建筑物理環(huán)境多參數(shù)自動檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種建筑物理環(huán)境檢測方法。為提供可以針對多種物理指標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的建筑物理環(huán)境多參數(shù)自動檢測方法，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，建筑物理環(huán)境多參數(shù)自動檢測方法，利用如下裝置實現(xiàn)：主機端負(fù)責(zé)從傳感器端獲取采集到環(huán)境數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)存儲到本地TF卡中，并適時地將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器中；每個傳感器中都配有8位單片機作為控制器并植入了標(biāo)準(zhǔn)Modbus工業(yè)總線的從機協(xié)議棧，主機端運行了一套精簡的嵌入式操作系統(tǒng)，并植入了Modbus主機協(xié)議棧，與傳感器互聯(lián)；按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，總線上最多可以容納255個從機。本發(fā)明主要應(yīng)用于建筑物理環(huán)境檢測。
【專利說明】建筑物理環(huán)境多參數(shù)自動檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑物理環(huán)境檢測方法，特別是涉及一種智能化控制，高效、精確、可同時檢測風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境、光環(huán)境等多個參數(shù)的建筑物理環(huán)境自動檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟建的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加速，建筑物理環(huán)境越來越受到各方面的重視。溫度、濕度、通風(fēng)、采光、照明等條件不僅決定著建筑的可用性與舒適性，同時也是建筑評價的核心條件。尤其是近年來綠色建筑理念的普及和推廣，建筑物理環(huán)境舒適度作為綠色建筑評價的重要組成部分，如何對建筑的風(fēng)、光、熱、濕參數(shù)進(jìn)行科學(xué)、高效、精確測量已成為亟待解決的問題。
[0003]同時，對于歷史保護(hù)性建筑，尤其是古建筑彩畫，對自然環(huán)境變化最為敏感，極易受到侵蝕與破壞。尤其是近年來隨著城市建設(shè)的大規(guī)模進(jìn)行，古建筑所處的生態(tài)環(huán)境也隨之發(fā)生了巨大改變，其對彩畫的影響程度也日益加大，使彩畫產(chǎn)生開裂、褪色、粉化的現(xiàn)象。如何確定風(fēng)速、風(fēng)壓、光照、溫度、濕度等自然環(huán)境因素對彩畫色度、明度、彩度等影響，是另一項備受關(guān)注的問題。
[0004]目前與本申請最接近的現(xiàn)有技術(shù)如下:
[0005]1.“一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法”(專利號CN201310565687)，該發(fā)明公開了一種建筑物室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括空氣環(huán)境檢測采集器用于采集匯總建筑物室內(nèi)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，采集室內(nèi)顆粒物、化學(xué)污染物、微生物污染物、放射性污染物、溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)；綠色建筑環(huán)境管理模塊與空氣環(huán)境檢測采集器對接實時監(jiān)測空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，自動調(diào)節(jié)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，生成空氣質(zhì)量報告；空氣凈化器凈化空氣指令；新風(fēng)系統(tǒng)執(zhí)行通風(fēng)調(diào)節(jié)指令；空調(diào)系統(tǒng)執(zhí)行溫濕度調(diào)節(jié)指令；此發(fā)明還提供了一種建筑物室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測方法。該專利主要針對室內(nèi)空氣質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行檢測，不能檢測風(fēng)、光、熱、濕等建筑物理環(huán)境指標(biāo)。
[0006]2.“室溫及環(huán)境監(jiān)測器”(專利號CN201320415166)，此實用新型提供了一種室溫及環(huán)境監(jiān)測器。該監(jiān)測器包括單片機以及與所述單片機均相接的溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、時鐘模塊、存儲器、無線通信模塊、顯示模塊和蜂鳴器。本實用新型可通過相應(yīng)傳感器對室內(nèi)的溫度、濕度、某種有害氣體的濃度進(jìn)行實時檢測，之后由單片機將傳感器所采集到的檢測信號通過無線通信模塊定時上傳至遠(yuǎn)程計算機；單片機還可將所接收到的檢測信號與其內(nèi)所設(shè)定的各參數(shù)的上限值進(jìn)行比較，當(dāng)某一檢測信號超限時即發(fā)出報警信號。人們可在遠(yuǎn)程終端根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取相應(yīng)的措施，使室內(nèi)溫度保持在正常溫度范圍內(nèi)，從而可減少投訴現(xiàn)象的發(fā)生，降低供暖管網(wǎng)的運行成本，使人們生活在一個健康的環(huán)境中。該專利主要針對室內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，用于采暖控制和空氣環(huán)境質(zhì)量評價，不適用于室外環(huán)境，同時不能監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)壓、照度、亮度、濕度等物理環(huán)境信息。
[0007]3.“環(huán)境監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)”(專利號CN201310499716)，本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及環(huán)境監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)。其中，該環(huán)境監(jiān)測方法包括:預(yù)先存儲監(jiān)測人員對應(yīng)的通信信息；接收采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的設(shè)置閾值進(jìn)行比較，若監(jiān)測數(shù)據(jù)超出與其對應(yīng)的設(shè)置閾值，則將監(jiān)測數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果按照通信信息發(fā)送給通信信息對應(yīng)的監(jiān)測人員。本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)能夠在采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設(shè)定的設(shè)置閾值后，自動通知監(jiān)測人員。該發(fā)明是一種環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)限值的對比預(yù)警方法，用于在監(jiān)測值超出設(shè)定的設(shè)置閾值后，自動通知監(jiān)測人員，而不是一種具體的物流環(huán)境檢測技術(shù)。
[0008]4.“水污染源在線動態(tài)跟蹤監(jiān)測方法和系統(tǒng)”(專利號CN101021543B)，本發(fā)明是關(guān)于測量。一種水污染源在線動態(tài)跟蹤監(jiān)測方法，包含在最低流量條件下按規(guī)定的時間間隔啟動在線監(jiān)測儀器進(jìn)行分析測定和留樣。在監(jiān)測中，若測得超標(biāo)排污指標(biāo)，則自行進(jìn)入超標(biāo)時控監(jiān)測、且在后次監(jiān)測的參數(shù)大于前次監(jiān)測時留樣。解決在線監(jiān)測的頻率隨排放的工業(yè)廢水的流量變化和污染濃度的變化而自動改變，以達(dá)到符合排污實際狀態(tài)的監(jiān)測的技術(shù)問題。該發(fā)明是針對水資源污染問題進(jìn)行研究，監(jiān)測排污實際狀態(tài)，不能用于建筑物理環(huán)境監(jiān)測。
[0009]5.侯文芳薛平等.《莫高窟第217窟微環(huán)境監(jiān)測分析》.敦煌研究.2007年05期.文章通過對莫高窟第217窟內(nèi)的微環(huán)境監(jiān)測，對該窟一年來溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)和空氣交換率監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析研究，大致闡明了第217窟文物保存的環(huán)境現(xiàn)狀及變化規(guī)律。該文章側(cè)重于微環(huán)境對文物影響方面的研究，而且是采用傳統(tǒng)的人員手持儀器逐點、逐項進(jìn)行檢測，然后人工記錄數(shù)據(jù)，存在效率低、參數(shù)少、存在人為誤差等問題。
[0010]6.“基于遙控車載平臺的居住區(qū)夜間光環(huán)境檢測系統(tǒng)”(專利號CN201010195723)，一種基于遙控車載平臺的居住區(qū)夜間光環(huán)境檢測系統(tǒng)，有設(shè)置在檢測車上的升降機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)云臺安裝在旋轉(zhuǎn)云臺上的圖像采集單元內(nèi)，設(shè)置在檢測車前端的車載前端運行狀況采集單元，設(shè)置在檢測車上的車載控制單元和車載天線，以及遠(yuǎn)程控制計算機單元和控制天線，車載控制單元通過車載天線和控制天線接收遠(yuǎn)程控制計算機單元所發(fā)出的控制信號分別控制:檢測車實現(xiàn)各項運動；升降機構(gòu)自動升降高度；旋轉(zhuǎn)云臺實現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)；圖像采集單元將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計算機；車載前端運行狀況采集單元實時連續(xù)采集近地面照度傳輸?shù)接嬎銠C。本發(fā)明能夠精確快速測量照度、亮度、色度、眩光等多個檢測指標(biāo)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控測量，避免因夜間光線較暗，道路車輛對人員造成的安全威脅。該專利只能監(jiān)測照度等光環(huán)境的指標(biāo)，不能對風(fēng)速、溫濕度進(jìn)行監(jiān)測。
[0011]7.“一種基于遙控車載平臺的居住區(qū)夜間光環(huán)境檢測方法”(專利號CN201010537764)，本發(fā)明的基于遙控車載平臺的居住區(qū)夜間光環(huán)境檢測方法，首先，在功能上完全滿足基于遙控車載平臺的居住區(qū)夜間光環(huán)境檢測系統(tǒng)的使用要求，本發(fā)明的控制方法與硬件系統(tǒng)中檢測平臺、操控單元、傳輸單元和檢測設(shè)備要一一對應(yīng)，滿足各項硬件使用功能；其次，有很好的交互性，和各個硬件單元的下位機軟件相匹配，以便固件程序能夠?qū)崟r接收并執(zhí)行上位機通過無線模塊發(fā)來的指令，最終達(dá)到用計算機實時無線控制各個硬件系統(tǒng)進(jìn)行工作；最后，通過工作界面，工作人員能夠快速、方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行操作。此方法只是對居住區(qū)夜間光環(huán)境進(jìn)行檢測，不能監(jiān)測風(fēng)速、溫濕度等指標(biāo)。
[0012]目前在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域尚存在如下問題:
[0013]1.現(xiàn)有技術(shù)都只針對某一方面參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，如有害氣體對空氣質(zhì)量影響、溫度對供暖系統(tǒng)影響、排放污染物對水資源影響等，尚無能夠全面監(jiān)測各項建筑物理環(huán)境參數(shù)的全自動監(jiān)測系統(tǒng)，以至于不能對建筑環(huán)境舒適度作出科學(xué)評價，也不能夠用于研究物理環(huán)境對古建筑影響等問題。
[0014]2.現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸方式存在問題。目前監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸方式主要有兩種:一種為采用外接天線發(fā)射方式，該方式受到天線發(fā)射功率限制，傳輸距離有限，不能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離或超遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸；另一種為WIFI傳輸方式，這種方式雖可進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，但受周圍條件限制較大，在沒有無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域不能使用。
[0015]3.現(xiàn)有技術(shù)的供電方式存在問題。一種是采用單一電池給系統(tǒng)供電，這種方法受到電池容量限制，若監(jiān)測數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)傳輸量較大時，系統(tǒng)有效運行時間會很短；第二種是采用市電直接供電，該方法受到使用場所限制，在無法提供市電的場所不能使用。
[0016]4.現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)安全性不能夠保證。目前監(jiān)測數(shù)據(jù)的記錄有兩種方式:一種為存儲于系統(tǒng)硬盤中，該方法當(dāng)出現(xiàn)供電中斷、通訊故障或系統(tǒng)問題時，將出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等問題；另一種為通過無線方式傳輸?shù)接嬎銠C，這種方法由于其利用公共網(wǎng)絡(luò)，容易被他人盜取所傳輸?shù)男畔?。因此現(xiàn)有技術(shù)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)安全。
[0017]5.現(xiàn)有技術(shù)對于所采集的數(shù)據(jù)的存儲方式為原始數(shù)據(jù)的直接記錄，未加整理的海量數(shù)據(jù)將會給后期的計算分析帶來困難，不僅極大的增加工作量，而且有出現(xiàn)誤差的風(fēng)險。
[0018]6.現(xiàn)有技術(shù)的采集探頭數(shù)量和監(jiān)測內(nèi)容固定，若監(jiān)測點和監(jiān)測內(nèi)容增加時，不方便進(jìn)行技術(shù)擴展。
[0019]7.中國古建筑有嚴(yán)格的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，特別是一些世界文化遺產(chǎn)，要求不能對建筑本體以及附屬物產(chǎn)出任何形式的破壞，但現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)主要是針對現(xiàn)代建筑，系統(tǒng)安裝方式為在建筑本體上固定安裝，因此不能用于古建筑監(jiān)測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供可以針對多種物理指標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的建筑物理環(huán)境多參數(shù)自動檢測方法，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，建筑物理環(huán)境多參數(shù)自動檢測方法，主機端負(fù)責(zé)從傳感器端獲取采集到環(huán)境數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)存儲到本地TF卡中，并適時地將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器中；每個傳感器中都配有8位單片機作為控制器并植入了標(biāo)準(zhǔn)Modbus工業(yè)總線的從機協(xié)議棧，主機端運行了一套精簡的嵌入式操作系統(tǒng)，并植入了 Modbus主機協(xié)議棧，與傳感器互聯(lián)；還包括如下步驟:
[0021]在操作系統(tǒng)內(nèi)運行數(shù)據(jù)采集步驟、數(shù)據(jù)發(fā)送步驟、更新配置步驟、電流監(jiān)控線程和看門狗步驟；各個步驟具體如下:
[0022]數(shù)據(jù)采集步驟定時調(diào)用modbus協(xié)議棧，向總線上的各個傳感器分別發(fā)送命令要求數(shù)據(jù)；接收到數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)采集線程通過文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存入SD卡；另外數(shù)據(jù)采集線程還負(fù)責(zé)維護(hù)SD卡內(nèi)數(shù)據(jù)文件的完整性，刪除不完整的數(shù)據(jù)條目；
[0023]數(shù)據(jù)發(fā)送步驟通過WIfi驅(qū)動程序定時向服務(wù)器發(fā)起通信，通信建立后通過文件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)文件，將沒有上傳的數(shù)據(jù)條目上傳到服務(wù)器；
[0024]更新配置步驟定時與服務(wù)器建立通信，通信建立后接收服務(wù)器發(fā)送的采樣頻率、系統(tǒng)時間等參數(shù)，然后更新本地的各項參數(shù)；
[0025]電流監(jiān)控步驟負(fù)責(zé)監(jiān)控向傳感器供電的輸出電流，當(dāng)電流過載的時候自動停止供電，防止電線、傳感器起火。
[0026]看門狗線程定時更新看門狗計時器，當(dāng)系統(tǒng)出錯或死機時，看門狗線程停止更新，使計數(shù)器溢出，系統(tǒng)重啟。
[0027]數(shù)據(jù)發(fā)送步驟通過有GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊，通過異步串行通訊向GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接指令，GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊插入聯(lián)通數(shù)據(jù)流量卡后可以通過當(dāng)?shù)匾迅采w的聯(lián)通手機網(wǎng)絡(luò)直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)上設(shè)置占用一個固定IP地址的服務(wù)器等待通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊建立連接；在工作時每10分鐘通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊嘗試一次與服務(wù)器建立連接，若連接成功，則開始上傳數(shù)據(jù)，否則將數(shù)據(jù)暫存在本地存儲卡中，等待10分鐘后再次嘗試連接。
[0028]利用GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊將數(shù)據(jù)內(nèi)容均編碼后打包進(jìn)入tcp包進(jìn)行傳輸。
[0029]采用太陽能供電系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由太陽能電池板、充電控制器、鉛酸蓄電池三部分組成；在光照充足時，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再通過充電控制器將電能存儲在鉛酸蓄電池中，蓄電池為主機端和傳感器提供24小時不間斷電源。
[0030]本發(fā)明的技術(shù)特點及效果:
[0031]本發(fā)明可以針對多種物理指標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，如光照度、溫濕度、風(fēng)速風(fēng)壓，能夠?qū)崿F(xiàn)各項建筑物理環(huán)境的全自動檢測，可以對建筑環(huán)境舒適度作出科學(xué)評價，也可以用于研究物理環(huán)境對古建筑影響等問題。
[0032]本發(fā)明通過手機GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，手機GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸距離長，覆蓋面積廣，客服了外接天線傳輸距離短，WIFI傳輸覆蓋面積小的缺點。
[0033]本發(fā)明采用太陽能電池和市電兩種供電方式，根據(jù)不同的情況可以自主選擇供電方式，增加了監(jiān)測系統(tǒng)的適應(yīng)性，提高了監(jiān)測的效率，避免了只用電池供電時間受限以及單純采用市電使用場所受到限制的缺點。
[0034]專門為監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)了完整的數(shù)據(jù)庫，可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)分別記錄到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，按照數(shù)據(jù)的記錄時間，每個數(shù)據(jù)的特點、類型等分類記錄、處理數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的收集效率，便于后期處理、分析數(shù)據(jù)。
[0035]本發(fā)明可以根據(jù)監(jiān)測需要，增加探頭的數(shù)量，最多就可以增加到300-400個，可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的擴展。
[0036]本發(fā)明采用的是非破壞式安裝方式，為了保護(hù)古建筑，用鐵箍卡在柱子或梁上，并在鐵箍與梁或柱之間加設(shè)墊片，不會破壞建筑本體，完全可以用于古建筑特別是保護(hù)性古建筑的監(jiān)測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0038]圖2主機軟件結(jié)構(gòu)圖。
[0039]圖3服務(wù)器簡單框架圖。
[0040]圖4wifi通信示意圖。
圖5通信流程圖。

【具體實施方式】
[0041]本環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要分為傳感器端、主機端、服務(wù)器端三部分，系統(tǒng)框圖如下。主機端是整個系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)從傳感器端獲取采集到環(huán)境數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)存儲到本地TF卡中，并適時地將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器中。每個傳感器中都配有8位單片機作為控制器并植入了標(biāo)準(zhǔn)Modbus工業(yè)總線的從機協(xié)議棧，主機端運行了一套精簡的嵌入式操作系統(tǒng)，并植入了 Modbus主機協(xié)議棧，與傳感器互聯(lián)。按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，總線上最多可以容納255個從機，即一套系統(tǒng)最多能夠懸掛255個傳感器同時工作。
[0042]主機軟件設(shè)計
[0043]主機盒內(nèi)運行RT-Thread實時操作系統(tǒng)。此操作系統(tǒng)可以有效的管理系統(tǒng)資源，保證系統(tǒng)的實時響應(yīng)。另外我們針對使用的單片機移植了 modbus總線協(xié)議棧，開發(fā)了 wifi模塊的驅(qū)動程序。ModBus即Modbus通訊協(xié)議,是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。
[0044]在操作系統(tǒng)內(nèi)我們建立了數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)發(fā)送線程、更新配置線程、電流監(jiān)控線程和看門狗線程。各個線程的功能如下:
[0045]數(shù)據(jù)采集線程定時調(diào)用modbus協(xié)議棧，向總線上的各個傳感器分別發(fā)送命令要求數(shù)據(jù)。接收到數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)采集線程通過文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存入SD卡。另外數(shù)據(jù)采集線程還負(fù)責(zé)維護(hù)SD卡內(nèi)數(shù)據(jù)文件的完整性，刪除不完整的數(shù)據(jù)條目。
[0046]數(shù)據(jù)發(fā)送線程通過WIfi驅(qū)動程序定時向服務(wù)器發(fā)起通信，通信建立后通過文件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)文件，將沒有上傳的數(shù)據(jù)條目上傳到服務(wù)器。
[0047]GSM 全稱為全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communicat1n),也就是常說的第二代移動電話系統(tǒng)(2G網(wǎng)絡(luò))。
[0048]本系統(tǒng)中有GSM和WIFI兩種網(wǎng)絡(luò)接口，工作時根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)情況安裝網(wǎng)絡(luò)模塊，只用其中一種網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。
[0049]更新配置線程定時與服務(wù)器建立通信，通信建立后接收服務(wù)器發(fā)送的采樣頻率、系統(tǒng)時間等參數(shù)，然后更新本地的各項參數(shù)。
[0050]電流監(jiān)控線程負(fù)責(zé)監(jiān)控向傳感器供電的輸出電流，當(dāng)電流過載的時候自動停止供電，防止電線、傳感器起火。
[0051]看門狗線程定時更新看門狗計時器。當(dāng)系統(tǒng)出錯或死機時，看門狗線程停止更新，使計數(shù)器溢出，系統(tǒng)重啟。
[0052]本系統(tǒng)具有本地存儲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、電流監(jiān)控和自動復(fù)位等功能。能夠自動定時采集數(shù)據(jù)并上傳到服務(wù)器，同時自動檢查數(shù)據(jù)條目的完整性并在本地備份數(shù)據(jù)。通過電流監(jiān)控、自動復(fù)位等功能能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的自我檢測、自我糾錯和自我保護(hù)，使系統(tǒng)能夠在無人干預(yù)的情況下長期穩(wěn)定安全運行。
[0053]主機與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)
[0054]本系統(tǒng)主機內(nèi)部裝有華為GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊MG323，主機通過異步串行通訊向MG323模塊發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接指令，MG323模塊插入聯(lián)通數(shù)據(jù)流量卡后可以通過當(dāng)?shù)匾迅采w的聯(lián)通手機網(wǎng)絡(luò)直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，而同時本系統(tǒng)的服務(wù)器在互聯(lián)網(wǎng)上占用一個固定IP地址等待主機通過MG323模塊建立連接。主機在工作時每10分鐘通過MG323模塊嘗試一次與服務(wù)器建立連接，若連接成功，則開始上傳數(shù)據(jù)，否則將數(shù)據(jù)暫存在本地存儲卡中，等待10分鐘后再次嘗試連接。
[0055]網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計與實現(xiàn)
[0056]本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)了可靠的、基于鏈接的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，該協(xié)議兼容使用了機器碼與文本傳輸，做到了有效的部分加密與身份認(rèn)證，在具體情境下，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩Ｎ覀儗⑵浞Q為ddsp認(rèn)證與傳輸協(xié)議。
[0057]可靠性、基于鏈接的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
[0058]本協(xié)議以tcp協(xié)議為基礎(chǔ)，利用了 tcp鏈接提供的可靠的、順序的、基于連接的特性。數(shù)據(jù)內(nèi)容均編碼后打包進(jìn)入tcp包，在解碼端再解碼為機器可識別的數(shù)據(jù)。通過基于tcp協(xié)議的方式，保證了 ddsp協(xié)議的可靠性，并能無縫銜接在絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中，提高了協(xié)議的兼容性。主機端tcp打包過程由MG323手機模塊自動完成。
[0059]兼容機器碼與文本
[0060]本協(xié)議有別與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，本協(xié)議兼容使用了機器碼與文本的傳輸編碼方式。由于機器碼的機器依賴性，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議常常將數(shù)據(jù)編碼為文本后再進(jìn)行傳輸，這樣的方式保證了兼容性，但是也增加了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，大大減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省τ诙虝r間高速傳輸大量數(shù)據(jù)，這種方法成為了提高效率的瓶頸。因此，本協(xié)議兼容了機器碼傳輸與文本傳輸?shù)膬?yōu)點，在數(shù)據(jù)中，使用協(xié)議確定的字節(jié)序和字節(jié)長度表示字段，最大程度上縮減字段中的無效部分。在協(xié)議的同步上，使用文本內(nèi)容，以起到區(qū)別于機器碼的作用。由于同步信息的發(fā)送頻率較低，因此部分使用文本數(shù)據(jù)在帶來正確性的的同時也不失數(shù)據(jù)傳輸?shù)男市浴?br> [0061]有效加密
[0062]使用機器碼表示數(shù)據(jù)的另一個優(yōu)點即是能提高系統(tǒng)的加密程度。不同的系統(tǒng)有其合適的加密級別，對于本項目，有效的部分加密即可滿足需求。因此，使用機器碼讓潛在的數(shù)據(jù)攔截、竊取的難度增加。即使發(fā)生數(shù)據(jù)攔截，但從比特碼轉(zhuǎn)化成辨別的數(shù)據(jù)，也不是一件容易的事。
[0063]身份認(rèn)證
[0064]本系統(tǒng)實現(xiàn)了有效的身份認(rèn)證。具體地，使用了挑戰(zhàn)應(yīng)答的方式?？蛻舳税l(fā)送請求碼的同時服務(wù)器要求其對一組256長度的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速變換，如果變換結(jié)果與服務(wù)器變換結(jié)果一致，則身份認(rèn)證成功。該變換時身份認(rèn)證的核心，它利用了大素數(shù)分解的復(fù)雜度，并在此基礎(chǔ)上做了其他變換。基于這個自主設(shè)計的身份認(rèn)證系統(tǒng)，有效地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行裕脖ＷC了一定的安全性和數(shù)據(jù)的可信度。
[0065]服務(wù)器協(xié)議設(shè)計與實現(xiàn)
[0066]本系統(tǒng)服務(wù)器運行在硬虛擬化的類Unix主機上，由JAVA實現(xiàn)。該服務(wù)器軟件，基于JVM實現(xiàn)了在不同服務(wù)器軟硬件平臺上的無縫移植性，并實現(xiàn)了 daemon化和日志管理系統(tǒng)。
[0067]雙池
[0068]本服務(wù)器軟件，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸線程池和數(shù)據(jù)庫連接池的雙池結(jié)構(gòu)。充分提高了系統(tǒng)的效率，有效地利用連接資源，并以此實現(xiàn)了重要的處理并發(fā)的能力。雙池結(jié)構(gòu)的使用，有效利用了現(xiàn)代計算機多核心多CPU的特點，使得系統(tǒng)的可擴展性有了顯著提高。
[0069]本地數(shù)據(jù)持久化
[0070]本服務(wù)器使用了 mysql數(shù)據(jù)庫作為本地數(shù)據(jù)持久化的支持系統(tǒng)。Mysql數(shù)據(jù)庫具有兼容性強，輕量級等特點，這些特點符合本項目對于數(shù)據(jù)持久化的要求。使用mysql數(shù)據(jù)庫也體統(tǒng)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)查詢方式，能夠為無縫地銜接后續(xù)的數(shù)據(jù)展示與數(shù)據(jù)分析任務(wù)。
[0071]主從同步
[0072]本服務(wù)器軟件的重要任務(wù)是處理從客戶端上傳的數(shù)據(jù)包。本系統(tǒng)構(gòu)建了多級的緩沖機制，在保證正確性的前提下，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。同時基于路徑遍歷分析的軟件測試方法，保證了主從同步的健壯性。
[0073]太陽能供電實現(xiàn)方法
[0074]本系統(tǒng)的主機盒采用12伏直流電源供電，傳感器電源由主機盒提供。
[0075]本系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場能提供220伏交流市電時利用12伏直流穩(wěn)壓電源為主機端和傳感器供電；當(dāng)監(jiān)測現(xiàn)場不能24小時提供穩(wěn)定市電時，本系統(tǒng)將采用太陽能電池系統(tǒng)為主機端和傳感器供電。
[0076]太陽能供電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、充電控制器、鉛酸蓄電池三部分組成。在光照充足時，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再通過充電控制器將電能存儲在鉛酸蓄電池中，蓄電池為主機端和傳感器提供24小時不間斷電源。
[0077]在安裝時，太陽能電池板應(yīng)朝南并與地面夾角60度固定以盡可能多地獲取光照；鉛酸蓄電池應(yīng)密封在地埋箱中并埋入地下I米深處，將蓄電池埋入地下既能消除安全隱患又能有效解決電池夏季散熱和冬季低溫影響容量等問題。根據(jù)現(xiàn)場的光照情況和采集系統(tǒng)規(guī)?？墒钱?dāng)增加太陽能電池板面積和蓄電池容量。
【權(quán)利要求】
1.一種建筑物理環(huán)境多參數(shù)自動檢測方法，其特征是，主機端負(fù)責(zé)從傳感器端獲取采集到環(huán)境數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)存儲到本地存儲卡中，并適時地將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器中；每個傳感器中都配有單片機作為控制器并植入了標(biāo)準(zhǔn)ModbUS工業(yè)總線的從機協(xié)議棧，主機端運行了一套精簡的嵌入式操作系統(tǒng)，并植入了 Modbus主機協(xié)議棧，與傳感器互聯(lián)；還包括如下步驟: 在操作系統(tǒng)內(nèi)運行數(shù)據(jù)采集步驟、數(shù)據(jù)發(fā)送步驟、更新配置步驟、電流監(jiān)控線程和看門狗步驟；各個步驟具體如下: 數(shù)據(jù)采集步驟定時調(diào)用modbus協(xié)議棧，向總線上的各個傳感器分別發(fā)送命令要求數(shù)據(jù)；接收到數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)采集線程通過文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存入SD卡；另外數(shù)據(jù)采集線程還負(fù)責(zé)維護(hù)SD卡內(nèi)數(shù)據(jù)文件的完整性，刪除不完整的數(shù)據(jù)條目； 數(shù)據(jù)發(fā)送步驟通過WIfi驅(qū)動程序定時向服務(wù)器發(fā)起通信，通信建立后通過文件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)文件，將沒有上傳的數(shù)據(jù)條目上傳到服務(wù)器; 更新配置步驟定時與服務(wù)器建立通信，通信建立后接收服務(wù)器發(fā)送的采樣頻率、系統(tǒng)時間等參數(shù)，然后更新本地的各項參數(shù)； 電流監(jiān)控步驟負(fù)責(zé)監(jiān)控向傳感器供電的輸出電流，當(dāng)電流過載的時候自動停止供電，防止電線、傳感器起火； 看門狗線程定時更新看門狗計時器，當(dāng)系統(tǒng)出錯或死機時，看門狗線程停止更新，使計數(shù)器溢出，系統(tǒng)重啟。
【文檔編號】G01D21/02GK104330109SQ201410557583
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】劉剛, 黨睿, 劉邈, 劉哲, 雒琛, 趙國鑫, 蔡壯 申請人:天津大學(xué)