基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统，在室内设有空调器和空气净化器及用于采集温湿度、二氧化碳、PM2.5、甲醛、挥发性有机物信息的传感器和布置在窗户上的窗磁传感器，电器能耗插座等，处理器将接收的室内温湿度、二氧化碳、PM2.5、甲醛、挥发性有机物及窗户开关状态和电器能耗数据通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列方式传输到Wifi模块或是zigbee模块后传至云服务器，云服务器将接收到的数据解密后进行可视化展示，在数据终端上实现数据的实时显示、即时下载。本实用新型专利技术可用于室内空气环境的长期监测与研究，为研究自然通风下门窗开关对于室内空气品质和能耗的影响提供基础数据。

Long term online monitoring system for indoor environment and energy consumption based on Internet of things technology

The long-term online monitoring system of the utility model discloses the indoor environment and energy consumption based on IOT technology, window air conditioner and magnetic sensor with air purifier and sensors and arranged to collect temperature and humidity, carbon dioxide, PM2.5, formaldehyde, volatile organic compounds of information in the window in the room, power socket, processor will receive the indoor temperature and humidity, carbon dioxide, PM2.5, formaldehyde, volatile organic compounds and the window switch state and electrical energy consumption data through quantitative simulation, digital communication, send pulse sequence transmitted to the Wifi module or ZigBee module is transferred to the cloud server, cloud server will receive the data after decryption visual display, real-time display the data in the data terminal instant download. The utility model can be used for long-term monitoring and research of indoor air environment, and provides basic data for studying the influence of door and window switch on indoor air quality and energy consumption under natural ventilation.

【技术实现步骤摘要】
基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统
本系统属于环境监测
，具体地说是集成室内环境多种污染物参数、门窗开关、能耗的监测系统。
技术介绍
随着人民生活水平的提高，对环境质量的要求也随之提高。中国环保部公布的2015年中国环境状况公报显示，我国有78.4％的城市环境空气质量超标。而室内污染同样严重，劣质建材和家居导致的室内装修污染，厨房油烟中含有的苯并芘、杂环胺等大量致癌物质严重威胁居民的生活健康。长期以来，我国居民利用自然通风来改善室内空气质量。而面对当今室内环境“内忧外患”的严重局面，如何进行有效地通风净化成为关键难题。依靠开窗通风解决室内空气污染却无法避免室外雾霾等的影响，很多居民通过采买空气净化器改善空气质量，而现在市面上较多的空气净化器主要针对PM2.5进行处理，而由于家具以及装修污染散发的甲醛、VOC最有效的去除方式却是开窗通风，因此，迫切需要提出一种科学有效的开窗模式。目前一般房间都使用单独的IAQ传感器，只能获取室内空气的即时状态，无法比较不同通风方案的优劣。传统设备的IAQ监测设备大多价格昂贵，体积较大，安装在家庭中务必会影响居民的日常生活。而摄像头等监测设备无疑会影响居民的生活隐私。
技术实现思路
本技术针对上述问题提出一种基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统。可系统监测不同通风形式下室内空气品质和能耗情况，可用于室内空气环境的长期监测与研究，为进一步研究自然通风下门窗开关对于室内空气品质和能耗的影响积累数据。为了解决上述技术问题，本技术提出的一种基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统，其中，在室内设有空调器和空气净化器，并包括有室内环境监测单元、窗户开关及电器功率监测单元和云服务器；所述室内环境监测单元包括布置在室内的温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物传感器、第一处理器和Wifi模块；所述窗户开关及电器功率监测单元包括布置在窗户上的窗磁传感器，电器能耗插座、第二处理器、zigbee模块和无线网关；所述电器能耗插座包括空调能耗传感器和空气净化器能耗传感器；所述第一处理器将接收布置在室内的温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物传感器采集到的数据通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列方式传输到Wifi模块，进而通过路由器传至所述云服务器，并将数据存储至所述云服务器的数据库中；所述第二处理器将所述窗磁传感器和能耗插座采集到的数据通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列方式传输到zigbee模块，进而依次通过无线网关和路由器件数据传至所述云服务器，并将数据存储至所述云服务器的数据库中；所述云服务器将接收到的数据解密后进行可视化展示，在数据终端上实现数据的实时显示、即时下载；若监测到由于断电、断网而导致数据丢失而不再进行实时推送时，系统发送邮件到指定邮箱提醒管理员及时查看用户设备即所有传感器的情况，并排出故障。在线监测过程中，所有传感器与云服务器之间实时推送心跳信号，以实时监测到用户设备(包括上述所有传感器和相关器件)的异常。与现有技术相比，本技术的有益效果是：可系统监测不同通风形式下室内空气品质和能耗情况、多模块集成服务、体积小巧、可实现长期在线监测、低成本、网络覆盖面广、组网灵活等。附图说明图1是本技术在线监测系统的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本技术进行解释说明，并不用以限制本技术。如图1所示，本技术提出的一种基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统，其中，在室内设有空调器和空气净化器和室内环境监测单元，并包括有窗户开关及电器功率监测单元和云服务器。所述室内环境监测单元包括布置在室内的第一处理器和Wifi模块。所述窗户开关及电器功率监测单元包括布置在窗户上的窗磁传感器，电器能耗插座、第二处理器、zigbee模块和无线网关；所述电器能耗插座包括空调能耗传感器和空气净化器能耗传感器。本技术的研发过程中，在住宅内的研究房间放置IAQ传感器(将上述温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物(VOC)传感器集成为一体化)，并选择合适布点，既能接近室内平均浓度又不影响人员的日常生活。在每扇可开启窗户上安装窗磁传感器。在空调和净化器电源处安装空调能耗插座(空调能耗传感器)和空气净化器能耗插座(空气净化器能耗传感器)。室外环境参数和气象数据可以通过公共网获取。所述的第一处理器、第二处理器均为一种单片机。所述第一处理器将接收布置在室内的温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物传感器采集到的数据通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列方式传输到Wifi模块，进而通过路由器传至所述云服务器，并将数据存储至所述云服务器的数据库中。所述第二处理器将所述窗磁传感器和能耗插座采集到的数据通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列方式传输到zigbee模块，进而依次通过无线网关和路由器件数据传至所述云服务器，并将数据存储至所述云服务器的数据库中。本技术中结合两种组网方式可以充分发挥各自的优点，其中，Zigbee功耗低，但是传输距离有限，对于窗户传感器这种安装位置分散、较难找到外接电源的传感器来说充分发挥了zigbee组网方式功耗低的优点，普通电池即可解决其用电问题。而传输距离有限的问题则通过合理的无线网关布置使窗户传感器处于有效的传输距离。Wifi协议传输方式覆盖范围较大，并且传输距离快。对于室内环境参数来说，多模块化的集成可将六种室内环境参数(温度、湿度、CO2浓度、PM2.5、甲醛、VOC)打包一起上传至云服务器。所述云服务器将接收到的数据解密后进行可视化展示，在数据终端上实现数据的实时显示、即时下载。在线监测过程中，所有传感器与云服务器之间实时推送心跳信号，以实时监测到用户设备的异常，若监测到由于断电、断网而导致数据丢失而不再进行实时推送时，系统发送邮件到指定邮箱提醒管理员及时查看用户设备即所有传感器的情况，并排出故障。综上，本技术的长期在线监测系统将温湿度传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、CO2传感器、VOC传感器以及窗磁传感器、能耗插座采集到的数据传到互联网云端(云服务器)进行初步的数据处理，可用于室内空气环境的长期监测与研究，为研究自然通风下门窗开关对于室内空气品质和能耗的影响提供基础数据。研究材料：利用本技术提出的监测系统通过采集我国五个气候区10个地区260户居民的实际开关窗行为、实时环境参数、空调和净化器的用电量，建立大样本量的数据库。分析不同室外污染物浓度下用户开关窗对于室内污染物浓度的实际影响以及通过各种手段(开关窗、开启空气净化器)改善室内空气品质所引起的能耗变化(通过监测空调和净化器的功率得到)，基于大数据的数据分析，通过频繁模式挖掘，采用聚类、分类等数据挖掘算法，得到我国居民常用的几种开窗模式和开启净化器的行为模型。并通过室内环境参数监测可得到不同室外浓度下开窗和开启空气净化器对室内浓度的实际影响，科学评估我国不同地区住宅的通风和空气净化器方式及相应地室内空气质量。通过前期的长期监测数据，比较开窗通风+房本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统，其中，在室内设有空调器和空气净化器，并包括有室内环境监测单元和云服务器，其特征在于，该在线监测系统还包括窗户开关及电器功率监测单元；所述室内环境监测单元包括布置在室内的温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物传感器、第一处理器和Wifi模块；所述窗户开关及电器功率监测单元包括布置在窗户上的窗磁传感器，电器能耗插座、第二处理器、zigbee模块和无线网关；所述电器能耗插座包括空调能耗传感器和空气净化器能耗传感器；所述第一处理器将接收布置在室内的温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物传感器采集到的数据通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列方式传输到Wifi模块，进而通过路由器传至所述云服务器，并将数据存储至所述云服务器的数据库中；所述第二处理器将所述窗磁传感器和能耗插座采集到的数据通过模拟量变送、数字通信、脉冲序列方式传输到zigbee模块，进而依次通过无线网关和路由器件数据传至所述云服务器，并将数据存储至所述云服务器的数据库中；所述云服务器将接收到的数据解密后进行可视化展示，在数据终端上实现数据的实时显示、即时下载。...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网技术的室内环境与能耗的长期在线监测系统，其中，在室内设有空调器和空气净化器，并包括有室内环境监测单元和云服务器，其特征在于，该在线监测系统还包括窗户开关及电器功率监测单元；所述室内环境监测单元包括布置在室内的温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物传感器、第一处理器和Wifi模块；所述窗户开关及电器功率监测单元包括布置在窗户上的窗磁传感器，电器能耗插座、第二处理器、zigbee模块和无线网关；所述电器能耗插座包括空调能耗传感器和空气净化器能耗传感器；所述第一处理器将接收布置在室内的温湿度传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、挥发性有机物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊杰，贾素素，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12