一種環(huán)境調控裝置的控制方法

楊雙國，張 瑜，張小波，郭紅利

（西安元智系統(tǒng)技術有限責任公司，陜西 西安 710077）

0 引 言

目前市場上的環(huán)境調控裝置功能單一，應用范圍較小。比如LED顯示屏用環(huán)境調控裝置，它只是控制LED顯示屏，沒有擴展功能，不能連接第三方設備，不能調控第三方設備的功能參數(shù)，只能應用于LED顯示屏控制領域，適用場景單一。有些環(huán)境調控裝置也能組網(wǎng)，但是需要借助外網(wǎng)，只能簡單傳輸開和關兩種狀態(tài)，如，智能全方位環(huán)境調控裝置，這種環(huán)境調控裝置與各種家電組網(wǎng)，全方位控制，但它只能借助家庭網(wǎng)絡，簡單的控制家用電器的開和關，應用單一，不能實現(xiàn)交互式遠程控制。

市場上還有一些環(huán)境調控裝置，多是控制器，需要集成到系統(tǒng)中與其他設備組成系統(tǒng)來進行專門的領域控制，不能獨立進行工作。此外，市場上的環(huán)境調控裝置類，基本都是專一用途的接口，還存在體積大、結構復雜，使用時需要通過接線的方式連接等缺點。為了解決現(xiàn)有技術的不足，本文提出了一種環(huán)境調控裝置的控制方法。實驗表明，所提環(huán)境調控裝置具有靈活性好、應用豐富、控制方便，安裝方便等優(yōu)點，在文博行業(yè)有著廣泛的應用前景。

1 系統(tǒng)設計

1.1 環(huán)境調控裝置

本文所述的環(huán)境調控裝置架構如圖1所示。

圖1 環(huán)境調控裝置架構

（1）功能單元包括指示單元、存儲單元、監(jiān)護單元、低電檢測單元和掉電檢測單元。指示單元通過LED燈對環(huán)境調控裝置自身的工作狀態(tài)進行指示；存儲單元用于網(wǎng)絡信號不好或者網(wǎng)絡故障時，對第三方設備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進行存儲；監(jiān)護單元包含看門狗定時器，用于設備異常時，對設備進行復位，監(jiān)護單元對所述環(huán)境調控裝置的工作狀態(tài)進行監(jiān)護；低電檢測單元對環(huán)境調控裝置自帶的電池電量進行檢測和預警；掉電檢測單元對外部市電進行檢測和告警；指示單元、存儲單元、監(jiān)護單元、低電檢測單元和掉電檢測單元分別與控制單元連接。

（2）接口單元包括USB接口單元、RS 485接口單元、RS 232接口單元、TTL接口單元、多網(wǎng)融合接口單元和預留接口單元，所述USB接口單元、RS 485接口單元、RS 232接口單元、TTL接口單元、多網(wǎng)融合接口單元和預留接口單元，分別與控制單元相連接。

1.2 控制方法

1.2.1 正向控制

環(huán)境調控裝置包括控制單元、射頻通信單元、接口單元、功能單元和電源管理單元?？刂茊卧獙Φ谌皆O備數(shù)據(jù)進行采集、存儲、預處理和傳輸。射頻通信單元接收所述控制單元采集和預處理的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)封裝成通信數(shù)據(jù)包（包括包頭識別信息、包頭序列號、第三方設備的數(shù)據(jù)信息、第三方設備的狀態(tài)信息、以及市電狀態(tài)、時間信息和校驗碼），通過LoRa網(wǎng)絡上傳至網(wǎng)關。接口單元包括多個接口單元，可根據(jù)本地第三方設備的通信接口方式進行連接。功能單元對所述環(huán)境調控裝置自身的工作狀態(tài)進行指示、監(jiān)護和供電監(jiān)測，并對第三方設備數(shù)據(jù)和第三方設備狀態(tài)信息進行存儲。電源管理單元為整個控制過程提供電源，其自身的電池可以起到續(xù)航的功能，且電池電量不足時，會向遠程終端發(fā)出報警信息。

1.2.2 反向控制

用戶遠程通過電腦或手機終端設置第三方設備自身狀態(tài)參數(shù)命令，所述命令通過無線網(wǎng)絡到達網(wǎng)關，網(wǎng)關將命令通過LoRa網(wǎng)絡從環(huán)境調控裝置的射頻通信單元傳送給控制單元?？刂茊卧獙γ钸M行解析，解析完成后，控制單元通過接口單元和第三方設備進行通信，將命令中的參數(shù)通過接口單元傳給第三方設備。第三方設備收到命令參數(shù)后，進行自身參數(shù)的更改，然后按照新命令運行。在此控制過程中，電源管理單元為整個控制過程提供電源，功能單元中的指示單元可以指示環(huán)境調控裝置的工作狀態(tài)，監(jiān)護單元對環(huán)境調控裝置進行監(jiān)護，確保整個控制過程順利進行，低電檢測單元對電池的電壓進行檢測，掉電檢測單元檢測此過程有無市電供應，確保供電充足，供電不足時進行遠程告警。

2 環(huán)境調控裝置及其控制方法應用于博物館展柜的恒濕機

以下為本文的環(huán)境調控裝置對博物館展柜恒濕機的控制方法。

2.1 正向控制

如圖2所示的本文的環(huán)境調控裝置對博物館展柜恒濕機的控制圖。其中，恒濕機通過對博物館展柜內(nèi)濕度調節(jié)，可以控制博物館展柜中有效的、不間斷的及溫和無突變的濕度。恒濕機和環(huán)境調控裝置安裝在文物展柜的底部。環(huán)境調控裝置安裝在恒濕機的上面或側面。恒濕機通過RS 485接口和環(huán)境調控裝置連接，恒濕機自身的濕度參數(shù)和其狀態(tài)信息（如：加水箱缺水和排水箱水滿告警，硬件故障（如風扇壞）停機等）通過RS 485接口傳送給環(huán)境調控裝置的控制單元；控制單元將恒濕機自身的濕度參數(shù)和其狀態(tài)信息以及展柜內(nèi)目前的濕度數(shù)據(jù)，傳給射頻通信單元；射頻通信單元將接收的恒濕機自身的濕度參數(shù)和其狀態(tài)信息以及展柜內(nèi)目前的濕度數(shù)據(jù)封裝成通訊數(shù)據(jù)包，建立好LoRa網(wǎng)絡，上傳至網(wǎng)關，網(wǎng)關通過以太網(wǎng)、WiFi或者GPRS等傳送給遠程的電腦或手機終端。用戶在任何有網(wǎng)絡的地方就可以查看展柜內(nèi)目前的濕度和恒濕機工作的狀態(tài)信息、濕度過大或過小報警信息，以及恒濕機各種狀態(tài)異常報警等信息，方便用戶查看并及時采取相應的控制措施。

圖2 博物館展柜環(huán)境調控裝置

2.2 反向控制

由于打開貴重文物展柜需要好幾個部門同時在場，手續(xù)繁瑣，而且現(xiàn)場維護也很費時間，因此，本文的環(huán)境調控裝置對博物館展柜恒濕機進行了遠程反向控制，具體方法如下：由于每個文物需要保存的濕度是不一樣的，在此可以在遠程通過電腦或手機設置展柜內(nèi)的濕度參數(shù)命令，設置好后，命令首先通過以太網(wǎng)、WiFi或者GPRS等到達網(wǎng)關，網(wǎng)關再將命令通過LoRa網(wǎng)絡傳給環(huán)境調控裝置，環(huán)境調控裝置通過接口單元控制第三方恒濕機對博物館展柜的濕度進行控制。

實際操作過程中，用戶通過登錄電腦或手機的客戶端軟件，或者可以直接通過瀏覽器打開特定的網(wǎng)址，在客戶端或者網(wǎng)頁的界面上點擊相應的功能按鈕，設置相關控制數(shù)據(jù)。比如將展柜的恒濕機目標濕度設為50%，點擊確定，該命令就會通過以太網(wǎng)、WiFi或者GPRS等到達網(wǎng)關，網(wǎng)關將命令通過LoRa網(wǎng)絡從環(huán)境調控裝置的射頻通信單元傳送給控制單元，控制單元對命令進行解析，解析完成后，控制單元通過接口單元和博物館展柜恒濕機進行通信，將命令中的參數(shù)通過接口單元傳給博物館展柜恒濕機，博物館展柜恒濕機收到命令參數(shù)后，進行自身參數(shù)的更改，然后按照新命令運行。這樣就可以達到對博物館展柜恒濕機的遠程控制。

3 結 語

本文所設計的環(huán)境調控裝置可以集成到第三方設備的外部或內(nèi)部，并考慮了目前市場上調控類設備的接口，且預留了后期會出現(xiàn)的接口，可以對市場上出現(xiàn)的第三方主流設備進行雙向調控。實驗表明，該調控方法能方便有效的對第三方設備進行聯(lián)網(wǎng)管理。