一种基于物联网的古建筑监测预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网技术与古迹保护技术领域，特别是一种基于物联网的古建筑监测预警系统。
【背景技术】
[0002]中国古代建筑作为世界的三大建筑体系之一，有着最长久的历史、最广泛的分布区域以及异常鲜明的风格体系，是中国历史文化中重要和宝贵的组成部分。中国拥有数量庞大的古建筑，其中有很多已经被列入了世界文化遗产。然而，随着岁月的侵蚀、各种自然灾害以及近年来日益严重的环境污染问题的影响，古建筑的腐蚀及损坏已经成为一个不可忽视的问题。
目前，古建筑的损坏大致可以归结为形变、霉变、裂缝、坍塌、虫害、风化、脱落等。引起这些损坏的原因比较复杂，是多种环境因素综合作用的结果，例如古建筑建筑材料组成和性质(木质或砖石材料)、温度、湿度、浮尘、可溶性盐、微生物、光照、风向、风速、震动和各种大气污染物，包括含硫、含氮、含酸的气体和气溶胶状态污染物中的光化学烟雾，都可能会对古建筑造成较大的影响。特别是常年处于室外环境中的古建筑更易受到环境污染的影响。类似的例子如全国重点文物保护单位一一北京国子监街孔庙内的“进士题名碑林”中的石碑表面近年来由于大气污染和酸雨出现了严重的腐蚀脱落现象。大钟寺的钟刻、故宫的汉白玉栏杆和石刻，以及卢沟桥的石狮等，也都存在不同程度的腐蚀或脱落现象。相反，在空气质量好的地区，古建筑被损害的机会则大大降低，例如福建省东山岛上的关帝庙里极富闽南地方艺术特色的彩瓷剪贴雕，色彩至今鲜艳夺目，很大程度就得益于东山岛上无大型工业，汽车等交通工具也相对较少，空气质量佳，大气污染物少，从而减少了庙壁上色彩被氧化的机会。由此可见，古建筑的周边环境是一种随时间动态变化的复杂状态。
[0003]因此，在古建筑的监测体系中，如果反应其实际状态的各种监测数据得不到有效集成和长期分析，就很难总结出古建筑的损坏规律，更谈不上有效地为古建筑的预测性保护制定“量身定做”的决策性依据了。反之，在得到相关数据的基础上，有效的分析，根据其本身材质、所属客观环境所制定得保护方案，也是古建筑保护手段中科学性、标准性的体现。
[0004]古建筑由于其自身的特殊性，其所处环境与本体往往需要保持原真性，由于古建筑属于不可移动物质文化遗产，所以其所在客观环境大多不可更变，而其本体则在很多时候连钉子都不允许钉，更何况打眼开槽布管了，所以采用异地保护及有线布线的方法是不可行的。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于物联网的古建筑监测预警系统，本发明有效提高了监测古建筑相关环境因素数据在时间上的连续性和空间分布的高效性，同时大大降低了人力物力的成本，能够应对突发的灾害而做出及时的预警。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
根据本发明提出的一种基于物联网的古建筑监测预警系统，包括用于监测古建筑环境的无线传感器网络、云端数据服务器、报警器、实时监控平台；其中，
所述无线传感器网络包括网关节点、部署在古建筑各处的若干个传感节点，传感节点包括传感器模块、接口电路、第一控制器模块、第一无线通信模块；所述网关节点包括第二无线通信模块、第二控制器模块、网络通信模块；
传感器模块，用来采集环境参数，输出环境参数信号至接口电路；
接口电路，用来放大环境参数信号，并将放大后的环境参数信号转换成数字信号至第一控制器模块；
第一控制器模块，用来对接收的数字信号进行处理，输出处理后的第一数据至无线通信模块；
第一无线通信模块，用来将处理后的第一数据输出至第二无线通信模块；
第二无线通信模块，用来将接收的第一数据输出至第二控制器模块；
第二控制器模块，用来对接收的第一数据进行处理，输出第二数据至网络通信模块；
网络通信模块，用来将收到的第二数据输出至云端数据服务器；
云端数据服务器，用来对接收到的第二数据进行融合处理，输出融合处理后的数据至实时监控平台；当融合处理后的数据超过预设的报警阈值时，输出报警信号至报警器；实时监控平台，用来将接收的融合处理后的数据进行实时更新和显示。
[0007]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述实时监控平台包括PC端监控系统和移动终端监控系统，其中，PC端监控系统用来查询古建筑所处环境的参数信息；移动终端监控系统用来实时查看监测信息。
[0008]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述无线传感器网络为星型或者网状网络。
[0009]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述环境参数为温度、湿度、PM2.5浓度、光照强度、震动、风速、含硫和含氮气体浓度、二氧化碳浓度。
[0010]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述传感器模块为温度传感器、湿度传感器、PM2.5浓度传感器、光照强度传感器、震动传感器、风速传感器、测量含硫和含氮气体浓度传感器、测量二氧化碳浓度传感器。
[0011]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述第一控制器模块为Atmel公司的AVR单片机Atmega 328。
[0012]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述第一无线通信模块、第二无线通信模块均为TI公司的CC2530芯片。
[0013]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述第二控制器模块为ARMlO处理器。
[0014]作为本发明所述的一种基于物联网的古建筑监测预警系统进一步优化方案，所述网络通信模块为WiFi或者4G网络扩展板。
[0015]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果: (1)本发明通过无线传感器网络实现各节点之间的通信，无需布线，结构简单，安装维护简便；
(2)本发明采用的是低成本高性能的解决方案，性价比高；
(3)本发明以古建筑的结构及材料性质等方面作为出发点进行设计，设计合理，实时性好，用户可以通过多种方式实现对古建筑周围环境的相关参数的监测；
(4)本发明采用模块化设计的思想，可扩展性强，并且可按照用户的实际需求进行模块化订制；
(5)本发明实现了控制中心和位于古建筑的管理工作人员的实时交互，提高了效率，同时操作简单。
【附图说明】
[0016]图1为基于物联网的古建筑环境监测无线传感器网络的传感节点的结构图。
[0017]图2为基于物联网的古建筑监测预警系统原理图。
[0018]图3为基于物联网的古建筑环境监测无线传感器网络的网状网络拓扑图。
[0019]图4为基于物联网的古建筑监测预警系统的采集和传送数据的流程图。
[0020]图5为监控中心对古建筑的环境进行实时监控的流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本发明中设计的系统包括用于监测古建筑环境的无线传感器网络、云端数据服务器、实时监控平台；其中，
所述无线传感器网络包括网关节点、部署在古建筑各处的若干个传感节点，传感节点包括传感器模块、接口电路、第一控制器模块、第一无线通信模块；所述网关节点包括第二无线通信模块、第二控制器模块、网络通信模块；
传感器模块，用来采集环境参数，输出环境参数信号至接口电路；
接口电路，用来放大环境参数信号，并将放大后的环境参数信号转换成数字信号至第一控制器模块；
第一控制器模块，用来对接收的数字信号进行处理，输出处理后的第一数据至无线通?目模块;;
第一无线通信模块，用来将处理后的第一数据输出至第二无线通信模块；
第二无线通信模块，用来将接收的第一数据输出至第二控制器模块；第二控制器模块，用来对接收的第一数据进行处理，输出第二数据至网络通信模块；
网络通信模块，用来将收到的第二数据输出至云端数据服务器；
云端数据服务器，用来对接收到的第二数据进行融合处理，输出融合处理后的数据至实时监控平台；
实时监控平台，用来将接收的融合处理后的数据进行实时更新和显示。
[0022]所述实时监控平台包括PC端监控系统和移动终端监控系统，其中，PC端监控系统用来查询古建筑所处环境的参数信息；移动终端监控系统用来实时查看监测信息。
[0023]所述无线传感器网络为星型或者网状网络。
[0024]所述环境参数为温度、湿度、PM2.5浓度、光照强度、震动、风速、含硫和含氮气体浓度、二氧化碳浓度。
[0025]所述传感器模块为温度传感器、湿度传感器、PM2.5浓度传感器、光照强度传感器、震动传感器、风速传感器、测量含硫和含氮气体浓度传感器、测量二氧化碳浓度传感器。
[0026]所述第一控制器模块为Atmel公司的AVR单片机Atmega 328。
[0027]所述第一无线通信模块、第二无线通信模块均为TI公司的CC2530芯片，通过采用IEEE 802.15.4标准的Zigbee技术，可以在节点之间形成自组织网络(例如网状网络、星型网络和树状网络)。无线通信模块一方面通过串口与控制器模块相连，接收控制器模块传来的已处理过的数据，另一方面将数据通过自组织网络选择合适的路径上传至网关节点。
[0028]所述第二控制器模块为ARMlO处理器。
[0029]所述网络通信模块为WiFi或者4G网络扩展板；以便适应不同的网络环境。该模块负责完成网络层的功能，将从控制器模块收到的数据上传至互联网上的云端数据服务器进行融合处理。
[0030]所述的云端数据服务器采用SaaS构架，具体包括:Web服务器、隔离层、服务层、数据库。所述的Web服务器与所述的隔离层相连；所述的隔离层与所述的服务层相连；所述的服务层与所述的数据库相