一种实时智能的室内空气质量监测系统的制作方法

本发明涉及环境监控技术领域，具体涉及一种实时智能的室内空气质量监测系统。

背景技术：

目前的空气质量检测，一般需要专业人员带着仪器上门，一次智能检测一个时间点或一个时间段的数据，不能反映空气质量的变化，而且不能多参数同时采集，无法智能化联网等弊端。空气质量监测主要是对空气中的常规污染因子和气象参数进行24小时连续在线的监测，将分析出的数据提供给客户作为空气质量好坏的参考，并辅助环保决策，其中待监测因子包括：污染颗粒物、二氧化碳、氧气、甲醛、以及其他有害物质等。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种实时智能的室内空气质量监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种实时智能的室内空气质量监测系统，该系统包括传感器感知子系统、计算机分析终端、多个智能终端；传感器感知子系统用于采集室内的空气质量信息，传感器感知子系统包括由汇聚节点和多个部署于该室内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的空气质量信息，汇聚节点主要用于汇聚各传感器节点采集的空气质量信息并发送至所述计算机分析终端；所述计算机分析终端与多个智能终端连接，以将接收到的空气质量信息发送至所述多个智能终端。

在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括以下传感器的一种或多种：

粉尘传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的粉尘污染物的浓度；

pm2.5传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的pm2.5污染物的浓度；

甲醛传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的甲醛污染物的浓度；

有毒气体传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的有毒气体的浓度；

异味传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的异味的浓度；

二氧化碳传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的二氧化碳的浓度。

在一种实施方式中，所述计算机分析终端包括用于存储各传感器节点采集的空气质量信息的存储模块、用于显示各传感器节点采集的空气质量信息的显示模块，以及用于将空气质量信息发送至所述多个智能终端的发送模块。

进一步地，所述计算机分析终端还包括分析预警模块，用于对空气质量信息进行分析，在空气质量信息不符合设定的阈值条件时输出报警信息。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术，实现了室内空气质量信息的感知和采集，且能完成空气质量信息的实时共享。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的一种实时智能的室内空气质量监测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的计算机分析终端的结构示意框图。

附图标记：

传感器感知子系统1、计算机分析终端2、智能终端3、存储模块10、显示模块20、发送模块30、分析预警模块40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种实时智能的室内空气质量监测系统，该系统包括传感器感知子系统1、计算机分析终端2、多个智能终端3；传感器感知子系统1用于采集室内的空气质量信息，传感器感知子系统1包括由汇聚节点和多个部署于该室内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的空气质量信息，汇聚节点主要用于汇聚各传感器节点采集的空气质量信息并发送至所述计算机分析终端2；所述计算机分析终端2与多个智能终端3连接，以将接收到的空气质量信息发送至所述多个智能终端3。

在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括以下传感器的一种或多种：

粉尘传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的粉尘污染物的浓度；

pm2.5传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的pm2.5污染物的浓度；

甲醛传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的甲醛污染物的浓度；

有毒气体传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的有毒气体的浓度；

异味传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的异味的浓度；

二氧化碳传感器，用于实时检测所述空气质量监测区域中的二氧化碳的浓度。

在一种实施方式中，如图2所示，所述计算机分析终端2包括用于存储各传感器节点采集的空气质量信息的存储模块10，以及用于显示各传感器节点采集的空气质量信息的显示模块20。计算机分析终端2还包括用于将空气质量信息发送至所述多个智能终端3的发送模块30。

进一步地，所述计算机分析终端2还包括分析预警模块40，用于对空气质量信息进行分析，在空气质量信息不符合设定的阈值条件时输出报警信息。所述的输出报警信息，包括向多个智能终端3输出报警信息，和/或向显示模块20输出报警信息。

本实施例实现了对空气质量异常的及时预警。

其中阈值条件的设定，可以根据实际情况进行设置。在一种实施方式中，可针对不同空气质量信息设置不同的标准阈值，当空气质量信息超出对应的标准阈值判定该空气质量信息为异常，进而输出报警信息。其中，该报警信息可包括异常的空气质量信息，和/或异常的空气质量信息产生的位置。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术，实现了室内空气质量信息的实时感知和采集，且能完成空气质量信息的实时共享。

在一种能够实现的方式中，初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的空气质量信息发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的空气质量信息发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将空气质量信息发送至汇聚节点；设邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，网络初始时，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，并从其邻居节点集中选择相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为候选节点，为每个候选节点分配优先级；传感器节点选择下一跳节点时，向其各候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后，在向其发送反馈消息的候选节点中选择优先级最大的候选节点作为下一跳节点，其中候选节点在接收到所述请求消息后根据自身资源情况确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息。

其中，按照下列公式为每个候选节点分配优先级：

式中，uij为传感器节点i的候选节点j的优先级，z(i,j)为传感器节点i与该候选节点j的距离，z(i,r)为传感器节点i与其第r个候选节点的距离，z(j,s)为该候选节点j与汇聚节点的距离，z(r,s)为所述第r个候选节点与汇聚节点的距离，ni为传感器节点i的候选节点数量，ci为传感器节点i的邻居节点数量，cj为所述候选节点j的邻居节点数量，ci∩cj为传感器节点i与候选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，l1、l2为预设的影响因子，满足l1+l2＝1；y1、y2为预设的权重系数，满足y1+y2＝1。

本实施例中传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为候选节点，构建作为下一跳节点候选的候选节点集，限制了传感器节点至汇聚节点的路由路径的长度和方向，保障了空气质量信息的单向传输。

本实施例创新性地设定了优先级的指标，传感器节点选择下一跳节点时，向其各候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后，在向其发送反馈消息的候选节点中选择优先级最大的候选节点作为下一跳节点，有利于传感器节点尽可能选择关联性较少的候选节点，并尽可能地缩短传感器节点至汇聚节点的路由路径长度，从而减少空气质量信息传输的能耗，进一步延长无线传感器网络的寿命。

在一个实施例中，传感器节点按照下列公式定期更新自己的发送距离：

式中，gi(t)为传感器节点i在第t个周期更新的发送距离，gi(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新的发送距离，wi为传感器节点i的当前剩余能量，wi0为传感器节点i的初始能量，wmin为预设的能量下限，为取整函数，表示对取整，d为预设的基于能量的衰减系数，d的取值范围为[0.4,0.6]。

本实施例基于传感器节点的能量设定了发送距离的计算公式，创新性地为传感器节点发送空气质量信息的路由方式选择给出了较好的衡量标准，即传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的空气质量信息发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的空气质量信息发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将空气质量信息发送至汇聚节点。传感器节点基于发送距离选择合适的路由方式，有利于减少传感器节点发送空气质量信息的能量消耗，避免传感器节点因能量快速消耗而失效，保障无线传感器网络中路由的稳定性。

在一个实施例中，所述请求消息包括传感器节点为候选节点分配的优先级信息，候选节点在接收到所述请求消息后根据自身资源情况确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息，包括：

(1)候选节点在接收到所述请求消息后计算自己的辅助转发能力值：

式中，kj为候选节点j的辅助转发能力值，cj为候选节点j的缓存列表中的空气质量信息包数量，wt为预设的转发一个空气质量信息包的能耗，wj为候选节点j的当前剩余能量，et为预设的为一个空气质量信息包服务所消耗的带宽，ej为候选节点j的当前剩余带宽，uij为候选节点j的优先级；h1、h2为预设的影响因子，满足h1+h2＝1；

(2)若候选节点j向传感器节点i发送所述反馈消息，若候选节点j丢弃该请求消息，其中uir为传感器节点i的第r个候选节点的优先级，ni为传感器节点i的候选节点数量，与预设阈值系数，的取值范围为[0.4,0.6]。

本实施例为候选节点衡量自己的资源情况设定了辅助转发能力值的指标，候选节点在接收到所述请求消息后根据辅助转发能力值是否满足一定的条件，来确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息，有利于有效保证传感器节点的下一跳节点可以有足够的资源执行空气质量信息转发的任务，提高了空气质量信息传输的可靠性，同时有益于均衡网络中各传感器节点的资源。本实施例根据能量消耗情况和带宽消耗情况设定了辅助转发能力值的计算公式，使得辅助转发能力值能够有效地反映候选节点的资源利用情况，进而有效反映候选节点的转发空气质量信息的能力。

本发明利用上述无线传感器网络技术，实现了对空气质量信息的实时感知。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。