楊雙國，張 瑜，張小波，郭紅利

（西安元智系統(tǒng)技術(shù)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

0 引 言

目前市場上的環(huán)境調(diào)控裝置功能單一，應(yīng)用范圍較小。比如LED顯示屏用環(huán)境調(diào)控裝置，它只是控制LED顯示屏，沒有擴(kuò)展功能，不能連接第三方設(shè)備，不能調(diào)控第三方設(shè)備的功能參數(shù)，只能應(yīng)用于LED顯示屏控制領(lǐng)域，適用場景單一。有些環(huán)境調(diào)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(guān)兩種狀態(tài)，如，智能全方位環(huán)境調(diào)控裝置，這種環(huán)境調(diào)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(luò)，簡單的控制家用電器的開和關(guān)，應(yīng)用單一，不能實現(xiàn)交互式遠(yuǎn)程控制。

市場上還有一些環(huán)境調(diào)控裝置，多是控制器，需要集成到系統(tǒng)中與其他設(shè)備組成系統(tǒng)來進(jìn)行專門的領(lǐng)域控制，不能獨立進(jìn)行工作。此外，市場上的環(huán)境調(diào)控裝置類，基本都是專一用途的接口，還存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)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(shù)的不足，本文提出了一種環(huán)境調(diào)控裝置的控制方法。實驗表明，所提環(huán)境調(diào)控裝置具有靈活性好、應(yīng)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(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 環(huán)境調(diào)控裝置

本文所述的環(huán)境調(diào)控裝置架構(gòu)如圖1所示。

圖1 環(huán)境調(diào)控裝置架構(gòu)

（1）功能單元包括指示單元、存儲單元、監(jiān)護(hù)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(diào)控裝置自身的工作狀態(tài)進(jìn)行指示；存儲單元用于網(wǎng)絡(luò)信號不好或者網(wǎng)絡(luò)故障時，對第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進(jìn)行存儲；監(jiān)護(hù)單元包含看門狗定時器，用于設(shè)備異常時，對設(shè)備進(jìn)行復(fù)位，監(jiān)護(hù)單元對所述環(huán)境調(diào)控裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)護(hù)；低電檢測單元對環(huán)境調(diào)控裝置自帶的電池電量進(jìn)行檢測和預(yù)警；掉電檢測單元對外部市電進(jìn)行檢測和告警；指示單元、存儲單元、監(jiān)護(hù)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(yù)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(yù)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(diào)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。控制單元對第三方設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、預(yù)處理和傳輸。射頻通信單元接收所述控制單元采集和預(yù)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(shè)備的數(shù)據(jù)信息、第三方設(shè)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(luò)上傳至網(wǎng)關(guān)。接口單元包括多個接口單元，可根據(jù)本地第三方設(shè)備的通信接口方式進(jìn)行連接。功能單元對所述環(huán)境調(diào)控裝置自身的工作狀態(tài)進(jìn)行指示、監(jiān)護(hù)和供電監(jiān)測，并對第三方設(shè)備數(shù)據(jù)和第三方設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)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(yuǎn)程終端發(fā)出報警信息。

1.2.2 反向控制

用戶遠(yuǎn)程通過電腦或手機(jī)終端設(shè)置第三方設(shè)備自身狀態(tài)參數(shù)命令，所述命令通過無線網(wǎng)絡(luò)到達(dá)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將命令通過LoRa網(wǎng)絡(luò)從環(huán)境調(diào)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(jìn)行解析，解析完成后，控制單元通過接口單元和第三方設(shè)備進(jìn)行通信，將命令中的參數(shù)通過接口單元傳給第三方設(shè)備。第三方設(shè)備收到命令參數(shù)后，進(jìn)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(diào)控裝置的工作狀態(tài)，監(jiān)護(hù)單元對環(huán)境調(diào)控裝置進(jìn)行監(jiān)護(hù)，確保整個控制過程順利進(jìn)行，低電檢測單元對電池的電壓進(jìn)行檢測，掉電檢測單元檢測此過程有無市電供應(yīng)，確保供電充足，供電不足時進(jìn)行遠(yuǎn)程告警。

2 環(huán)境調(diào)控裝置及其控制方法應(yīng)用于博物館展柜的恒濕機(jī)

以下為本文的環(huán)境調(diào)控裝置對博物館展柜恒濕機(jī)的控制方法。

2.1 正向控制

如圖2所示的本文的環(huán)境調(diào)控裝置對博物館展柜恒濕機(jī)的控制圖。其中，恒濕機(jī)通過對博物館展柜內(nèi)濕度調(diào)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(jī)和環(huán)境調(diào)控裝置安裝在文物展柜的底部。環(huán)境調(diào)控裝置安裝在恒濕機(jī)的上面或側(cè)面。恒濕機(jī)通過RS 485接口和環(huán)境調(diào)控裝置連接，恒濕機(jī)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(fēng)扇壞）停機(jī)等）通過RS 485接口傳送給環(huán)境調(diào)控裝置的控制單元；控制單元將恒濕機(jī)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(jī)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(luò)，上傳至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)、WiFi或者GPRS等傳送給遠(yuǎn)程的電腦或手機(jī)終端。用戶在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以查看展柜內(nèi)目前的濕度和恒濕機(jī)工作的狀態(tài)信息、濕度過大或過小報警信息，以及恒濕機(jī)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(yīng)的控制措施。

圖2 博物館展柜環(huán)境調(diào)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(hù)也很費時間，因此，本文的環(huán)境調(diào)控裝置對博物館展柜恒濕機(jī)進(jìn)行了遠(yuǎn)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(yuǎn)程通過電腦或手機(jī)設(shè)置展柜內(nèi)的濕度參數(shù)命令，設(shè)置好后，命令首先通過以太網(wǎng)、WiFi或者GPRS等到達(dá)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再將命令通過LoRa網(wǎng)絡(luò)傳給環(huán)境調(diào)控裝置，環(huán)境調(diào)控裝置通過接口單元控制第三方恒濕機(jī)對博物館展柜的濕度進(jìn)行控制。

實際操作過程中，用戶通過登錄電腦或手機(jī)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(yīng)的功能按鈕，設(shè)置相關(guān)控制數(shù)據(jù)。比如將展柜的恒濕機(jī)目標(biāo)濕度設(shè)為50%，點擊確定，該命令就會通過以太網(wǎng)、WiFi或者GPRS等到達(dá)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將命令通過LoRa網(wǎng)絡(luò)從環(huán)境調(diào)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(jìn)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(jī)進(jìn)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(jī)，博物館展柜恒濕機(jī)收到命令參數(shù)后，進(jìn)行自身參數(shù)的更改，然后按照新命令運行。這樣就可以達(dá)到對博物館展柜恒濕機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

3 結(jié) 語

本文所設(shè)計的環(huán)境調(diào)控裝置可以集成到第三方設(shè)備的外部或內(nèi)部，并考慮了目前市場上調(diào)控類設(shè)備的接口，且預(yù)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(shè)備進(jìn)行雙向調(diào)控。實驗表明，該調(diào)控方法能方便有效的對第三方設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理。