塔式多参数环境监测方法与流程

本发明涉及一种环境监测方法，具体涉及一种塔式多参数环境监测方法。属于环境监测与控制技术领域。

背景技术：

针对环境监测，如今大多数的研究仅仅局限于设计硬件装置或搭建系统，然后通过传感器采集环境数据信息，但是，除了实时显示，关于这些数据如何利用并没有进一步的研究，只是单纯的为了采集数据而采集数据。

传统的环境监测系统中，通常都是采用大量的传感器来监测每个影响参数，并对各传感器所采集的信息分别进行加工处理，各参数之间互不影响，这不仅导致了处理工作量的增加，也切断了各传感器间信息的联系，从而丢失了信息之间有机组合所包含的一些特征。

目前，公知的多参数环境监测装置主要有分散式和集成式两种类型。以上装置存在以下缺陷：

(1)分散式必须将多种传感器模块分散安装到被监测环境的不同位置，增加了安装成本和时间、功耗大、稳定性差，且不易与MCU接口，给多参数数据融合分析带来困难。

(2)集成式将参数固定的传感器组合在一起，只能用于监测固定的参数，功能单一、局限性大且不易扩展。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种塔式多参数环境监测方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

塔式多参数环境监测方法，包括步骤：

(1)各个环境监测装置的中间层模块通过多通道同时监测，并将各个传感器采集的数据传送给底层模块；

(2)底层模块将数据发送至服务器储存，然后通过局部融合中心，对同类传感器采用自适应加权算法进行特征级融合；

(3)通过全局融合中心，对不同类型的传感器进行决策级融合，通过对多个不同类型传感器监测到的环境参数的共同作用，对环境状态做出精确的判定；

(4)给出环境改善建议和预测结果。

步骤(1)中，底层模块向顶层模块发送指令，控制其与中间层模块通信，以显示中间层模块的实时监测情况，同时，还显示当前的通信或网络信息。

步骤(1)中，中间层模块将传感器采集到的数据传送给底层模块，当所述数据超出设定安全值范围时，底层模块给顶层模块发出报警指令，控制顶层模块发出报警声并在LCD显示屏上闪烁显示。

步骤(2)中，局部融合中心主要是采用自适应加权融合算法在时间和空间上对来自同类传感器的多源数据进行融合，根据各个传感器采集的数据自适应地寻找其对应的权数，以达到最优的融合结果。

步骤(3)中，全局融合中心主要采用D-S证据理论对各种环境参数进行融合，从而提高环境监测的准确度。

所述环境参数包括但不限于温度、湿度、光照度、人体感应、PM2.5、PM10和有害气体。

步骤(4)中，服务器通过编程接口进行数据库共享，进而根据融合结果做出决策判断，以实现电气设备联动，包括空调、加湿器、空气净化器和新风换气机等，从而改善室内环境。

上述环境监测方法对应的塔式多参数环境监测系统，包括服务器，以及与其无线通信的若干个环境监测装置，所述环境监测装置包括：

一底层模块，用于接收中间层模块返回的数据，并与服务器通信，将数据发送至服务器储存；以及

若干个中间层模块，无顺序任意叠加构成塔式结构，多通道同时监测，用于采集数据并传送给底层模块。

作为优选技术方案之一，所述环境监测装置包括：

一底层模块，用于控制中间层模块和顶层模块间的通信，向顶层模块发送指令并接收中间层模块返回的数据，同时与服务器通信，将数据发送至服务器储存；

若干个中间层模块，无顺序任意叠加构成塔式结构，多通道同时监测，用于采集数据并传送给底层模块；以及

一顶层模块，用于显示中间层模块的实时监测情况，以及当前的通信或网络信息。

所述底层模块包括第一核心处理器，以及与其通信的WIFI网络模块，其中，所述第一核心处理器为单片机STC12C5A60S2，WIFI网络模块为HLK-RM04。

所述底层模块还包括第一电源，其为第一核心处理器供电。

所述中间层模块包括第二核心处理器，以及与其通信的不同类型的传感器，每个中间层模块包括一种传感器；其中，所述第二核心处理器为单片机STC12C5A60S2。

所述中间层模块还包括第二电源，其为第二核心处理器供电。

所述顶层模块包括第三核心处理器，以及与其通信的LCD显示屏，其中，所述第三核心处理器为单片机STC12C5A60S2。

所述顶层模块还包括第三电源，其为第三核心处理器供电。

所述的第一核心处理器、第二核心处理器均与RS-485通信总线通信。

作为优选技术方案之一，所述的第一核心处理器、第二核心处理器以及第三核心处理器均与RS-485通信总线通信。

所述传感器包括但不限于温度传感器，湿度传感器，光照传感器，热释电传感器，PM2.5传感器，PM10传感器，以及各种有害气体传感器。

所述的若干个中间层模块一体地通过插接头连接至底层模块，用于实现参数融合和分析。

作为优选技术方案之一，所述的若干个中间层模块一体地通过插接头连接至底层模块和顶层模块，用于实现参数融合和分析显示。

所述插接头为四线制插接头，同时用作机械固定座、通信总线接口和供电接口。

所述服务器设有编程接口，用于进行数据库共享。

所述服务器为普通网络服务器，其具有足够大的存储空间，用于存储各个环境监测装置上传的环境数据。

所述服务器具有独立IP地址，用于移动通信终端(比如平板电脑或手机)或Web终端访问。

无线通信采用普通以太网，应满足环境监测装置对服务器的访问要求，应当能够访问外网，设置路由器与各个环境监测装置采用WIFI无线方式通信。

所述环境监测装置设置于复式别墅，普通住宅，工厂车间，办公环境，或者学校教室。

本发明的有益效果：

本发明的环境监测系统通过底层模块、中间层模块和顶层模块间的插接融合，该系统可实现可扩展的智能远程多参数环境监测与数据融合。本发明大大节约安装成本与时间，稳定性好，功耗低，易与MCU接口，可扩展且扩展成本低，提高装置和元器件的利用率。兼容性强，可用于任意环境下任意参数的监测。

针对不同环境参数监测差别，可设计自由组合的环境监测装置，实现不同环境参数的监测和传输，并具备参数越限报警功能；中间层模块可以自由插接使用，没有先后顺序，没有种类限制，数量最大支持32个；本系统可以应用在室内、车内、车库内等多数场所环境参数监测中，设置温湿度、光照度、二氧化碳、PM2.5等若干个中间层模块，并将数据传送到服务器并保存，采用大数据分析法融合数据，决策室内环境的改善方式，提出环境参数变化预警，并实现电气设备联动，可以有效地保障人们的身体健康状态。

与之相对应的环境监测方法能够对所获得的测量参数及测量参数之间的关系进行数据融合分析，使得测量更为准确，并分析其规律性，给出环境改善建议，预测环境参数未来走势，提出预警。

附图说明

图1是底层模块硬件框图；

图2是中间层模块硬件框图；

图3是顶层模块硬件框图；

图4是本发明的整体结构示意图；

图5是各个环境监测装置的整体架构图；

图6是中间层模块的结构图；

图7是本发明的环境监测方法流程图；

其中，1为第一核心处理器，2为WIFI网络模块，3为第一电源，4为RS-485通信总线，5为第二核心处理器，6为传感器，7为第二电源，8为第三核心处理器，9为LCD显示屏，10为第三电源，11为复式别墅，12为普通住宅，13为工厂车间，14为办公环境，15为学校教室，16为WIFI网络，17为路由器，18为以太网，19为服务器，20为移动通信终端或Web终端，21为顶层模块，22为中间层模块，23为底层模块，24为插接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：

如图4所示，塔式多参数环境监测系统，包括服务器19，以及与其无线通信的若干个环境监测装置，环境监测装置包括：

一底层模块23，用于接收中间层模块22返回的数据，并与服务器19通信，将数据发送至服务器19储存；以及

若干个中间层模块22，无顺序任意叠加构成塔式结构，多通道同时监测，用于采集数据并传送给底层模块23。

如图1所示，底层模块23包括第一核心处理器1，以及与其通信的WIFI网络模块2，其中，第一核心处理器1为单片机STC12C5A60S2，WIFI网络模块2为HLK-RM04。底层模块23还包括第一电源3，其为第一核心处理器1供电。

如图2所示，中间层模块22包括第二核心处理器5，以及与其通信的不同类型的传感器6，每个中间层模块22包括一种传感器6；其中，第二核心处理器5为单片机STC12C5A60S2。中间层模块22还包括第二电源7，其为第二核心处理器5供电。

第一核心处理器1、第二核心处理器5均与RS-485通信总线4通信。

传感器6包括但不限于温度传感器，湿度传感器，光照传感器，热释电传感器，PM2.5传感器，PM10传感器，以及各种有害气体传感器。

若干个中间层模块22一体地通过插接头24连接至底层模块23，用于实现参数融合和分析。

插接头24为四线制插接头，同时用作机械固定座、通信总线接口和供电接口。

服务器19设有编程接口，用于进行数据库共享。

服务器19为普通网络服务器，其具有足够大的存储空间，用于存储各个环境监测装置上传的环境数据。

服务器19具有独立IP地址，用于移动通信终端(比如平板电脑或手机)或Web终端20访问。

无线通信采用普通以太网18，应满足环境监测装置对服务器的访问要求，应当能够访问外网，设置路由器17与各个环境监测装置采用WIFI网络16无线通信。

环境监测装置设置于复式别墅11，普通住宅12，工厂车间13，办公环境14，或者学校教室15。

如图7所示，上述监测系统对应的塔式多参数环境监测方法，包括步骤：

(1)各个环境监测装置的中间层模块22通过多通道同时监测，并将各个传感器6采集的数据传送给底层模块23；

(2)底层模块23将数据发送至服务器19储存，然后通过局部融合中心，对同类传感器6采用自适应加权算法进行特征级融合；

(3)通过全局融合中心，对不同类型的传感器6进行决策级融合，通过对多个不同类型传感器6监测到的环境参数的共同作用，对环境状态做出精确的判定；

(4)给出环境改善建议和预测结果。

步骤(2)中，局部融合中心主要是采用自适应加权融合算法在时间和空间上对来自同类传感器6的多源数据进行融合，根据各个传感器6采集的数据自适应地寻找其对应的权数，以达到最优的融合结果。

步骤(3)中，全局融合中心主要采用D-S证据理论对各种环境参数进行融合，从而提高环境监测的准确度。

环境参数包括但不限于温度、湿度、光照度、人体感应、PM2.5、PM10和有害气体。

步骤(4)中，服务器19通过编程接口进行数据库共享，进而根据融合结果做出决策判断，以实现电气设备联动，包括空调、加湿器、空气净化器和新风换气机等，从而改善室内环境。

实施例2：

如图4所示，塔式多参数环境监测系统，包括服务器19，以及与其无线通信的若干个环境监测装置，如图5和图6所示，环境监测装置包括：

一底层模块23，用于控制中间层模块22和顶层模块21间的通信，向顶层模块21发送指令并接收中间层模块22返回的数据，同时与服务器19通信，将数据发送至服务器19储存；

若干个中间层模块22，无顺序任意叠加构成塔式结构，多通道同时监测，用于采集数据并传送给底层模块23；以及

一顶层模块21，用于显示中间层模块22的实时监测情况，以及当前的通信或网络信息。

如图1所示，底层模块23包括第一核心处理器1，以及与其通信的WIFI网络模块2，其中，第一核心处理器1为单片机STC12C5A60S2，WIFI网络模块2为HLK-RM04。底层模块23还包括第一电源3，其为第一核心处理器1供电。

如图2所示，中间层模块22包括第二核心处理器5，以及与其通信的不同类型的传感器6，每个中间层模块22包括一种传感器6；其中，第二核心处理器5为单片机STC12C5A60S2。中间层模块22还包括第二电源7，其为第二核心处理器5供电。

如图3所示，顶层模块21包括第三核心处理器8，以及与其通信的LCD显示屏9，其中，第三核心处理器8为单片机STC12C5A60S2。顶层模块21还包括第三电源10，其为第三核心处理器8供电。

第一核心处理器1、第二核心处理器5以及第三核心处理器8均与RS-485通信总线4通信。

传感器6包括但不限于温度传感器，湿度传感器，光照传感器，热释电传感器，PM2.5传感器，PM10传感器，以及各种有害气体传感器。

若干个中间层模块22一体地通过插接头24连接至底层模块23和顶层模块21，用于实现参数融合和分析显示。

插接头24为四线制插接头，同时用作机械固定座、通信总线接口和供电接口。

服务器19设有编程接口，用于进行数据库共享。

服务器19为普通网络服务器，其具有足够大的存储空间，用于存储各个环境监测装置上传的环境数据。

服务器19具有独立IP地址，用于移动通信终端(比如平板电脑或手机)或Web终端20访问。

无线通信采用普通以太网18，应满足环境监测装置对服务器的访问要求，应当能够访问外网，设置路由器17与各个环境监测装置采用WIFI网络16无线通信。

环境监测装置设置于复式别墅11，普通住宅12，工厂车间13，办公环境14，或者学校教室15。

如图7所示，上述监测系统对应的塔式多参数环境监测方法，包括步骤：

(1)各个环境监测装置的中间层模块22通过多通道同时监测，并将各个传感器6采集的数据传送给底层模块23；

(2)底层模块23将数据发送至服务器19储存，然后通过局部融合中心，对同类传感器6采用自适应加权算法进行特征级融合；

(3)通过全局融合中心，对不同类型的传感器6进行决策级融合，通过对多个不同类型传感器6监测到的环境参数的共同作用，对环境状态做出精确的判定；

(4)给出环境改善建议和预测结果。

步骤(1)中，底层模块23向顶层模块21发送指令，控制其与中间层模块22通信，以显示中间层模块22的实时监测情况，同时，还显示当前的通信或网络信息。

步骤(1)中，中间层模块22将传感器6采集到的数据传送给底层模块23，当所述数据超出设定安全值范围时，底层模块23给顶层模块21发出报警指令，控制顶层模块21发出报警声并在LCD显示屏9上闪烁显示。

步骤(2)中，局部融合中心主要是采用自适应加权融合算法在时间和空间上对来自同类传感器6的多源数据进行融合，根据各个传感器6采集的数据自适应地寻找其对应的权数，以达到最优的融合结果。

步骤(3)中，全局融合中心主要采用D-S证据理论对各种环境参数进行融合，从而提高环境监测的准确度。

环境参数包括但不限于温度、湿度、光照度、人体感应、PM2.5、PM10和有害气体。

步骤(4)中，服务器19通过编程接口进行数据库共享，进而根据融合结果做出决策判断，以实现电气设备联动，包括空调、加湿器、空气净化器和新风换气机等，从而改善室内环境。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。