基于物联网和云计算的智能建筑集成系统及控制方法

文档序号:9923923阅读:387来源:国知局
基于物联网和云计算的智能建筑集成系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及智能建筑领域,具体设及基于物联网和云计算的智能建筑集成系统及 控制方法。
【背景技术】
[0002] 进入二十世纪八十年代,信息技术飞速发展,极大地促进了社会生产力的变革,人 们的生产、生活方式也随之发生了日新月异的变化。全球出现信息革命的高潮,知识经济、 可持续发展已引起广泛关注,在运样的技术背景下产生了智能建筑。
[0003] 建筑控制是在高度自动化、高精度控制、节能运行的工业控制的基础上发展而来 的。早期的建筑控制与工业控制类似,控制重点在源设备侧,只关注例如冷机、锅炉等大型 设备系统,被控设备相对较少但控制目标相对稳定。如今建筑控制系统满足①建筑为"人" 来服务,人在建筑中处于主体地位。被控环境的经常变化是由于人的经常变化而引起的。② "空间"逐渐成为建筑中关注的焦点。控制管理是在W空间为单元的基础上进行的。③W区 域为单位的跨专业设备的相互协作(照明、空调、遮阳、安防、电梯、变配电等)。树形结构是 国内外各智能建筑系统产品普遍采用的结构,与树形结构类似产品的共同点有:系统结构 均是树形分级的,存在各级建筑设备监控系统;对机电设备的接口;在上层实现集成;设计、 组网、调试过程。不同点有:总线标准(通信协议休同;DDC/PLC设计不同(计算能力,通信能 力,I /0接口种类、个数);提供不同的组态软件、集成软件。
[0004] 现有的上述产品存在诸多不足;第一,由于只能在各级监控中屯、系统实现跨设备 系统的协作,监控中屯、设备承担过多的"任务",不易改变,使其灵活性降低。第二,虽然各设 备均服务于同一单元,却需要在上层监控中屯、集成。第=,要求子系统的设备性能、系统结 构、每个设备/参数的物理位置均"投射"到监控中屯、。第四,由于组网、校核需要大量的人工 工作导致人员调度的灵活性不好。第四,由于需要在在监控中屯、编程实现逻辑因此需要兼 修建筑机电专业和IT专业的人才。

【发明内容】

[0005] 为解决现有技术存在的不足,本发明公开了基于物联网和云计算的智能建筑集成 系统及控制方法,建立了一个面向区域数据存储、计算与控制的智能节点构成的分布式计 算节点的S维网络,实现了节点即插即用,系统安装、调试与维护便捷的随机性目的。该系 统能有效实现空间内空调、照明、围护结构、电源、安防等所有设备的控制,集成解决所有控 制问题,采集标准的数据集(规定标准空间中,可能的设备/信息种类,W及每种信息的最大 个数、命名、数值表示方式)。
[0006] 为实现上述目的,本发明的具体方案如下:
[0007] 基于物联网和云计算的智能建筑集成系统,包括多个计算节点平台,每个计算节 点平台均与其相应的智能设备相连,每个计算节点平台作为相应区域中建筑室内环境控制 的基本单元,分布在各个区域中的计算节点平台连接成能够反应了建筑空间的连通结构的 S维网状网络拓扑结构;
[0008] 计算节点平台中的计算节点为传感节点或主节点,传感节点通过自组织方式构成 无线传感网络,传感节点将采集到的数据通过无线发送,沿着其他传感节点逐跳进行传输, 最终汇集到主节点,主节点与上位机通信,上位机通过网关与云服务器通信。
[0009] 进一步的,所述传感节点还接受主节点下传的控制命令,控制节点上的执行机构, 实现对环境参数的控制。
[0010] 进一步的,所述主节点连接着无线传感网络和上位机,实现了通信协议之间的转 换,同时将汇集的数据转发上位机,或向无线网络发布上位机下达的命令。
[0011] 进一步的,所述无线传感网络将采集到的数据通过主节点上传至上位机,上位机 进行数据处理,下达相应的控制命令,上位机还将无线传感网络中复杂的逻辑数据转换成 用户感兴趣的环境参数指标,便于环境参数的査询或控制。
[0012] 进一步的,所述上位机将主节点上传的数据存入数据库,通过分析处理,上位机同 时利用相应的控制算法得到控制命令,上位机作为网关的服务器再将命令下传网关,网关 作为桥梁将数据传输至云服务器。
[0013] 进一步的,所述计算节点平台提供标准接口与智能设备连接,也支持控制策略或 管理应用软件直接下载到计算节点平台。
[0014] 进一步的,所述计算节点分为基础模块和扩展模块两个部分;基础模块由处理模 块、无线模块及电源模块组成,其组成种类和数量固定不变;扩展模块包括传感模块、执行 模块或主节点,扩展模块可根据应用需要搭载在基础模块上,其组成种类和数量不固定。
[0015] 进一步的,网关是向云服务器传输的重要中间物理设备,网关将采集环境参数的 无线传感网络与互联网联系起来,使得无线传感网络内的任何一个计算节点在云服务器都 具有了唯一的设备ID号,网关将采集的数据上传到云服务器后,在云服务器实时显示并存 储,实现了数据的动态展示。
[0016] 进一步的,云服务器在提供网关的运行状态监视功能、远程控制功能外,还提供网 关应用程序升级、设备资源管理、数据服务、事件告警、消息总线及各种接入协议支持,构成 多层的实时信息采集、处理、展示的信息监控平台。
[0017] 基于物联网和云计算的智能建筑集成系统的控制方法,包括:
[0018] 将传感节点按照测控需求部署在家居环境中;
[0019] 传感节点通过自组织方式构成无线传感网络,传感节点将采集到的数据通过无线 发送,沿着其他传感节点逐跳进行传输,最终汇集到主节点;
[0020] 主节点连接着无线传感网络和上位机,实现了通信协议之间的转换,同时将汇集 的数据转发上位机,或向无线网络发布上位机下达的命令;
[0021] 传感节点接受主节点下传的控制命令,控制节点上的执行机构,实现对环境参数 的控制;
[0022] 上位机将主节点上传的数据存入数据库,通过分析处理,同时利用相应的控制算 法得到控制命令,上位机作为网关的服务器再将命令下传网关,网关作为桥梁将数据传输 至云服务器;
[0023] 网关将采集的数据上传到云服务器后,在云服务器实时显示并存储,实现了数据 的动态展示。
[0024] 本发明的有益效果:
[0025] 1、利用先进的物联网、嵌入式计算技术,实现特定室内区域空调、照明、电源、安防 等所有设备的智能控制和能耗监测;
[00%] 2、本发明中=维网状网络等效于多核服务器,处理器内核散步在建筑中,=维网 状结构的计算节点网络,实现整栋建筑(建筑群)智能化系统分布式集成;
[0027] 3、开发数据上传云存储设备的网关技术,提高重要数据的存储可靠性;
[00%] 4、基于云服务器实现了数据的可视化功能。
【附图说明】
[0029] 图1本发明的智能区域控制系统;
[0030] 图2本发明的系统结构示意图;
[0031] 图3本发明的云服务器架构。
【具体实施方式】:
[0032] 下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0033] 本发明采用先进的物联网、嵌入式计算技术。开发面向室内空间区域智能计算节 点,作为建筑室内环境控制的基本单元,实现特定室内区域中空调、照明、电源、安防等所有 设备的智能控制和能耗监测;分布在各个区域中的计算节点网络互连为空间=维网状结 构,实现整栋建筑(建筑群)智能化系统分布式集成。各节点均具有数据储存、清洗、聚类、挖 掘、优化、控制能力,开放性、自组织性强,即插即用的特点符合建筑空间利用的随机性,使 系统维护权仅限于区域节点。并且借助开发数据上传云存储设备的网关技术,提高重要数 据存储的可靠性,结合云计算实现了重要数据的远程可视化技术。
[0034] 本发明的基于物联网和云计算的分布式计算节点的智能建筑集成系统用于改进 现有技术中跨设备系统的协作只能在各级监控中屯、实现的方式,是对其的继承和发展。通 过测试智能居住环境系统平台中无线传感器网络信息的传输和环境中设备的主动控制,验 证基于无线传感器网络的智能居住环境系统平台的功能。实现系统工作状态的选择、系统 运行状态的监控、节点数据的采集、显示、存储和查询、相关设备的控制等。鉴于无线传感节 点的可移动性,网络系统在日后的功能扩展上具有相当大的自由度,可W随着用户的活动 范围进行灵活的扩张。并将开发数据通过网关上传至云存储设备,使重要数据的存储更加 可靠,通过云计算远程监测数据,实现数据的可视化功能。
[0035] 如图1所示,基于物联网和云计算的智能建筑集成系统由计算节点(CN)平台、智能 设备(系统)组成。CN为Computing Node的缩写。
[0036] (I)CN是建筑室内环境控制的基本单元,它可W实现特定室内区域的空调、照明、 电源、安防等所有设备的智能控制和能耗监测。
[0037] (2)由分布在各个区域中的CN连接成的S维网状网络构成系统平台的基本架构。 网络的拓扑结构直接反应了建筑空间的连通结构,实现了整栋建筑(建筑群)智能化系统分 布式集成。并且各个机电设备网络可W在此网络上通过定义VPN(虚拟私有网络,目的就是 利用公网的资源,把2个W上的节点连接成私有网络,运个私有网络是虚拟的,不受地域限 制)实现。
[0038] (3)每个处于同等地位的CN构成的系统等效于一台多核计算机,整体提供各种建 筑控制、管理需要的计算处理功能。CN及其联接结构可W随建筑空间变化而改变。
[0039] (4)集成的室内环境控制系统或者智能电视、电动窗帘、中央空调、电梯等等
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