一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)

任偉

摘 要：隨著人工智能時(shí)代的來臨，結(jié)合智慧城市建設(shè)，智能建筑迎來了發(fā)展的高潮;國(guó)家政策的支持、行業(yè)巨大的潛力、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)與應(yīng)用，為人們解決建筑的智能化問題奠定了很好的基礎(chǔ)。目前建筑室內(nèi)空氣監(jiān)控系統(tǒng)智能化水平較低，不能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境參數(shù)做出智能化監(jiān)控，操作維護(hù)不便。為了解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)，用于智能建筑室內(nèi)安裝，可以在空氣質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，營(yíng)造智能舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境。

關(guān)鍵詞：建筑室內(nèi);人工智能;空氣監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TU834.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

智能建筑是以建筑物為平臺(tái)，基于對(duì)各類智能化信息的綜合應(yīng)用，集架構(gòu)、裝置、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展功能環(huán)境的建筑。

2018年10月，隨著華為發(fā)布《AI戰(zhàn)略和全棧全場(chǎng)景解決方案》，這意味著人工智能加快了落地，這種落地是深入人們的生活，影響各行各業(yè)的。智能建筑就是人工智能應(yīng)用的一個(gè)重要方面。建筑結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑智能化，增強(qiáng)人們的居住體驗(yàn)，有利于節(jié)能減排，有效提高便利性、安全性和舒適性。

2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

中投顧問對(duì)2018-2022年中國(guó)智能建筑行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模做了預(yù)測(cè)，2018年我國(guó)智能建筑行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3168億元，未來五年（2018-2022）年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為15.24%，2022年將達(dá)到5587億元。

從預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來看，智能建筑行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅饕蚴切录夹g(shù)快速發(fā)展與應(yīng)用引領(lǐng)了智能建筑行業(yè)的大發(fā)展，同時(shí)在人工智能大時(shí)代背景下，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在城市建筑中的全面應(yīng)用，智能建筑行業(yè)必將迎來全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的建筑不能滿足智能化、信息化、個(gè)性化和網(wǎng)絡(luò)化要求，形成了一個(gè)個(gè)信息孤島，為了消滅孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通，智能建筑行業(yè)迎來了深度改造，這種改造是具有時(shí)代背景和意義的，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，政府政策的大力支持，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2015年3月8日發(fā)布《GB 50314-2015 智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，2017年4月11日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《JGJ/T417-2017建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，自2017年10月1日起實(shí)施。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的出臺(tái)規(guī)范了建筑智能化系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作，提高建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)行效率和管理質(zhì)量。

其次，國(guó)家大力發(fā)展智慧城市建設(shè)，而智能建筑是智慧城市建設(shè)的主體內(nèi)容之一。智能建筑主要包括工業(yè)建筑，公共建筑，交通建筑，商業(yè)建筑，住宅建筑等，涉及人們的衣食住行的各個(gè)方面。智慧城市是一個(gè)長(zhǎng)期的建設(shè)目標(biāo)，因?yàn)榧夹g(shù)在不斷進(jìn)步，智慧城市建設(shè)會(huì)隨著新技術(shù)的應(yīng)用不斷的升級(jí)改造，而作為智慧城市主體內(nèi)容的智能建筑建設(shè)的步伐也一直不會(huì)停歇。

再次，智能建筑發(fā)展前景廣闊，主要體現(xiàn)在人工智能的加持下，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下，結(jié)合云計(jì)算和大數(shù)據(jù)，現(xiàn)代智能建筑煥發(fā)了全新的生命。越來越多的人們關(guān)注智能建筑，這其中包括運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、集成商，及相應(yīng)服務(wù)提供商，也包括技術(shù)開發(fā)者、研究者等等。

更有很多實(shí)力雄厚的巨頭企業(yè)關(guān)注智慧城市建設(shè)和智能建筑，例如華為等。

統(tǒng)計(jì)近年來的專利數(shù)據(jù)可以看到，從789個(gè)關(guān)于智能建筑的專利來看，2016年公開了93個(gè)，2017年公開了174個(gè)，2018年公開了290個(gè)，呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，從國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專業(yè)分析中，可以發(fā)現(xiàn)關(guān)于智能建筑的專利以發(fā)明專利為主，占到61.28%，說明了智能建筑技術(shù)的開拓性和創(chuàng)新性進(jìn)步。

從專利的技術(shù)構(gòu)成來看，21.63%集中在H04電通信方面，體現(xiàn)了通信技術(shù)在智能建筑中的重要性，也說明智能建筑的這次大發(fā)展是以通信技術(shù)作為一個(gè)重要的切入點(diǎn);其次是關(guān)于控制、調(diào)節(jié)方面的專利，而關(guān)于智能建筑供熱、通風(fēng)方面的F24占到了6.34%，智能建筑的建設(shè)無論是哪個(gè)方面今后都要涉及到物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等等新技術(shù)，而這些新技術(shù)的應(yīng)用需要滿足智能化、個(gè)性化要求，實(shí)現(xiàn)有效的信息數(shù)據(jù)傳輸，所以在設(shè)計(jì)一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)候，充分考慮了新技術(shù)應(yīng)用，同時(shí)考慮了實(shí)際需求。個(gè)人家庭的空氣質(zhì)量監(jiān)控，為了節(jié)約成本，體現(xiàn)實(shí)用性，以人工智能技術(shù)為主要側(cè)重點(diǎn)。

最后，我們應(yīng)該清醒認(rèn)識(shí)到，我國(guó)智能建筑的不足。我國(guó)的智能建筑還處于初期發(fā)展階段，還存在著諸多問題，主要表現(xiàn)發(fā)展水平相對(duì)落后、工程質(zhì)量不高、智能建筑普及速度慢、缺乏個(gè)性化、缺少支柱企業(yè)、行業(yè)需求得不到滿足、智能化水平不高等問題。

3 存在的問題及原因

傳統(tǒng)的建筑室內(nèi)空氣監(jiān)控系統(tǒng)主要是采用通風(fēng)裝置，對(duì)于室內(nèi)空氣的監(jiān)控采用孤立的采集設(shè)備來實(shí)現(xiàn)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，再利用排風(fēng)機(jī)、空調(diào)、空氣凈化器等設(shè)備的人工操作實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的換氣通風(fēng)等，達(dá)到對(duì)于空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)，用戶不能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控掌握室內(nèi)空氣環(huán)境參數(shù)，也沒有辦法實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)智能記憶調(diào)節(jié)功能，智能化水平較低，能耗較高，功能單一，操作復(fù)雜，不易于維護(hù)。目前，缺失一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)τ谑覂?nèi)環(huán)境參數(shù)做出智能化監(jiān)控。

主要的原因有三個(gè)：第一是成本原因，普通用戶出于成本考慮;第二是出于人們的意識(shí)還沒有轉(zhuǎn)變，對(duì)于智能建筑不夠重視;第三是工程技術(shù)和施工水平所限。隨著國(guó)家大力的推動(dòng)，以及智能建筑企業(yè)的快速成長(zhǎng)，工程設(shè)計(jì)、施工水平的提升，這三個(gè)問題會(huì)得到逐步解決。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)可以用于智能建筑室內(nèi)，可以在空氣質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，營(yíng)造智能舒適的室內(nèi)環(huán)境。系統(tǒng)裝置無論在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和環(huán)保上都是完全可行的。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)，包括兩部分：?jiǎn)卧O(jiān)控總機(jī)和房間裝置。單元監(jiān)控總機(jī)包括人工智能控制器、顯示控制終端、人機(jī)交互裝置、狀態(tài)燈和電源;房間裝置包括房間連接裝置、自適應(yīng)模糊控制器、電子測(cè)量裝置、空氣凈化執(zhí)行裝置。

（1）單元監(jiān)控總機(jī)安裝在建筑單元室內(nèi)大門口，用于智能完成各個(gè)房間的空氣質(zhì)量監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、人機(jī)交互功能;

人工智能控制器裝有控制芯片，控制芯片采用STM32F103，通過控制芯片存儲(chǔ)、管理和控制不同房間的空氣凈化執(zhí)行裝置;顯示控制終端連接到人工智能控制器，采用4.3寸電容觸摸屏，用于顯示、設(shè)置空氣質(zhì)量參數(shù)，監(jiān)控整個(gè)裝置的運(yùn)行狀況和參數(shù)，可以通過觸摸屏調(diào)整工作參數(shù);人機(jī)交互裝置連接到人工智能控制器，提供計(jì)算機(jī)接口和通信模塊，計(jì)算機(jī)接口用于安裝時(shí)程序的輸入、調(diào)試及故障診斷，通過通信模塊接收手機(jī)遙控信號(hào)實(shí)現(xiàn)手機(jī)遙控開關(guān)，采用USB接口，通信模塊采用紅外遙控和wifi無線網(wǎng)絡(luò)遙控方式;電源連接到人工智能控制器，用于供給整個(gè)裝置電能，采用多路開關(guān)電源，包括交流220V和直流12V、5V、3.3V三路輸出;狀態(tài)燈連接到人工智能控制器，采用LED發(fā)光二極管，可顯示紅色和綠色，用于空氣質(zhì)量較差時(shí)亮起紅燈，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)時(shí)亮起綠燈，狀態(tài)燈亮起紅燈時(shí)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，亮起綠燈時(shí)裝置自動(dòng)待機(jī)，低功耗運(yùn)行。

（2）房間裝置安裝在建筑單元室內(nèi)各個(gè)房間，用于實(shí)時(shí)采集空氣質(zhì)量參數(shù)，智能控制空氣凈化執(zhí)行裝置，受單元監(jiān)控總機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)房間空氣凈化;

房間連接裝置連接到人工智能控制器，受人工智能控制器和自適應(yīng)模糊控制器的控制，采用帶光耦隔離的繼電器，用于控制空氣凈化執(zhí)行裝置的運(yùn)行狀態(tài);人工智能控制器和自適應(yīng)模糊控制器至少一個(gè)發(fā)出控制信號(hào)來控制房間連接裝置的通斷狀態(tài)，房間連接裝置的通斷狀態(tài)控制空氣凈化執(zhí)行裝置的電源，房間連接裝置處于通的狀態(tài)時(shí)空氣凈化執(zhí)行裝置運(yùn)行;自適應(yīng)模糊控制器連接到電子測(cè)量裝置和房間連接裝置，通過房間連接裝置受人工智能控制器的控制，裝有信號(hào)處理芯片，具有人工智能功能，可以根據(jù)電子測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)到的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析處理，通過房間連接裝置控制空氣凈化執(zhí)行裝置的運(yùn)行狀態(tài);電子測(cè)量裝置連接到自適應(yīng)模糊控制器和空氣凈化執(zhí)行裝置，包括空氣質(zhì)量檢測(cè)用傳感器，主要是電化學(xué)傳感器、煙霧氣體傳感器、PM2.5激光傳感器，用于檢測(cè)甲醛、苯、TVOC、PM2.5和煙霧燃?xì)獾扔泻怏w，電子測(cè)量裝置可以實(shí)時(shí)測(cè)量空氣凈化執(zhí)行裝置的運(yùn)行狀態(tài);空氣凈化執(zhí)行裝置連接到電子測(cè)量裝置和房間連接裝置，裝有多層過濾網(wǎng)和離心風(fēng)機(jī)，用于空氣凈化的作用。

5 實(shí)施應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，單元監(jiān)控主機(jī)安裝在建筑室內(nèi)單元門口，用于監(jiān)控單元所有房間。由于建筑室內(nèi)單元往往是多房間的，所以每一個(gè)房間單獨(dú)安裝房間裝置。房間裝置可以通過兩種方式連入單元監(jiān)控總機(jī)：有線方式采用普通的網(wǎng)線接口，采用RJ-45連接頭，安裝維護(hù)方便;無線方式可以通過wifi連入，方便利用家庭或者辦公場(chǎng)所的wifi接入。同時(shí)單元監(jiān)控主機(jī)與房間裝置，都可以通過手機(jī)直接遙控，或者通過紅外遙控器遙控。在設(shè)計(jì)施工過程中要符合《GB50311-2016綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《GB50312-2016綜合布線系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》。

安裝好設(shè)備以后要進(jìn)行設(shè)備調(diào)試：

第一步，設(shè)備通電、初始化和自檢。單元監(jiān)控主機(jī)電源提示燈亮，即狀態(tài)燈綠燈亮，系統(tǒng)進(jìn)行初始化和自檢，如果采用wifi模式，請(qǐng)確保wifi打開，進(jìn)入設(shè)置界面，選擇wifi進(jìn)行連接，如果采用有線模式，則開機(jī)初始化和自檢以后無需其他操作。系統(tǒng)屏幕會(huì)5分鐘以后自動(dòng)關(guān)閉，單元監(jiān)控主機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。期間通過顯示控制終端屏幕，我們可以看到初始化和自檢情況，如果設(shè)備有異常，會(huì)有報(bào)警提示。

第二步，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。通過觸摸屏，修改空氣質(zhì)量參數(shù)的閾值，空氣質(zhì)量滿足在最大和最小閾值之間時(shí)系統(tǒng)待機(jī);一旦低于最小值，高于最大值，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)智能啟動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣。如果不進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)會(huì)采用默認(rèn)的閾值。

需要說明的是企業(yè)辦公場(chǎng)所無線連接時(shí)，最好在各個(gè)房間安裝中繼路由，保證信號(hào)連接質(zhì)量，如果每個(gè)房間wifi不一致，需要各房間的路由進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)多個(gè)wifi無縫切換連接。

6 結(jié)論

一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)性能實(shí)用完善，成本低、可靠性高。一種建筑室內(nèi)用人工智能空氣監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)智能化室內(nèi)空氣的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)代替人工來及時(shí)和有效的改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。本系統(tǒng)可以用于智能建筑室內(nèi)安裝，可以空氣質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，營(yíng)造智能舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境，無論在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和環(huán)保上都是完全可行的。

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