【摘 要】本文探討了大型建筑健康節(jié)能智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)如WSN、專家系統(tǒng)技術(shù)等，并結(jié)合具體系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)例分析

【關(guān)鍵詞】大型建筑 WSN 專家系統(tǒng)

“時(shí)尚的生活就是依靠科技降低成本，創(chuàng)造高舒適度的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)科技以人為本。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2020年，我國(guó)新建的大型建筑面積約100億平方米，如果這些建筑全部達(dá)到健康節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，每年可以節(jié)約3.35億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；空調(diào)高峰負(fù)荷可減少8000萬(wàn)千瓦，舒適節(jié)能的大型科技建筑，不僅帶來小環(huán)境的舒適，也減少了對(duì)大環(huán)境的污染和破壞，而城市環(huán)境氣候得到有效改善才是人們高質(zhì)量生活的基礎(chǔ)。

在大型公共場(chǎng)所的活動(dòng)環(huán)境是否節(jié)能和健康往往被人們所忽略，二氧化碳傳感器在大型建筑通風(fēng)控制中非常重要。 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)二氧化碳（CO2）的濃度和通風(fēng)率之間有著密切的關(guān)系。無論是在空間內(nèi)，人多或是少的情況下，此系統(tǒng)能有效地節(jié)約寶貴的能源和保持室內(nèi)良好的空氣品質(zhì)。

首先介紹一下HVAC，HVAC代表加熱、通風(fēng)和空調(diào)，而IAQ代表室內(nèi)空氣質(zhì)量。為保持能量損耗低，使用幾乎封閉的加熱和空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)室內(nèi)人數(shù)或由于其它活動(dòng)（例如用氣體烹調(diào)），空氣質(zhì)量下降，這可以通過測(cè)量CO2的水平來檢查。缺乏適當(dāng)通風(fēng)常常與其它污染物的聚集有關(guān)，這些污染物對(duì)建筑物居民或車輛或其它封閉區(qū)域的人可能更危險(xiǎn)的影響。

相應(yīng)的通風(fēng)不但對(duì)人員的舒適重要，也對(duì)加熱和空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行重要。美國(guó)OSHA （職業(yè)安全和健康管理局），對(duì)CO2列出STEL（最大短期暴露極限，15分鐘） 30000ppm和 TWA （時(shí)間加權(quán)平均暴露極限，8小時(shí)） 5000 ppm的標(biāo)準(zhǔn)。

在大型建筑中，傳感器的主要功能就是為了使整個(gè)大樓更安全、節(jié)能、舒適。而二氧化碳傳感器和其它傳感器一樣，都屬于最底層。它們把自己所測(cè)到的值通過數(shù)字或模擬信號(hào)，傳送給數(shù)據(jù)采集器。之后再通過數(shù)據(jù)采集器傳給中央處理器。

中央處理器再通過控制器來控制各設(shè)備的動(dòng)作。通過中央處理器，二氧化碳傳感器的主要功能就是調(diào)節(jié)大樓里的新風(fēng)量，以保持室內(nèi)空氣清新。節(jié)約空調(diào)和通風(fēng)機(jī)的能量消耗。接下來本文將詳細(xì)討論大型建筑健康節(jié)能智能監(jiān)控系統(tǒng)所涉及的若干技術(shù)：

一、WSN系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過在成百上千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。本文以JN5139-Z01-M01R2為例進(jìn)行闡述，可根據(jù)不同的室內(nèi)大小及氣候環(huán)境狀況進(jìn)行組網(wǎng)。

（一）星型組網(wǎng)

星型組網(wǎng)方式適合組網(wǎng)范圍較小，設(shè)備相對(duì)集中，各終端與中心點(diǎn)間無明顯阻擋的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 A.控制計(jì)算機(jī)端與JN5139-Z01-M01R2（根據(jù)通訊距離配置）無線收發(fā)模塊，配置RS232接口與計(jì)算機(jī)COM口互聯(lián)。模塊最好放置在室內(nèi)高處。B.現(xiàn)場(chǎng)端采用JN5139-Z01-M01R2無線收發(fā)模塊，TTL接口（或RS232/RS485）與受控設(shè)備對(duì)接。采用陶瓷天線。 C.網(wǎng)絡(luò)中任意一點(diǎn)都可作為與控制計(jì)算機(jī)互聯(lián)的模塊，控制點(diǎn)無需在中心點(diǎn)。

（二）自組網(wǎng)

自組網(wǎng)方式適合遠(yuǎn)距離通訊，設(shè)備分散的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

A.控制計(jì)算機(jī)端采用JN5139-Z01-M01R2中心無線收發(fā)模塊，配置RS232接口與計(jì)算機(jī)COM口互聯(lián)。采用2dB增益全向10厘米小天線，如需更遠(yuǎn)距離的通訊可配置高增益天線。B.在遠(yuǎn)端中繼點(diǎn)配置JN5139-Z01-M01R2中心無線收發(fā)模塊，采用2dB增益全向10厘米小天線，天線高度3米（越高接收范圍越大）。作為中繼點(diǎn)對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)。模塊本身也可以與受控設(shè)備對(duì)接。如范圍更大可根據(jù)實(shí)際情況增加中繼點(diǎn)。

（三）混合組網(wǎng)

混合組網(wǎng)方式適合大型遠(yuǎn)距離通訊，設(shè)備分散，通訊環(huán)境復(fù)雜（阻擋物多）的大型建筑現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

二、無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本無線系統(tǒng)是由多個(gè)自給供電的WS節(jié)點(diǎn)組成的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都以有線方式接收一定區(qū)域內(nèi)各傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)、簡(jiǎn)單計(jì)算以及與其他節(jié)點(diǎn)及外界進(jìn)行通信。

本系統(tǒng)采用混合組網(wǎng)方式，其主要好處是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的范圍都成倍地?cái)U(kuò)大了，沒有最大通信距離的限制，因?yàn)樗械墓?jié)點(diǎn)都被用作中繼器或路由器。

三、單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為基于WN的單網(wǎng)絡(luò)無線傳輸，使用一個(gè)集成RS232的WN設(shè)備，傳感器為有線集總接入該設(shè)備，再與另外一個(gè)WN設(shè)備配對(duì)接入后，通過無線傳輸給對(duì)方，再以串口傳輸至控制室（微機(jī)），通過專用軟件分析相關(guān)測(cè)量參數(shù)，作出相應(yīng)對(duì)策。如把得到某區(qū)域溫度、光線強(qiáng)弱度等用程序進(jìn)行回歸分析。

四、專家系統(tǒng)庫(kù)設(shè)計(jì)

所建立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)可以兼容為兩種類型：

（一）庫(kù)內(nèi)包含各種環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)而當(dāng)前采集數(shù)據(jù)與系統(tǒng)庫(kù)內(nèi)的健康專家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行“智能”對(duì)比“識(shí)別”；其二，根據(jù)地域差異或自己所感覺適合的氣候環(huán)境不同，可以做到人為設(shè)置自己感覺健康舒適的環(huán)境參數(shù)，從而真正達(dá)到人性化的目的。

在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)首先是硬件開發(fā)設(shè)計(jì)、調(diào)測(cè)為主，主要進(jìn)行硬件系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)及調(diào)測(cè)。其次是健康專家系統(tǒng)的研究，首先從人體舒適科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)著手，再以專家系統(tǒng)判斷研究為主。最后將以上兩個(gè)方向結(jié)合起來進(jìn)行整合開發(fā)設(shè)計(jì)、調(diào)測(cè)優(yōu)化。

大型建筑的健康節(jié)能智能監(jiān)控系統(tǒng)中采用低功耗微控制器組成無線自組織網(wǎng)互相連接，在組網(wǎng)時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮各傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚣案蓴_問題，由于溫濕、光電傳感器、CO（二）風(fēng)速等用于大型建筑環(huán)境檢測(cè)雖有豐富個(gè)例，但是綜合起來形成復(fù)合因子沒有太多先例可以遵循，筆者采用多元回歸分析進(jìn)行分析得到各因子權(quán)值，還可以采用同樣的方法對(duì)健康專家系統(tǒng)庫(kù)的人體舒適度進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試、優(yōu)化。

本文受湖南省大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)與研究型學(xué)習(xí)項(xiàng)目資助（2013NO395）資助；湖南人文科技學(xué)院校級(jí)雙語(yǔ)建設(shè)課程項(xiàng)目資助；湖南省高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目資助（2012NO461）；湖南人文科技學(xué)院教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目（RKJGZ1213）資助；