一种玻璃幕墙智能传感器节点及方法与流程

本发明涉及一种幕墙实时状态监测的系统及方法，特别是涉及一种玻璃幕墙智能传感器节点及方法。

背景技术：

随着我国经济水平的迅速提高，城市人口密集急剧增大，为缓解人口压力而建设的高层建筑也逐渐增多，高层建筑多使用幕墙作为建筑外墙。我国幕墙行业从改革开放后的1983年开始起步以来，在上世纪90年代中期形成高潮，幕墙的市场使用量以年均500万m²的速度增长，多年来发展十分迅速。截至2012年，中国已有的幕墙总量约为5亿平方米，占全球总量的85％。

幕墙是建筑的外墙围护，不承重，像幕布一样挂上去，故又称为“帷幕墙”，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由面板和支承结构体系组成的，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所用作用的建筑外围护结构或装饰性结构。随着建筑艺术和材料科学的发展，玻璃幕墙已成为现代城市建筑尤其是高层建筑的首选外墙装饰。目前我国已成为世界第一玻璃幕墙生产和使用大国。但随着使用年限的增长，玻璃幕墙的隐患也逐渐暴露出来。

现有幕墙结构功能较为单一，不具有智能性；尤其是在技术发达的今天，空调使用率较高，使室内外温湿度形成跳跃性的变化，人出入室内外容易因为冷热交替对身体健康产生影响。玻璃幕墙的自爆、脱落都成为城市的安全隐患。玻璃幕墙的不正确施工，缺乏质量控制或意外事故以及极端外部环境都可能产生严重事故。为了能观察到材料的这些变化，并及时正确处理，损伤识别系统是至关重要的，结构监控能及时检查到这些异常状况，及时维护和保养，可以降低运营成本。无论是对建筑结构的设计单位或使用单位，保证玻璃幕墙的使用可靠性都是非常重要的和紧迫的。对于玻璃行业和建筑行业，每年应用在建筑幕墙玻璃的费用高达数亿元，如果将到期的幕墙玻璃全部换掉显然是个重大损失，但如果不做安全检测，每发生一起灾难事故，其经济损失也是无法用具体数据来衡量的。因此，幕墙智能化是现有市场急需的，研究对玻璃幕墙新型实用的监测设备，特别是传感器采集节点，用于检测和监测服役中的玻璃幕墙的健康状态及使用安全可靠性，对保证人民的生命财产安全以及推动玻璃深加工等行业的发展都具有重要意义。

目前，玻璃幕墙的传感器采集节点，种类繁多，行业标准不一，且针对每一项环境采集参数，都要搭建一套采集系统，成本高，效果不佳。目前较为成熟的，均是针对单一参数的传感器节点的研究，集成度高的的玻璃幕墙智能传感器节点还是空白，现有技术中的传感器采集节点存在通用性不高，使用成本高和检测效果不佳的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种玻璃幕墙智能传感器节点及方法，一种幕墙智能传感器节点，安装于幕墙墙体表面，包括：传感器、采集单元、数据处理单元、传输单元和供电单元；传感器设置于幕墙智能传感器节点与幕墙连结处，嵌入安装于幕墙墙体表面，用于获取幕墙传感信息；采集单元与传感器连接，用于从传感器采集幕墙传感信息；数据处理单元与采集单元连接，用于处理幕墙传感信息；传输单元与数据处理单元连接，用于通过网络连接向服务端发送幕墙状态信息；供电单元与数据处理传输单元、采集单元和传感器连接，用于为幕墙智能传感器节点供电。

于本发明的一实施方式中，传感器，包括：应力应变传感器、温湿度传感器和位移传感器，应力应变传感器、温湿度传感器和位移传感器集成安装；应力应变传感器，用于获取幕墙的应力应变信息；温湿度传感器，用于获取幕墙的温湿度信息；位移传感器，用于获取幕墙的位移信息。

于本发明的一实施方式中，采集单元，包括：信息接收组件和信息采集组件；信息接收组件用于采集传感器获取的应力应变信息、温湿度信息和位移信息；信息采集组件用于将应力应变信息、温湿度信息和位移信息集成为幕墙传感信息，信息采集组件与信息接收组件连接。

于本发明的一实施方式中，数据处理单元，包括：信息处理组件、连接配置组件；连接配置组件用于接收配置数据，并根据配置数据设定信息传输参数和报警指示信息；信息处理组件用于分析幕墙传感信息，并综合报警指示信息处理得幕墙状态信息。

于本发明的一实施方式中，传输单元，包括：状态接收组件和传输组件；状态接收组件用于接收幕墙状态信息；传输组件用于根据信息传输参数与服务端建立连接，并将幕墙状态信息发送至服务端，传输组件与状态接收组件连接。

于本发明的一实施方式中，信息处理组件，包括：滤波元件、分析元件和状态指示元件；滤波元件用于对幕墙传感信息滤波；分析元件用于分析滤波后的幕墙传感信息分析组件与滤波组件连接；状态指示元件用于根据报警指示信息进行状态指示，状态指示组件与分析组件连接。

于本发明的一实施方式中，网络连接元件和上行传输元件；网络连接元件用于发送入网请求并与服务端建立连接；上行传输元件用于向服务端传输幕墙状态信息，上行传输元件和网络连接元件连接。

于本发明的一实施方式中，一种幕墙智能传感器节点监测方法，包括：

获取幕墙传感信息；

从传感器采集幕墙传感信息；

处理幕墙传感信息；

并通过网络连接向服务端发送幕墙状态信息。

于本发明的一实施方式中，获取幕墙传感信息，包括：

获取幕墙的应力应变信息；

获取幕墙的温湿度信息；

获取幕墙的位移信息。

于本发明的一实施方式中，从传感器采集幕墙传感信息，包括：

采集传感器获取的应力应变信息、温湿度信息和位移信息；

将应力应变信息、温湿度信息和位移信息集成为幕墙传感信息。

于本发明的一实施方式中，处理幕墙传感信息，包括：

接收配置数据，并根据配置数据设定信息传输参数和报警指示信息；

分析幕墙传感信息，并综合报警指示信息处理得幕墙状态信息。

于本发明的一实施方式中，通过网络连接向服务端发送幕墙信息，包括：

接收幕墙状态信息；

根据信息传输参数与服务端建立连接，并将所示幕墙状态信息发送至服务端。

于本发明的一实施方式中，分析幕墙传感信息，并综合报警指示信息处理得幕墙状态信息，包括：

对幕墙传感信息滤波；

分析滤波后的幕墙传感信息；

根据报警指示信息进行状态指示。

于本发明的一实施方式中，根据信息传输参数与服务端建立连接，并将所示幕墙状态信息发送至服务端，包括：

发送入网请求并与服务端建立连接；

向服务端传输幕墙状态信息。

于本发明的一实施方式中，一种幕墙智能传感器节点服务端，包括：请求接收单元、入网权限设置单元、请求响应单元、传输配置单元和节点显示单元；请求接收单元，用于接收智能传感器节点的入网请求；入网权限设置单元，用于设置幕墙智能传感器节点的入网权限，入网权限设置单元与请求接收单元连接；请求响应单元，用于根据入网权限响应入网请求，与智能传感器节点建立网络连接，请求响应单元与入网权限单元连接；传输配置单元，用于配置幕墙智能传感器节点的信息传输参数，将配置数据发送至幕墙智能传感器节点，传输单元与请求响应单元连接；节点显示单元，用于显示幕墙状态信息对应的指示状态，节点显示单元与请求响应单元连接。

于本发明的一实施方式中，一种幕墙智能传感器节点远程控制方法，包括：

接收智能传感器节点的入网请求；

设置幕墙智能传感器节点的入网权限；

根据入网权限响应入网请求，与智能传感器节点建立网络连接；

配置幕墙智能传感器节点的信息传输参数，将信息传输参数发送至幕墙智能传感器节点；

接收幕墙状态信息并显示。

如上所述，本发明提供的一种玻璃幕墙智能传感器节点及方法，具有以下有益效果：

本发明公开了一种用于玻璃幕墙的智能传感器节点，智能传感器节点包括对节点模块供电的电源管理模块，对幕墙健康监测数据分析的数据处理与传输模块，用于采集玻璃幕墙数据的数据采集模块，用于监测玻璃幕墙各危险部位的应变传感器、温湿度传感器和位移传感器。该发明通过借助无线传输的手段将不同类型传感器高度集成，使智能传感器节点同时具备采集应力应变，温湿度以及位移等参数的功能，实现城市玻璃幕墙监测设备的集成化和简易化，其便携性和轻量性，为玻璃幕墙监测提供便利，也减少对玻璃幕墙的二次损坏。

附图说明

图1显示为本发明的一种幕墙智能传感器节点单元示意图。

图2显示为本发明的传感器示意图。

图3显示为本发明的采集单元组件示意图。

图4显示为本发明的数据处理单元组件示意图。

图5显示为本发明的传输单元组件示意图。

图6显示为本发明的信息处理组件元件示意图。

图7显示为本发明的传输组件元件示意图。

图8显示为本发明的一种幕墙智能传感器节点监测示意图。

图9显示为本发明的幕墙传感信息获取示意图。

图10显示为本发明的传感信息采集步骤示意图。

图11显示为本发明的数据处理步骤示意图。

图12显示为本发明的数据传输步骤示意图。

图13显示为本发明的数据处理分析步骤示意图。

图14显示为本发明的节点信息连接发送示意图。

图15显示为本发明的幕墙智能传感器节点服务端单元示意图。

图16显示为本发明的幕墙智能传感器节点远程控制方法步骤示意图。

元件标号说明

1 一种幕墙智能传感器节点

11 传感器

12 采集单元

13 数据处理单元

14 传输单元

15 供电单元

111 应力应变传感器

112 温湿度传感器

113 位移传感器

121 信息接收组件

122 信息采集组件

131 信息处理组件

132 连接配置组件

141 状态接收组件

142 传输组件

1311 滤波元件

1312 分析元件

1313 状态指示元件

1421 网络连接元件

1422 上行传输元件

21 请求接收单元

22 入网权限设置单元

23 请求响应单元

24 传输配置单元

25 节点显示单元

步骤标号说明

图8 S1～S4

图9 S11～S13

图10 S21～S22

图11 S31～S32

图12 S41～S42

图13 S321～S323

图14 S421～S422

图16 S1’～S6’

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图12，须知，本说明书所附图式所绘示的结构，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如”上”、”下”、”左”、”右”、”中间”及”一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，显示为本发明的一种幕墙智能传感器节点单元示意图，如图1所示，幕墙智能传感器节点1，安装于幕墙墙体表面，包括：传感器11、采集单元12、数据处理单元13和传输单元14和供电单元15；传感器11设置于幕墙智能传感器节点1与幕墙连结处，嵌入安装于幕墙墙体表面，用于获取幕墙传感信息，支持利用精密传感器采集玻璃的应变数据，同时采集玻璃所处环境的温湿度和位移数据；采集单元12与传感器11连接，用于从传感器11采集幕墙传感信息，支持对采集数据进行初步处理和分析；数据处理单元13与采集单元12连接，用于处理幕墙传感信息；传输单元14与数据处理单元15连接，用于通过网络连接向服务端发送幕墙状态信息，具备无线传输能力，将数据通过网关传输给云服务器，具备接收云服务器参数配置数据，如采样周期、上报周期、告警指示等；供电单元15与数据处理单元13、传输单元14、采集单元12和传感器11连接，用于为幕墙智能传感器节点1供电，供电单元可以显示电量状态，支持电池和外接电源两种供电方式，具有充电和电量监测功能，且具备防水功能。

请参阅图2，显示为本发明的传感器示意图，如图2所示，传感器11，包括：应力应变传感器111、温湿度传感器112和位移传感器113，应力应变传感器111、温湿度传感器112和位移传感器113集成安装；应力应变传感器111，用于获取幕墙的应力应变信息；温湿度传感器112，用于获取幕墙的温湿度信息；位移传感器113，用于获取幕墙的位移信息，该智能传感器节点的传感器11具备应力应变，温湿度以及位移等功能参数的同时采集，应变传感器、温湿度传感器和位移传感器用来监测参数：温湿度，应变，位移。应变测量支持半桥和全桥两种模式；传感器有热电偶、应变片等。可以用于玻璃幕墙的安全监测，易于维护。

请参阅图3，显示为本发明的采集单元组件示意图，如图3所示，采集单元12，包括：信息接收组件121和信息采集组件122；信息接收组件121用于采集传感器11获取的应力应变信息、温湿度信息和位移信息；信息采集组件122用于将应力应变信息、温湿度信息和位移信息集成为幕墙传感信息，信息采集组件122与信息接收组件121连接，采集单元通过信息接收组件11接收传感器11中各种传感器获取的玻璃幕墙实时感应数据，在通过信息采集组件122对玻璃幕墙的感应数据进行汇总，通过采集单元12与传感器11之间的连接将感应数据发送至数据处理单元13。

请参阅图4，显示为本发明的数据处理单元组件示意图，如图4所示，数据处理单元13，包括：信息处理组件131和连接配置组件132；连接配置组件132用于接收配置数据，并根据配置数据设定信息传输参数和报警指示信息；信息处理组件131用于分析幕墙传感信息，并综合报警指示信息处理得幕墙状态信息，具备多种告警信息指示，这里实时报警是指智能传感器通过本地配置，立即唤醒本地节点并且向数据中心完成指定报警任务。节点最长响应延时为10秒，信息处理组件131对采集单元12发来的玻璃幕墙感应数据进行处理，连接配置组件132配置网络连接参数，网络连接参数包。

请参阅图5，显示为本发明的传输单元组件示意图，如图5所示，传输单元14，包括：状态接收组件141和传输组件142；状态接收组件141用于接收幕墙状态信息；传输组件142用于根据信自传输参数与服务端建立连接，节点自动寻找附近接收信号最强的网关(集中器)，自动提交入网请求，并将幕墙状态信息发送至服务端，传输组件142与状态接收组件141连接，传输组件142根据设定的上传周期等网络参数进行传输。

请参阅图6，显示为本发明的信息处理组件元件示意图，如图6所示，信息处理组件131，包括：滤波元件1311、分析元件1312和状态指示元件1313；滤波元件1311用于对幕墙传感信息滤波；分析元件1312用于分析滤波后的幕墙传感信息，分析元件1312与滤波组件1311连接；状态指示元件1313用于根据报警指示信息进行状态指示，状态指示元件1313与分析元件1312连接。

传输组件142包括：网络连接元件1421和上行传输元件1422；网络连接元件1421用于发送入网请求并与服务端建立连接；上行传输元件1422用于向服务端传输幕墙状态信息，上行传输元件1422和网络连接元件1421连接。

请参阅图8，显示为本发明的一种幕墙智能传感器节点监测示意图，如图8所示，一种幕墙智能传感器节点监测方法，包括：

S1、获取幕墙传感信息，通过集成的温湿度传感器、应力应变传感器和位移传感器获取实时的幕墙状态数据；

S2、从传感器采集幕墙传感信息，从集成的传感器采集安装智能传感器节点玻璃幕墙的应力应变、温湿度和位移等传感信息；

S3、处理幕墙传感信息，从采集单元获取玻璃幕墙的实施感应信息，并根据预设的参数信息综合处理和分析玻璃幕墙的实时状态信息；

S4、并通过网络连接向服务端发送幕墙状态信息，根据网络参数，以特定周期向云服务器发送玻璃幕墙状态信息。

请参阅图9，显示为本发明的幕墙传感信息获取示意图，如图9所示，Sl、获取幕墙传感信息，包括：

S11、获取幕墙的应力应变信息，使智能传感器节点具备采集应力应变参数的功能，对玻璃幕墙收到外力应力的实时状态信息进行获取，应变测量支持半桥和全桥两种模式；传感器有热电偶、应变片等；

S12、获取幕墙的温湿度信息，使智能传感器节点具备采集温湿度参数的功能，获取玻璃幕墙的温度和湿度数据；

S13、获取幕墙的位移信息，使智能传感器节点具备采集位移参数的功能，获取玻璃幕墙的位移状态，监控玻璃幕墙是否移位。

请参阅图10，显示为本发明的传感信息采集步骤示意图，如图10所示，S2、从传感器采集幕墙传感信息，包括：

S21、采集传感器获取的应力应变信息、温湿度信息和位移信息；

S22、将应力应变信息、温湿度信息和位移信息集成为幕墙传感信息。

请参阅图11，显示为本发明的数据处理步骤示意图，如图11所示，S3、处理幕墙传感信息，包括：

S31、接收配置数据，并根据配置数据设定信息传输参数和报警指示信息，配置数据由云服务器发送，根据接收到的配置数据，确定采样周期、上传周期和报警指示；

S32、分析幕墙传感信息，并综合报警指示信息处理得幕墙状态信息，以实时获取的玻璃幕墙状态信息与报警指示综合得幕墙状态信息，支持对采集数据进行初步处理和分析。

请参阅图12，显示为本发明的数据传输步骤示意图，如图12所示，S4、通过网络连接向服务端发送幕墙信息，包括：

S41、接收幕墙状态信息，接收经过处理和分析的幕墙状态信息；

S42、根据信息传输参数与服务端建立连接，并将所示幕墙状态信息发送至云服务器，智能传感器节点根据云服务器端设定的入网权限与云服务器建立网络连接，并按照上传周期上传幕墙状态信息。

请参阅图13，显示为本发明的数据处理分析步骤示意图，请参阅图13，S32、分析幕墙传感信息，并综合报警指示信息处理得幕墙状态信息，包括：

S321、对幕墙传感信息滤波，在对采集单元12从传感器11获取的幕墙传感信息进行滤波提高幕墙数据质量供分析；

S322、分析滤波后的幕墙传感信息，对集成的幕墙传感信息进行分析处理；

S323、根据报警指示信息进行状态指示，根据云服务器下行发送至智能传感器节点的报警指示，根据报警指示处理报警信息并上行传输。

请参阅图14，显示为本发明的节点信息连接发送示意图，如图14所示，S42、根据信息传输参数与云服务器建立连接，并将所示幕墙状态信息发送至服务端，包括：

S421、发送入网请求并与服务端建立连接，智能传感器节点自动寻找附近接收信号最强的网关(集中器)，自动提交入网请求；

S422、向云服务器传输幕墙状态信息，智能传感器节点将玻璃幕墙的温湿度信息、应力应变信息、位移信息、和报警信息上行发送至云服务器。

请参阅图15，显示为本发明的一种幕墙智能传感器节点服务端单元示意图，如图15所示，一种幕墙智能传感器节点服务端2，包括：请求接收单元21、入网权限设置单元22、请求响应单元23、传输配置单元24和节点显示单元25；请求接收单元21，用于接收智能传感器节点的入网请求；入网权限设置单元22，用于设置幕墙智能传感器节点的入网权限，入网权限设置单元22与请求接收单元21连接；请求响应单元23，用于根据入网权限响应入网请求，与智能传感器节点建立网络连接，请求响应单元23与入网权限设置单元连接22；传输配置单元24，用于配置幕墙智能传感器节点的信息传输参数，将配置数据发送至幕墙智能传感器节点传输配置单元24与请求响应单元23连接；节点显示单元25，用于显示幕墙状态信息对应的指示状态节点显示单元25与请求响应单元23连接。

请参阅图16，显示为本发明的幕墙智能传感器节点远程控制方法步骤示意图，如图16所示，一种幕墙智能传感器节点远程控制方法，包括：

S1’、接收智能传感器节点的入网请求，网关(集中器)完成对请求节点的身份认证后，自动通知该节点是否允许其加入网络；

S2’、设置幕墙智能传感器节点的入网权限，云服务器对不同幕墙上安装的智能传感器节点是否可以加入网络设定，在智能传感器节点具有合法物理地址时连接建立，通过定时上下行数据通信或实时召测等方式通过网关(集中器)，这里定时上下行数据通信是指数据中心通过远程配置，通知网关(集中器)何时唤醒所有入网节点并且完成指定的上下行数据通信任务；

S3’、根据入网权限响应入网请求，与智能传感器节点建立网络连接；

S4’、配置幕墙智能传感器节点的信息传输参数，将信息传输参数发送至幕墙智能传感器节点，实时通知网关(集中器)立即唤醒一个或者多个入网节点并且完成指定的上下行数据通信任务；

S5’、接收幕墙状态信息并显示，用户根据界面显示的状态信息对玻璃幕墙的状态进行实时监测。

综上所述，本发明提供的一种幕墙智能传感器节点，安装于幕墙墙体表面，其特征在于，包括：传感器、采集单元、数据处理传输单元和供电单元；传感器获取幕墙传感信息；所述采集单元与所述传感器连接，采集单元从所述传感器采集所述幕墙传感信息；所述数据处理传输单元处理所述幕墙传感信息，并通过网络连接向服务端发送幕墙数据；所述供电单元为所述幕墙智能传感器节点供电，本发明公开了一种用于玻璃幕墙的智能传感器节点，智能传感器节点包括对节点模块供电的电源管理模块，对幕墙健康监测数据分析的数据处理与传输模块，用于采集玻璃幕墙数据的数据采集模块，用于监测玻璃幕墙各危险部位的应变传感器、温湿度传感器和位移传感器。该发明通过借助无线传输的手段将不同类型传感器高度集成，使智能传感器节点同时具备采集应力应变，温湿度以及位移等参数的功能，实现城市玻璃幕墙监测设备的集成化和简易化，其便携性和轻量性，为玻璃幕墙监测提供便利，也减少对玻璃幕墙的二次损坏，解决了传统技术中存在的使用成本高、通用性差和监测效果不佳的技术问题，具有很高的商业价值和实用性。