居住建筑室内环境监测与健康等级评价物联网系统技术方案

一种居住建筑室内环境监测与健康等级评价物联网系统，属于居住建筑室内环境检测技术及信息通讯技术领域。其特征是利用数据采集模块实时采集室内各功能房间环境参数，综合分析室内环境各参数对人体健康的影响权重及健康危险等级；并给出改善相应环境状况的专家意见及策略。同时构建物联网实时数据监测系统，不仅能够及时将数据传输到用户显示终端及远程中央服务系统，而且可作为基础科研数据以及政府相关部门的决策依据。本发明专利技术的效果和益处是解决了以单一参数实时表征室内环境的不科学性，能够同时实现居住环境室内综合评价参数实时监测及用户移动终端同步查讯对比结果，并获得有效改善环境的建议及措施；应用面广，普及率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于居住建筑室内环境检测技术及信息通信
，涉及到一种通过物联网系统的构筑，同时实现居住建筑各功能房间室内外九种环境参数的实时监测、数据实时采集、数据集总运算处理、室内健康环境等级评价以及室内环境改善策略和专家建议。
技术介绍
在进一步降低建筑能耗的同时，营造健康的居住环境是保障和改善民生的重要举措。相关研究表明人的一生约2/3的时间是在室内度过的，室内环境质量的优劣对人体的健康影响起到主导作用，经毒理学、临床医学等学科研究发现，室内污染物与居民多发疾病如哮喘等有密切的关联，如何对室内环境的健康状况进行有效的监测评估及预警改善是目前亟待解决的问题。经检索发现，专利号CN103278192A公开了一种基于ZigBee技术的建筑室内温湿度检测系统及方法，其主要特点是：采用多个传感器测量室内相对湿度，采用支持ZigBee技术的CC2530无线处理器作为主控芯片形成温湿度传感器节点，具有无需通信连线、组网方便、高精度及实时显示功能；由于该技术仅仅对室内的温湿度进行监控，因此，难以表征其它污染物对室内环境健康性能的影响。专利号CN102682576A公开了一种基于无线传感的智能室内环境监测系统，其主要特点是：对室内卧室的致病、致癌、致死风险的有毒气体进行检测，主结点单片机存储数据信息，并对数据信息处理分析，将处理分析结果传输给显示报警终端，在环境条件异常时发出报警信息。该技术仅对卧室内的有毒气体污染物进行检测，但部分气体虽不是有毒气体但浓度累计到一定的程度也会对人体的健康产生影响如二氧化碳，同时也存在以部分参数表征整体室内环境健康性能的弊端。专利号CN103529776A介绍了一种室内环境检测系统监测方法，利用绿色建筑环境管理模块与空气环境检测采集器对接实时监测空气质量数据，自动调节改善室内空气质量，生成空气质量报告；利用空调系统执行温湿度调节指令，对室内环境空气质量的监测与改善提供了较好的控制。该技术未对室内的功能房间进行划分，监测点的布置位置对参数监测的准确性是有很大的影响的，不同功能房间的主污染物及污染程度是不一致的。专利号CN103529776A公开了一种智能家居微环境检测控制系统，根据所检测到的室内温度、湿度、气体，控制电器控制机启动室内电器进行工作，并向预设手机发送报警短信，该技术辅助了控制调节设备，但不是所有住户家内都有相应的电器设备，不利于技术的推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种居住建筑室内环境监测与健康等级评价物联网系统，实时监测室内外各环境参数对人体健康的影响，综合分析居住建筑室内环境状况及健康危险等级评价，并给出改善相应环境状况的专家意见及调控措施；同时构建物联网监测系统，及时上传监测参数至数据库，作为基础科研数据及政府相关部门决策依据。解决居住建筑室内健康环境评价方法不完善、室内空气质量调控方法不健全的实际问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：如图1所示，整个物联网系统分为三层结构，底层为Zigbee子网，其采用Zigbee无线通信实现传感器数据传输；中间层为数据采集网关，其实现Zigbee网络与以太网之间的通信转换；上层为云服务器和客户端，中间层的数据采集网关通过路由器接入Internet网络，进而将所采集的数据上传到云服务器，云服务器完成数据的分析、计算及健康等级的评价，而PC客户端和移动客户端则通过Internet访问云服务器，从而浏览建筑室内环境的监测数据。一个Zigbee子网实现了一个或多个房间的环境监测，综合采集室内的温度、相对湿度、空气流速、PM2.5浓度、CO2浓度、CO浓度、甲醛浓度、光照度、噪声等环境参数，各传感器通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列等方式将其信号或数据传输到Zigbee模块。Zigbee模块完成传感器信号的模数转换及量程变换(或直接读取传感器数据)，然后将通过Zigbee无线通信将所获得的传感器数据传送到数据网关。在一个Zigbee子网中，设计支持64个传感器节点，对于离数据采集网关较远的传感器节点，通过Zigbee通信中继器增强数据传输能力。一个数据采集网关对应一个Zigbee子网，其包括数据采集器和Zigbee模块两部分。由于Zigbee模块同时支持Zigbee无线通信和RS485通信，进而实现两者之间的通信转换；数据采集器通过RS485通信从Zigbee模块中读取现场环境监测数据，并进一步转换为以太网通信方式，进行数据上传。数据采集器是基于M-SCM9022嵌入式工控模块硬件平台开发。多个数据采集网关对一层楼或多层楼的环境数据进行采集，最终通过同一个路由器接入Internet网络，不同建筑则需通过不同的路由器接入到Internet网络。云服务器通过Internet网络获取不同地域、不同建筑的环境监测数据，进而完成数据的实时显示、存储、分析、计算、健康等级和污染危害度的评估。PC客户端和移动客户端对云服务器的访问亦通过Internet网络完成。一个Zigbee模块(如图2所示)通过模拟量输入、脉冲量输入、I2C接口、SPI接口、UART接口同时采集多个传感器信号，且传感器采用模拟量或脉冲变送输出，或采用直接数字输出，为外部传感器的选择提供了方便。本专利技术的效果和益处是：1、综合考虑了居住建筑室内环境对人体健康影响的物理参数及各功能房间的特殊性来评价环境对人体的健康风险。本专利技术室内环境健康性能检测分析仪能够以多参数多空间对室内环境进行检测分析，避免了以单一参数来表征室内环境的不严谨性，全面有效地了解室内污染物浓度及空间分布。2、利用室内环境综合表征参数评价居住室内健康风险等级，不仅能够实时显示室内环境参数实际值，还能够对环境的健康风险进行评价及给出等级标识，当出现健康风险时，检测系统将给出环境质量改善措施的专家建议。3、实时检测数据不仅在测试现场实时显示，还能通过数据传输通信系统，将数据传输到中央服务器端，在检测中心实时监控，为建立不同城市或地区的室内环境健康性能检测网和数据库提供了技术手段。附图说明图1是居住建筑室内环境监测与健康等级评价物联网系统网络结构框图。图2是Zigbee模块硬件设计原理框图。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。如图1所示，将测试参数(如温湿度、空气流速、照度、噪声、PM2.5、CO2、甲醛、TVOC浓度)的传感器与ZigBee无线传输模块集合成一个固定的数据监测终端模块，在室内各功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种居住建筑室内环境监测与健康等级评价物联网系统，其特征在于：整个物联网系统分为三层结构，底层为Zigbee子网，其采用Zigbee无线通信实现传感器数据传输；中间层为数据采集网关，其实现Zigbee网络与以太网之间的通信转换；上层为云服务器和客户端，中间层的数据采集网关通过路由器接入Internet网络，进而将所采集的数据上传到云服务器，云服务器完成数据的分析、计算及健康等级的评价，而PC客户端和移动客户端通过Internet访问云服务器，从而浏览建筑室内环境的监测数据。

【技术特征摘要】
1.一种居住建筑室内环境监测与健康等级评价物联网系统，其特征在于：
整个物联网系统分为三层结构，底层为Zigbee子网，其采用Zigbee无线通信实
现传感器数据传输；中间层为数据采集网关，其实现Zigbee网络与以太网之间
的通信转换；上层为云服务器和客户端，中间层的数据采集网关通过路由器接
入Internet网络，进而将所采集的数据上传到云服务器，云服务器完成数据的分
析、计算及健康等级的评价，而PC客户端和移动客户端通过Internet访问云服
务器，从而浏览建筑室内环境的监测数据。
2.根据权利要求1所述的一种居住建筑室内环境监测与健康等级评价物联
网系统，其特征在于：一个Zigbee子网实现了一个或多个房间的环境监测，综
合采集室内的温度、相对湿度、空气流速、PM2.5浓度、CO2浓度、CO浓度、
甲醛浓度、光照度、噪声等环境参数，各传感器通过模拟量变送、数字通信、
脉冲序列等方式将其信号或数据传输到Zigbee模块；Zigbee模块完成传感器信
号的模数转换及量程变换，或直接读取传感器数据，然后将通过Zigbee无线通
信将所获得的传感器数据传送到数据网关；在一个Zigbee子网中，设计支持64
个传感器节点，对于离数据采集网关较远的传感器节点，通过Zigbee通信中继
器增强数据传输能力。
3.根据权利要求1所述的一种居住建筑室内环境监测与健康...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈滨，李卓函，张雪研，周敏，陈宇，朱元彬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21