探测器模组。
进一步地，所述空气质量探测器模组包括甲醛探测器、二氧化碳探测器、苯探测器、pm2.5探测器、pm10探测器和总挥发有机物VOC探测器。
进一步地，所述空气质量探测器模组还包括一氧化碳探测器、二氧化硫探测器、二氧化氮探测器和臭氧探测器在内的一种探测器或几种探测器的组合。
进一步地，所述人员感应探测采用包括红外、微波、微动在内的方式对探测区域的人员进行探测。
进一步地，在感知区域内的独立固定功能区内至少设置一个人员感应探测器，用于探测所述独立固定功能区是否有人员存在；在流动功能区至少设置两个人员感应探测器；一个设置于流动功能区的入口区域，用于计算进入流动功能区的人数，另一个设置于流动功能区的出口区域，用于计算离开流动功能区的人数。
本实用新型有益效果如下：
本实用新型通过对现有建筑中各环境营造系统的探测设备进行整合，实现了建筑室内各个空间的环境感知与监控需求，经过开放性的通讯方式传递给相应的控制系统，避免了由协议接口不统一造成的联动无法实现的问题；采用一体化设计避免了面板等控制终端过多的问题，通过专业的探测器集成，避免了产品的兼容性问题。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实用新型实施例中室内环境感知系统组成连接示意图；
图2为本实用新型实施例中单片机连接示意图；
图3为本实用新型实施例中甲醛探测电路图；
图4为本实用新型实施例中二氧化碳探测电路图；
图5为本实用新型实施例中臭氧探测电路图；
图6为本实用新型实施例中一氧化碳探测电路图；
图7为本实用新型实施例中PM2.5或粉尘探测电路图；
图8为本实用新型实施例中温度探测器电路图；
图9为本实用新型实施例中湿度探测器电路图；
图10为本实用新型实施例中4G通信模组电路图；
图11为本实用新型实施例中4G通信指示和输出电路图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。
本实用新型的一个具体实施例，公开了一种室内环境感知系统，如图1所示，包括多个环境感知单元和感知控制上位机；
所述多个环境感知单元分别布置于不同的感知区域内，采集各感知区域内的包括温度、湿度、照度和空气质量在内的环境状态信息；探测各感知区域内包括人员存在信息在内的事件变化信息。
所述感知区域可以是一个房间或者是一个房间中划分出来的特定区域。
所述环境感知单元通过无线网络与感知控制上位机连接；将采集的环境状态信息和事件变化信息上传到感知控制上位机。
所述感知控制上位机通过无线网络连接包括供暖与制冷系统、照明系统和新风系统在内的各环境营造系统；将所述温度信息发送到供暖与制冷系统；将所述湿度信息发送到新风和供暖与制冷系统；将所述照度信息发送到照明系统；将空气质量信息发送到新风系统；将人员存在信息发送到供暖与制冷系统、照明系统和新风系统。
具体的，所述环境感知单元包括温度探测器、湿度探测器、照度探测器、空气质量探测器模组、单片机和通信模组；
所述温度探测器、湿度探测器、照度探测器和空气质量探测器模组分别与单片机有线或集成方式连接；所述单片机与通信模组采用有线连接方式，所述通信模块与感知控制上位机采用无线网络连接方式连接。具体的，所述第一类探测器包括多个温度探测器、湿度探测器、照度探测器和空气质量探测器模组。
其中，所述温度探测器用于探测感知区域内环境的温度。为准确探测感知区域内不同分区的温度，采用多个温度探测器分别布置在不同的空调末端控制分区对环境温度进行探测。温度探测器的数量至少与感知区域内空调末端控制分区的数量相同，即在每一个空调末端控制分区内至少设置一个温度探测器。
并且，所述温度探测器的选型满足感知区域内温度控制的区间需要，其探测精度满足温度调节需要，探测误差小于国家相关产品的标准要求，探测周期不大于1S。
所述温度探测器探测的温度信息可用于显示或联动制冷与供暖系统，调整室内温度，以达到预设人体舒适度域值。
其中，所述湿度探测器用于探测感知区域内环境的湿度。为准确探测感知区域内不同分区的湿度，采用多个湿度探测器分别布置在不同的湿度控制分区对感知区域内环境湿度进行探测。湿度探测器的数量至少与湿度控制分区的数量相同，即在每一个湿度控制分区内至少设置一个湿度探测器。
并且，所述湿度探测器的选型满足感知区域内湿度控制的区间需要，其探测精度应满足湿度调节需要，探测误差应小于国家相关产品的标准要求，探测周期不大于1S。
所述湿度探测器探测的湿度信息可用于显示或联动新风和空调系统，调整室内湿度，以达到预设人体舒适度域值。
其中，所述照度探测器用于探测感知区域内环境的照度。为准确探测感知区域内不同分区的照度，采用多个照度探测器分别布置在不同的室内照明控制回路对感知区域内环境照度进行探测。照度探测器的数量至少与室内照明控制回路的数量相同，即在每一个室内照明控制回路至少设置一个照度探测器。
所述照度探测器的选型满足感知区域内照度控制的区间需要，其探测精度应满足照明调节需要，探测误差应小于国家相关产品的标准要求，探测周期不大于1S。
所述照度探测器探测的照度信息可用于显示或联动照明系统，通过预设照度调整模式调整室内照明质量。
其中，所述空气质量探测器模组用于探测室内空气中甲醛、二氧化碳、苯、pm2.5、pm10和VOC气体的浓度，反映室内的空气质量，包括甲醛探测器、二氧化碳探测器、苯探测器、pm2.5探测器、pm10探测器和总挥发有机物VOC探测器。
优选的，所述空气质量探测器模组还可以根据具体的空气指标要求增加其他一种或多种探测器，具体包括一氧化碳探测器、二氧化硫探测器、二氧化氮探测器和臭氧探测器在内的一种探测器或几种探测器的组合，用于探测空气中一氧化碳、二氧化硫探测器、二氧化氮和/或臭氧的浓度。
为了更好的探测空气质量，采用多个空气质量探测器模组布置在不同的回风口对室内空气质量进行探测。所述空气质量探测器模组的数量与室内回风口的数量相同，在靠近每一个回风口的距地1.0～1.8米处设置一个空气质量探测器模组。
所述空气质量探测器模组探测的空气质量信息可用于显示或联动室内新风系统，调整空气质量，以达到预设健康环境域值。
所述人员感应探测器；用于感应感知区域内是否存在人员，以及人员的流量信息，所述人员感应探测器采用包括红外、微波、微动在内的方式对探测区域的人员进行探测。
将感知区域划分为独立固定功能区和流动功能区；所述独立固定功能区为非人员流动区域，在该区域进行人员探测时，探测该区域是否有人员存在信息；所述流动功能区域为人员流动区域，在该区域进行人员探测时，探测进出该区域的人数信息。
具体的，在每个独立固定功能区内至少设置一个人员感应探测器，探测所述独立固定功能区是否有人员存在信息；在每个流动功能区至少设置两个人员感应探测器；一个设置于流动功能区的入口区域，用于计算进入流动功能区的人数，另一个设置于流动功能区的出口区域，用于计算离开流动功能区的人数。
人员感应探测器探测的人员存在信息可用于联动照明、通风及制冷与供暖系统，调整室内温湿度、照明及通风，以达到预设人体舒适度域值。
所述单片机为高集成化运算单片机。所述单片机通过有线或集成方式与所述温度探测器、湿度探测器、照度探测器和空气质量探测器模组连接，接收和收集探测信息。探测信息通过单片机转化为数字信号通过通信模组上传给智慧环境感知上位机；所述通信模组为无线通信模组，无线通信模组可采用蓝牙通信模组或WIFI通信模组。
具体的，如图2所示，所述单片机U3可采用为STM32F103VCT6。
空气质量探测器模组中的甲醛探测电路可采用如图3所示电路，采用4ERJR-2.54-4P的插头J4与甲醛探测器连接，插头J4的4脚输出甲醛探测结果的模拟量，输出到U9(ADS7822)进行模数变换，所述U9的 CLK信号、DIO信号和CS信号均来自单片机U3；U9的1脚输入的参考电压Vref+通过U7(LM336)的稳压，U7的8脚与VCC2V5连接，并通过串联的电阻R31、R29与VCC3V3连接，VCC3V3通过电阻R29连接U9的8脚给U9供电。
空气质量探测器模组中的二氧化碳探测电路可采用如图4所示电路，采用4ERJR-2.54-4P的插头J7与二氧化碳探测器连接，插头J7的4脚输出二氧化碳探测结果的模拟量，输出到U12(ADS7822)进行模数变换，所述U12的CLK信号、DIO信号和CS信号均来自单片机U3；U12的1 脚输入的参考电压Vref+通过U11(LM336)的稳压，U11的8脚与VCC2V5 连接，并通过串联的电阻R36、R35与VCC3V3连接，VCC3V3通电阻 R35给U12供电。
空气质量探测器模组中的臭氧探测电路可采用如图5所示电路，采用4ERJR-2.54-4P的插头J5与臭氧探测器连接，插头J5的4脚输出臭氧探测结果的模拟量，输出到U10(ADS7822)进行模数变换，所述U10 的CLK信号、DIO信号和CS信号均来自单片机U3；U10的1脚输入的参考电压Vref+通过U8(LM336)的稳压，U8的8脚与VCC2V5连接，并通过串联的电阻R30、R32与VCC3V3连接，VCC3V3通电阻R30给 U10供电。
空气质量探测器模组中的一氧化碳探测电路可采用如图6所示电路，采用4ERJR-2.54-4P的插头J9与一氧化碳探测器连接，插头J9的4脚输出一氧化碳探测结果的模拟量，输出到U14(ADS7822)进行模数变换，所述U10的CLK信号、DIO信号和CS信号均来自单片机U3；U14的1 脚输入的参考电压Vref+通过U13(REF2933)的稳压，U13的2脚OUT 与U14的1脚连接并连接Vref3V3连接，U13的1脚IN通过R43与VCC3V3 连接；VCC3V3通电阻R43给U10供电。
空气质量探测器模组中的PM2.5或粉尘探测电路可采用如图7所示，采用采用4ERJR-2.54-4P的插头J8与PM2.5或粉尘探测器连接，由于 PM2.5、粉尘探测器可采用串口输出的探测器，插头J8的1脚和4脚给 PM2.5或粉尘探测器供电，2脚和3脚将探测器的串口与单片机连接。
所述温度探测器电路可采用如图8所示电路，采用温度传感器U6 (LMT84DCK)采集温度，U6的3脚通过串联的电阻R13和温敏电阻 RL2(MF52A-103)连接VSSA，VSSA和VDDA连接在串联的温敏电阻 RL2和R12之间。VSSA与单片机U3的地线连接，VDDA为VCC3V3 电源经过滤波后的电压。
所述湿度探测器电路可采用如图9所示电路，采用湿敏电阻RL3 (hr202L)采集湿度，湿度采集驱动信号pwm00，通过串联的电容C25、湿敏电阻RL3和R11与VSSA连接，在湿敏电阻RL3和R11的连接端连接并联的电阻R22和稳压二极管D5的一端，在电阻R22的另一端输出湿度信号。
光照度探测电路采用4ERJR-2.54-4P的插头J6与光照度探测器连接，插头J6的1脚和4脚给PM2.5或粉尘探测器供电，2脚和3脚将探测器的串口与单片机连接。
所述无线通信模组采用4G通信模组，采用如图10所示电路，采用 4G通信模块USR1(USR-LTE-7S4)进行4G通信，USR1的供电控制可以采用由电阻R33、R34、三极管Q3(SS8080LT)和开关管SI1(SI2303DS) 组成的开关电路，开关电路在触发信号的控制下给USR1供电或断电。
本实施例还包括4G通信指示和输出电路，如图11所示，包括发光二极管LED3、LED4，电阻R39、R40、R41、R42，三极管Q4(SS8080LT)、 Q5(SS8080LT)；
所述三极管Q4基极通过电阻R39连接USR1的nReady1，集电极通过电阻R41和发光二极管LED3连接+3.3V，发射极接地；集电极输出驱动后的nReady信号；
当USR1的nReady1为高电平时，LED3正电压导通发光，显示4G 通信准备好。
所述三极管Q5基极通过电阻R40连接USR1的nlink1，集电极通过电阻R42和发光二极管LED4连接+3.3V，发射极接地；集电极输出驱动后的nReady信号；
当USR1的nlink1为高电平时，LED4正电压导通发光，显示4G通信链接好。
具体的，每个环境感知单元通过网络无线中继及网关采用网络通讯协议(TCP/IP)与感知控制上位机建立通信连接，将采集的环境状态信息和事件变化信息发送到感知控制上位机。
优选的，所述感知控制上位机通过网关采用网络通讯协议(TCP/IP) 和供暖与制冷系统、照明系统和新风系统建立连接；向供暖与制冷系统、照明系统和新风系统发送环境状态信息、事件变化信息以及包括温度、湿度、照度和空气质量需求在内的环境状态的需求信息；
具体的，
将环境感知单元采集的所述温度信息和温度需求信息发送到供暖与制冷系统；调整室内温度，以达到预设人体舒适度域值；
将环境感知单元采集的所述湿度信息和湿度发送到新风和供暖与制冷系统；调整室内湿度，以达到预设人体舒适度域值。
将环境感知单元采集的所述照度信息和照度需求信息发送到照明系统；通过预设照度调整模式调整室内照明质量。
将环境感知单元采集的空气质量信息和空气质量需求信息发送到新风系统；调整空气质量，以达到预设健康环境域值。
将环境感知单元采集的人员存在信息和环境状态的需求信息发送到供暖与制冷系统、照明系统和新风系统；调整室内温湿度、照明及通风，以达到预设人体舒适度域值。
更优选的，感知控制上位机采用网络通讯协议(TCP/IP)与云端建立连接；云端再经互联网与客户端连接；
通过感知控制上位机与云端建立的连接，感知控制上位机可将采集的环境状态信息和事件变化信息存储到云端，并从云端获取感知区域的环境状态的需求信息；
通过云端与客户端的连接，可通过客户端上的APP软件实时读取并显示存储在云端的采集的环境状态信息和事件变化信息，使客户能够实时了解感知区域的环境状态和事件变化信息；并通过APP软件设置感知区域的环境状态的需求信息存储到云端，供感知控制上位机读取。
综上所述，本实施例通过对现有建筑中各环境营造系统的探测设备进行整合，实现了建筑室内各个空间的环境感知与监控需求，经过开放性的通讯方式传递给相应的控制系统，避免了由协议接口不统一造成的联动无法实现的问题；采用一体化设计避免了面板等控制终端过多的问题，通过专业的探测器集成，避免了产品的兼容性问题。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种室内环境感知系统，其特征在于，包括多个环境感知单元和感知控制上位机；
所述多个环境感知单元分别布置于不同的感知区域内，采集各感知区域内的包括温度、湿度、照度和空气质量在内的环境状态信息；探测各感知区域内包括人员存在信息在内的事件变化信息；
所述环境感知单元通过无线网络与感知控制上位机连接；将采集的环境状态信息和事件变化信息上传到感知控制上位机；
所述感知控制上位机通过无线网络连接供暖与制冷系统、照明系统和新风系统；将所述温度信息发送到供暖与制冷系统；将所述湿度信息发送到新风和供暖与制冷系统；将所述照度信息发送到照明系统；将空气质量信息发送到新风系统；将人员存在信息发送到供暖与制冷系统、照明系统和新风系统。
2.根据权利要求1所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述环境感知单元包括温度探测器、湿度探测器、照度探测器、空气质量探测器模组、单片机和通信模组；
所述温度探测器、湿度探测器、照度探测器和空气质量探测器模组分别与单片机有线或集成方式连接；所述单片机与通信模组采用有线连接方式，所述通信模组与感知控制上位机采用无线网络连接方式连接。
3.根据权利要求2所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述温度探测器的数量至少与感知区域内空调末端控制分区的数量相同，在每一个空调末端控制分区内至少设置一个温度探测器。
4.根据权利要求2所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述湿度探测器的数量至少与感知区域内湿度控制分区的数量相同，在每一个湿度控制分区内至少设置一个温度探测器。
5.根据权利要求2所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述照度探测器的数量至少与感知区域内照明控制回路的数量相同，在每一个室内照明控制回路内至少设置一个照度探测器。
6.根据权利要求2所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述空气质量探测器模组的数量与感知区域内回风口的数量相同，在靠近每一个回风口的距地1.0～1.8米处设置一个空气质量探测器模组。
7.根据权利要求6所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述空气质量探测器模组包括甲醛探测器、二氧化碳探测器、苯探测器、pm2.5探测器、pm10探测器和总挥发有机物VOC探测器。
8.根据权利要求7所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述空气质量探测器模组还包括一氧化碳探测器、二氧化硫探测器、二氧化氮探测器和臭氧探测器在内的一种探测器或几种探测器的组合。
9.根据权利要求1所述的室内环境感知系统，其特征在于，所述环境感知单元还包括人员感应探测器，所述人员感应探测器采用包括红外、微波、微动在内的方式对探测区域的人员进行探测。
10.根据权利要求9所述的室内环境感知系统，其特征在于，在感知区域内的独立固定功能区内至少设置一个人员感应探测器，用于探测所述独立固定功能区是否有人员存在；在流动功能区至少设置两个人员感应探测器；一个设置于流动功能区的入口区域，用于计算进入流动功能区的人数，另一个设置于流动功能区的出口区域，用于计算离开流动功能区的人数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116755349A (zh) * 2023-08-21 2023-09-15 中国建筑设计研究院有限公司 一种基于物联网的智慧低碳办公系统

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GR01 Patent grant
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CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Chen Qi

Inventor after: Wang Hao

Inventor after: Shi Min

Inventor after: Gao Xuewen

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