建筑室內(nèi)綜合環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎闞英男 趙華清 朱偉亮 李曉 季修順

隨著智能建筑的日益發(fā)展，建筑室內(nèi)的多種環(huán)境參數(shù)逐漸被人們重視并采用多種方法進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，用于評估和分析室內(nèi)環(huán)境狀況等。通常檢測的參數(shù)包括溫度、濕度、二氧化碳?xì)怏w濃度、甲醛濃度、甲烷濃度、光照度等，通過使用多種傳感器，可以有效地將物理模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，便于數(shù)據(jù)的分析、存儲和傳輸?shù)?。本文設(shè)計(jì)了建筑室內(nèi)綜合環(huán)境檢測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)低成本的參數(shù)檢測功能，研究成果具有一定的工程參考價(jià)值和潛在的商業(yè)價(jià)值。

引言：建筑室內(nèi)綜合環(huán)境檢測主要包括溫度、濕度、光照度、有害氣體檢測等方面，對建筑室內(nèi)的多種環(huán)境要素進(jìn)行量化、采集測量及控制，通過精準(zhǔn)的要素采集測量和控制，是建筑實(shí)現(xiàn)智能化的前提之一，也是改善人們生活和工作環(huán)境的重要前提，是近年來的國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

目前，基于傳感器進(jìn)行環(huán)境各項(xiàng)要素檢測是國內(nèi)外較為先進(jìn)的方法，通過智能化控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，可以有效地對室內(nèi)環(huán)境的各個(gè)要素進(jìn)行檢測。因此，使用傳感器研制的建筑室內(nèi)綜合環(huán)境檢測系統(tǒng)是本文的主要內(nèi)容。

通過研制無線通信電路，可以在建筑室內(nèi)一定區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)無線檢測節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以對上述各個(gè)要素進(jìn)行檢測，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式與嵌入式無線控制終端進(jìn)行通信，再由嵌入式無線控制終端與互聯(lián)網(wǎng)相連，可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問建筑內(nèi)的環(huán)境參數(shù)的功能。

設(shè)計(jì)的建筑室內(nèi)綜合環(huán)境檢測系統(tǒng)，可以有效地實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)，采集的數(shù)據(jù)既可以用于建筑室內(nèi)的環(huán)境改善，也可以作為建筑室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控裝置，對溫濕度超標(biāo)、危險(xiǎn)氣體濃度過高等做出預(yù)警，因此具有重要的研究價(jià)值。

一、系統(tǒng)功能概述

檢測系統(tǒng)主要檢測四個(gè)方面的建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，包括建筑室內(nèi)的溫度、濕度、光照度和危險(xiǎn)氣體濃度。檢測和監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境溫度，可以有效地評估室內(nèi)的舒適程度，用于其他智能建筑的自動化系統(tǒng)聯(lián)動，例如空調(diào)系統(tǒng)或取暖系統(tǒng)等。室內(nèi)環(huán)境濕度的檢測可以聯(lián)動加濕器或抽濕機(jī)等設(shè)備。室內(nèi)光照度的檢測可以聯(lián)動自動窗簾系統(tǒng)、自動LED照明燈具的亮度控制等智能化系統(tǒng)。室內(nèi)危險(xiǎn)氣體通常包含三個(gè)方面，第一是一氧化碳?xì)怏w濃度，室內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度升高會導(dǎo)致室內(nèi)人員不舒適甚至中毒的現(xiàn)象，第二是甲烷氣體，天然氣泄漏等情況會導(dǎo)致室內(nèi)甲烷氣體濃度過高，進(jìn)而導(dǎo)致爆炸的事故，第三是二氧化碳?xì)怏w濃度，室內(nèi)二氧化碳濃度過高會導(dǎo)致人們困乏等現(xiàn)象。因此室內(nèi)的多種氣體均需要進(jìn)行有效實(shí)時(shí)的檢測，便于優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境、避免事故等。當(dāng)檢測的具體氣體濃度升高到預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)可以進(jìn)行報(bào)警，從而避免惡性事故的發(fā)生。能夠?qū)崿F(xiàn)智能化環(huán)境參數(shù)檢測的建筑，可以有效地提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而提升建筑本身的商業(yè)價(jià)值，因此檢測系統(tǒng)的研究是十分重要的。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，系統(tǒng)中包含多個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)，每個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)都具有多種環(huán)境參數(shù)的檢測能力，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過集成的無線模塊，可以進(jìn)行無線通信，和嵌入式控制終端進(jìn)行通信，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線的方式傳輸給嵌入式控制終端。另一方面，嵌入式控制終端可以將數(shù)據(jù)發(fā)布給計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦等。

三、節(jié)點(diǎn)電路的研制

檢測系統(tǒng)中包含多個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)υ搮^(qū)域的溫濕度、光照度、有害氣體濃度等信息進(jìn)行檢測，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路可以主要分為四個(gè)部分：1.供電電路：檢測儀應(yīng)具備市電直接供電和電池供電兩種方式。2.主控制器電路：綜合考慮處理能力、片上資源、穩(wěn)定性、價(jià)格等要素后，選取適當(dāng)?shù)闹骺匦酒⑼瓿芍骺刂破麟娐?，還包含顯示、串口通信、鍵盤等電路。3.傳感器電路：完成溫濕度、光照度、有害氣體濃度傳感器電路。4.無線通信電路：包括射頻通信電路，例如在測量有害氣體濃度的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)地傳輸氣體濃度信息和位置信息至上位機(jī)。

結(jié)論：本文設(shè)計(jì)了建筑室內(nèi)綜合環(huán)境檢測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)低成本的環(huán)境參數(shù)檢測功能，檢測參數(shù)包括室內(nèi)溫度、濕度、甲烷氣體濃度和光照度。檢測節(jié)點(diǎn)集成了無線通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)無線通信功能，研究內(nèi)容即具有科研價(jià)值，也具有一定的商業(yè)價(jià)值。