用于馆藏文物的展存环境智能监测系统的制作方法

1.本发明涉及馆藏文物的保存保管等技术领域，尤其涉及一种用于馆藏文物的展存环境智能监测系统。


背景技术：

2.现有技术中，博物馆中展柜内部的环境条件对于馆藏文物的保存和保管工作起到尤为重要的作用，由于一些馆藏文物的特性，必须保持展柜内部的恒温恒湿的条件，因此对展柜内部的环境控制显得尤为重要。
3.例如：申请公布号：cn107065990a的专利文件中就公开了“一种馆藏文物展示微环境调节控制系统”，该技术方案属于馆藏文物监测技术领域，系统包括：数据采集模块、调控设备、控制器以及服务器；服务器与所述数据采集模块网络连接；控制器安装于所述调控设备上且与所述调控设备耦合。控制器与服务器通讯连接。通过服务器处理数据采集模块采集的参数数据并发送调控指令给控制器，使得控制器打开或关闭调控设备，以此实现馆藏文物保存环境的自动调控，进行远程实时监测和数据存储无线传输，有效地提高文物保护的效率。
4.显然上述技术方案有以下不足，对展馆内部的环境检测调控不够灵敏，大多数的馆藏文物中是通过展柜内部设置的传感器检测数据，将数据信息传递至恒温恒湿系统中进行调节，一方面是恒温恒湿系统到达展柜的距离较长，管道内部会相应损失较多的湿气，因此恒温恒湿系统中调节后到达展柜中的湿气会不够精确。
5.另外一方面是温湿度传感器在展柜内部的数据检测不够精确，因为温湿度传感器通常是安装展柜内部，当展柜规模较大时，展柜内部的湿气分布的不够均匀就会导致检测数据不够准确，相应的导致调控不够准确的。
6.并且，恒温恒湿系统中相应调节的湿气最初是从调控水箱中进入的，调控水箱中多是设置发泡装置通过鼓风机将空气通入至水箱中，通过发泡装置形成气泡，气泡上升破裂后将水分混合在空气中，形成湿气，然后送入至恒温恒湿系统中在进行精准调节，现有技术中多数水箱中的发泡装置发泡位置单一，发泡区域不够广泛，导致发泡效率较低，发泡量不足等问题，另外如果直接将发泡孔设置较小较密，可以增加发泡量，但是也会相应增加发泡装置承受的压力，鼓风机进入的风量较大的情况下，而空气又无法及时的从发泡孔排出的话，发泡装置承受压力也会相应增加；因此水箱的供气也会影响恒温恒湿的调节。
7.因此，为了解决上述问题，需要研发一种用于馆藏文物的展存环境智能监测系统。


技术实现要素：

8.本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用于馆藏文物的展存环境智能监测系统；其技术方案如下：
9.一种用于馆藏文物的展存环境智能监测系统，包括设备层、网络接入层、数据中心层以及业务应用层；
10.所述的设备层包括展柜恒温恒湿调节系统、展存环境监控系统、客流监控系统以及终端设备扩展系统；所述的网络接入层包括设备接入网关、传感器接入网关、客流量及兴趣点接入网关以及拓展功能接入网关；
11.所述的数据中心层则相应包括设备云以及展厅数据终端一体机；
12.所述的展柜恒温恒湿调节系统通过设备接入网关与数据中心层实现通信；所述的展存环境监控系统通过传感器接入网关与数据中心层实现通信；所述的客流监控系统通过客流量及兴趣点接入网关与数据中心层实现通信；所述的终端设备扩展系统通过拓展功能接入网关与数据中心层实现通信。
13.而所述的业务应用层则相应包括与数据中心层相互通信的本地监控装置、远程监控装置以及移动app监控装置。
14.进一步地，所述的展柜恒温恒湿调节系统包括若干展柜、智能恒温恒湿调节机组以及供气机组，所述的供气机组通过供气管道向智能恒温恒湿调节机组提供湿气，所述的智能恒温恒湿调节机组将湿气精准调控后通过供气管道送入至展柜内，且每一展柜的进气口处还均设置有智能流量分配器以及节流器，智能恒温恒湿调节机组提供的湿气经过流量分配器以及节流器的配合调节后通入至展柜内；
15.且所述展柜的上端还安装有密封板，该密封板的中间位置处设置有渡气口，而展柜的上端部柜板的两侧又相应设置有出气口，且两出气口的内侧还相应安装有温湿度传感器，该温湿度传感器相应与智能恒温恒湿调节机组相互通信，而智能流量分配器与智能恒温恒湿调节机组通过无线数据网关实现通信。
16.进一步地，所述的展存环境监控系统包括温湿度传感器、光照度传感器、紫外线传感器以及有害气体传感器，上述传感器均可相应通过传感器网关将数据传递至展厅数据终端一体机，并可上传至本地监控装置、远程监控装置以及移动app监控装置。
17.进一步地，所述的设备云技术采用先进的mm技术，相应增加数据中间层，让数据和业务逻辑解耦，系统兼容zigbee、wi-fi、3g、4g、5g以及rj45传输技术。
18.进一步地，所述的客流监控系统包括客流信息采集终端以及兴趣热点信息擦剂终端。
19.进一步地，所述的供气机组包括水箱和鼓风机，该鼓风机上的鼓风管道从水箱底部向上伸入至水箱内，该鼓风管道的上端部安装有一悬空板，该悬空板上安装有加热元件，且鼓风管道的上端外侧还固定有一发泡内箱，该发泡内箱将整体悬空板以及加热元件包括在内，且该发泡内箱的箱体侧壁上还设置有发泡内孔；
20.所述鼓风管道的下端外侧还安装有一固定套筒，该固定套筒设置在发泡内箱的下方，且该固定套筒的外部还相应套装有一旋转套筒，而该旋转套筒的上端外侧又相应固定安装有一体式的发泡外箱，该发泡外箱向上方延伸，相应将发泡内箱整体包括在内，发泡外箱与发泡内箱之间设置有间隙，所述发泡外箱的箱体侧壁上设置有发泡外孔，且发泡外箱可在旋转套筒的带动下旋转；
21.所述水箱的上端还设置有出气管，该出气管连接至智能恒温恒湿调节机组，可相应将湿气送入，而所述的智能恒温恒湿调节机组又可相应控制鼓风机以及加热元件的工作功率。
22.进一步地，所述的供气机组还包括驱动机构，该驱动机构包括设置在水箱下方的
驱动电机，该驱动电机的驱动杆竖直向上伸入水箱中，且杆端安装有驱动齿轮；而所述旋转套筒的下端外侧则相应设置有一圈环形齿条，所述的驱动齿轮与环形齿条啮合安装，通过驱动机构可相应带动旋转套筒和发泡外箱旋转。
23.进一步地，所述发泡内孔的直径大于发泡外孔，所述鼓风管道的上端外侧设置有斜向伸出的支撑杆，所述的悬空板通过支撑杆悬空固定，悬空板与鼓风管道的端口之间留有出气间隙。
24.进一步地，所述的鼓风管道与水箱的下端接触部位处还安装有支撑筋，通过支撑筋将鼓风管道稳固的安装在水箱内，且鼓风管道外侧还设置有电源装置，该电源装置的电源线伸入至鼓风管道内向上与加热元件相连。
25.有益效果：本发明具有以下有益效果：
26.(1)本发明的展存环境智能监控系统是专为博物馆、美术馆、艺术馆等文博机构定制开发的文物展览与保存环境监测、调控及管理的集成化智能物联网平台，本发明的系统采用了先进的m2m(machine-to-machine)设备云技术，较以往传统的系统增加了数据中间层，让数据和业务逻辑解耦，使得整个业务系统变的更加简单灵活，并具有极强的集成和扩展性，系统兼容zigbee、wi-fi、3g、4g、5g和有线\rj45等多种通信方式的传感器、设备端和相关执行器的接入，并可提供公共云、私有云、本地单机版等多种部署选择，是国内领先且独特的专业文物保护物联网平台；
27.(2)本发明的整体科技技术支撑展览，展览的所有文物均采用恒温恒湿保护措施，展柜、灯光等设备，也充分考虑了文物预防性保护要求，为大量的漆木器、竹简原件展出，保驾护，且可以设置用于保存曾侯乙编钟的超大型展柜，运用了智能的恒温恒湿和机械控制技术，为特大型智能展柜的开发与运用积累了经验；
28.(3)本发明还在馆藏文物的环境监控系统的基础上专门针对展柜设置了展柜的集中控制智能恒温恒湿的调节系统，该系统可配合大型恒湿设备协同工作，可实现单体恒湿设备集中控制多组展柜微环境的基础上通过对送入每个展柜的气流进行智能化的精准控制，以达到按需分配精确调控的目的，同时还可在一定条件下实现多展柜的差异化湿度管理，使展柜微环境湿度调控更加智能和高效；
29.(4)本发明中展柜恒温恒湿调节系统中还相应调整了温湿度传感器的位置，在展柜的上端设置一个密封板，密封板下方的空间为文物放置空间，而上方空间则作为湿气排放空间，密封板中间位置设置一个渡气口，展柜上端部柜板两侧设置出风口，而温湿度传感器设置在出风口的内侧，这样设置后，从流量分配器和节流阀进入的湿气最终会从经过渡气口从上端两侧的出气口排出，那么温湿度传感器就可以更加方便的检测到温湿度数据，并且该位置已经是出气位置，如果该位置的温湿度数据符合展柜内部的环境要求，那么证明进入的使湿气也基本符合要求，而如果检测到湿度较低，则可相应加大流量或调解增加湿度；如果检测的湿度较高，则相应减小流量或者调节减少湿度，这样设置后就不用担心因为展柜较大导致温湿度传感器检测的数据不准的问题；
30.(5)本发明还配合设置了一套新的供气机组，通过设置的鼓风机可相应向水箱内鼓风，通过双层发泡箱以及双层发泡孔的设置，可在增加发泡量的同时相应减小发泡箱的承受压力，并且外部发泡外箱可旋转，有效增加发泡量，并且相应将加热元件设置在发泡内箱中，从最内层开始加热，加热均匀，加热效率提升，另外恒温恒湿机组还可相应调节鼓风
机以及加热元件的工作功率，用以控制气体湿度，之后再配合展柜上的智能流量分配器以及节流器达到精准控制的目的。
附图说明
31.图1为本发明系统结构图；
32.图2为本发明中展柜恒温恒湿调节系统结构图；
33.图3为本发明中展柜结构图；
34.图4为本发明中供气机组结构图。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
36.如图1所示，一种用于馆藏文物的展存环境智能监测系统，其特征在于：包括设备层、网络接入层、数据中心层以及业务应用层；
37.设备层包括展柜恒温恒湿调节系统101、展存环境监控系统102、客流监控系统103以及终端设备扩展系统104；网络接入层包括设备接入网关105、传感器接入网关106、客流量及兴趣点接入网关107以及拓展功能接入网关108。
38.数据中心层则相应包括设备云109以及展厅数据终端一体机110。
39.展柜恒温恒湿调节系统101通过设备接入网关105与数据中心层实现通信；展存环境监控系统102通过传感器接入网关106与数据中心层实现通信；客流监控系统103通过客流量及兴趣点接入网关107与数据中心层实现通信；终端设备扩展系统104通过拓展功能接入网关108与数据中心层实现通信。
40.而业务应用层则相应包括与数据中心层相互通信的本地监控装置111、远程监控装置112以及移动app监控装置113。
41.展存环境监控系统102包括温湿度传感器6、光照度传感器、紫外线传感器以及有害气体传感器，上述传感器均可相应通过传感器网关将数据传递至展厅数据终端一体机110，并可上传至本地监控装置111、远程监控装置112以及移动app监控装置113；设备云109技术采用先进的m2m技术，相应增加数据中间层，让数据和业务逻辑解耦，系统兼容zigbee、wi-fi、3g、4g、5g以及rj45传输技术；客流监控系统103包括客流信息采集终端以及兴趣热点信息擦剂终端。
42.本发明的展存环境智能监控系统是专为博物馆、美术馆、艺术馆等文博机构定制开发的文物展览与保存环境监测、调控及管理的集成化智能物联网平台。
43.系统基于m2m(machine-to-machine)技术的数据中心可选择公共云、私有云、本地单机版部署；并且可实现多数据中心部署，实现本地冗余和上级主管监控系统的可控桥接功能。
44.系统可实时采集、监测各展柜微环境数据，也可远程控制相关恒湿设备；系统采用无线传感技术实时采集、监测各展柜微环境及展厅大环境温湿度数据，并可在系统界面中实时查看各项监测数据及变化曲线，环境监测内容可根据实际需求进行配置。
45.系统支持zigbee、wi-fi、3g\4g\5g和有线rj45等多种通信方式的传感器、设备和
执行器接入；无线数据网关可支持选配5g、4g全网通、wifi等无线传输模式与数据中心服务器联网；系统提供强大的业务集成和扩展接口，极大的方便了第三方设备接入。
46.系统可单独使用也可配合专用恒湿设备及各类专业传感器使用；传感器监测频率可远程设置；系统具有登录管理功能，可根据需要添加设定不同管理权限的用户登录；系统支持智能气量分配模块的无缝接入，界面中可体现气量分配系统的监测数据、工作状态及控制页面；监测数据阈值可自行远程设置，超限可提示报警。
47.系统可筛选查看和导出各项历史数据，并可显示曲线图及异常数据；系统具有监测数据分析可视化功能，可以图表等形式体现各种环境数据的变化趋势，数据范围及时间范围可自行设置；系统界面可显示各类传感器监测数据，各类设备运行参数和状态，各类执行器的功能操作页面，并可显示设备故障或报警提示；
48.系统可以表格、2d或3d等形式虚拟展现展厅或库房布局，按照各种传感器和设备的实际位置实时显示监测、运行数据；系统支持手机端定制版微信小程序，实现随时随地远程监控；系统数据传输采用最新工业级高安全性zigbee3.0无线通信协议和tls网络安全传输协议保证数据安全；
49.本发明各网关具有保护终端设备进出物联网和数据隐私功能，使用超过175个控件来防范新的和不断变化的网络威胁；micropython和xctu软件工具简化了添加功能，配置和测试。系统数据可自动备份，防止数据丢失；
50.如图2所示，本发明的展柜恒温恒湿调节系统101包括若干展柜3、智能恒温恒湿调节机组2以及供气机组1，供气机组1通过供气管道向智能恒温恒湿调节机组2提供湿气，智能恒温恒湿调节机组2将湿气精准调控后通过供气管道送入至展柜3内，且每一展柜3的进气口处还均设置有智能流量分配器4以及节流器5，智能恒温恒湿调节机组2提供的湿气经过流量分配器以及节流器5的配合调节后通入至展柜3内；
51.本发明中在每一展柜3的进气口处均相应设置有智能流量分配器4以及节流器5，首先每一展柜3中通入的湿气是通过恒温恒湿调节机组提供的，恒温恒湿调节机组将供气机组1提供的湿气进行精准调节。
52.该恒温恒湿调节机组可采用型号：vita-p20ii的现有设备，其调控容量如下：工作温度在15-32℃，调控范围30-80％rh值，其气流可供应≤200m3的超大型展柜3，能够24小时不间断稳定运行，其调控精度控制在
±
2％，具有精确调节湿度的功能。
53.本发明的恒温恒湿调节机组相应将湿气调节到合适值后，即可相应送入至每一展柜中，但是根据展柜的大小，每一展柜内通入的流量大小也会相应影响展柜内部的环境，因此本发明还在每一展柜的进口处设置智能流量分配器以及节流器，每一展柜的内部都是相应设置有温湿度传感器的，可相应检测展柜内部的温湿度数据，可将检测数据传递至智能流量分配器，该智能流量分配器可采用型号：vita-fp的现有设备，其主要具有监测分析展柜内环境数据以及发送调控指令两大主要功能。
54.通过连接专用的柜内温湿度传感器，实时准确地监测展柜中的温湿度值，经数据分析处理，可及时作出相应的控制指令，灵活准确控制微环境气量分配执行设备节流器的动作，通过气量的合理化分配实现湿度调控；设备整体操作方便，既可独立自主工作，也可接入微环境智能监控平台，实现远程数据监控。
55.且该设备功能特点：能够实时准确的微环境温度和相对湿度测量能力；与节流器，
温湿度传感器，微环境定量恒湿机协同工作，具有大范围高精度的微环境湿度控制能力；数据存储能力，可存储设置参数；故障报警提示功能；强大的通讯扩展能力，可直接接入微环境智能监控平台，从而获得更强大的数据获取，记录，处理，监控能力以及友好的人机交互界面，操作简单便捷。
56.本发明的节流器可才采用型号：vita-jl的现有设备；主要用于备配合流量分配器进行展柜端的气量调节控制；设备通过配合智能流量分配器，实时调节展柜端的空气流量，并可在流量分配器上实时显示工作状态。设备具有以下功能特点：能够接收流量分配器的控制指令，执行展柜端空气流量调节动作；可进行多级调控，自动、手动双模式；以及具有故障主动报警提示的能力。
57.如图3所示，本发明中的展柜3的上端还安装有密封板31，该密封板31的中间位置处设置有渡气口32，而展柜3的上端部柜板的两侧又相应设置有出气口33，且两出气口33的内侧还相应安装有温湿度传感器6，该温湿度传感器6相应与智能恒温恒湿调节机组2相互通信，而智能流量分配器4与智能恒温恒湿调节机组2通过无线数据网关实现通信。
58.本发明中展柜恒温恒湿调节系统中还相应调整了温湿度传感器的位置，在展柜的上端设置一个密封板，密封板下方的空间为文物放置空间，而上方空间则作为湿气排放空间，密封板中间位置设置一个渡气口，展柜上端部柜板两侧设置出风口，而温湿度传感器设置在出风口的内侧，这样设置后，从流量分配器和节流阀进入的湿气最终会从经过渡气口从上端两侧的出气口排出，那么温湿度传感器就可以更加方便的检测到温湿度数据，并且该位置已经是出气位置，如果该位置的温湿度数据符合展柜内部的环境要求，那么证明进入的使湿气也基本符合要求，而如果检测到湿度较低，则可相应加大流量或调解增加湿度；如果检测的湿度较高，则相应减小流量或者调节减少湿度，这样设置后就不用担心因为展柜较大导致温湿度传感器检测的数据不准的问题。
59.如图4所示，供气机组1包括水箱11和鼓风机12，该鼓风机12上的鼓风管道13从水箱11底部向上伸入至水箱11内，该鼓风管道13的上端部安装有一悬空板14，该悬空板14上安装有加热元件15，且鼓风管道13的上端外侧还固定有一发泡内箱16，该发泡内箱16将整体悬空板14以及加热元件15包括在内，且该发泡内箱16的箱体侧壁上还设置有发泡内孔17；
60.鼓风管道13的下端外侧还安装有一固定套筒18，该固定套筒18设置在发泡内箱11的下方，且该固定套筒18的外部还相应套装有一旋转套筒19，而该旋转套筒19的上端外侧又相应固定安装有一体式的发泡外箱20，该发泡外箱20向上方延伸，相应将发泡内箱16整体包括在内，发泡外箱20与发泡内箱16之间设置有间隙，发泡外箱20的箱体侧壁上设置有发泡外孔21，且发泡外箱20可在旋转套筒19的带动下旋转；
61.水箱11的上端还设置有出气管22，该出气管22连接至智能恒温恒湿调节机组22，可相应将湿气送入，而智能恒温恒湿调节机组22又可相应控制鼓风机12以及加热元件15的工作功率。
62.供气机组1还包括驱动机构，该驱动机构包括设置在水箱11下方的驱动电机23，该驱动电机23的驱动杆竖直向上伸入水箱11中，且杆端安装有驱动齿轮24；而旋转套筒19的下端外侧则相应设置有一圈环形齿条25，驱动齿轮24与环形齿条25啮合安装，通过驱动机构可相应带动旋转套筒19和发泡外箱20旋转。
63.发泡内孔17的直径大于发泡外孔21，鼓风管道13的上端外侧设置有斜向伸出的支撑杆26，悬空板14通过支撑杆26悬空固定，悬空板14与鼓风管道13的端口之间留有出气间隙。
64.鼓风管道13与水箱11的下端接触部位处还安装有支撑筋27，通过支撑筋27将鼓风管道13稳固的安装在水箱11内，且鼓风管道13外侧还设置有电源装置28，该电源装置28的电源线伸入至鼓风管道13内向上与加热元件15相连。
65.本发明还另外设置了一套供气机组，通过智能恒温恒湿机组的调节可将湿气调节至合适的rh值，但是也需要供气机组所提供的原始湿气就具备较好的湿度和温度；因此本发明相应另外设置了一套供气机组。
66.该供气机组整体基础包括水箱和鼓风机，鼓风机的鼓风管道从水箱下端伸入，然后在鼓风管道的依托下设置固定的发泡内箱以及可旋转的发泡外箱，并将加热元件设置在发泡内箱中。
67.鼓风机将外部新鲜空气通过鼓风管道送入至发泡内箱中，先是通过发泡内箱上的发泡内孔将空气分割成若干气泡，之后进入到发泡外箱中，再通过发泡外箱上的发泡外孔再将气泡分割成更小的气泡，一方面能够有效的增加发泡量；另外一方面是发泡内孔的直径是大于发泡外孔的，发泡孔直径由内向外逐渐减小，如果鼓风机吹入的空气量非常大的情况下，可以先通过直径较大的发泡内孔分割，再通过直径较小的发泡外孔分割，可以有效的减小发泡箱的承受压力。
68.并且本发明中外侧的发泡外箱是通过固定套筒和旋转套筒以及在驱动机构的作用下是可以实现旋转的，在发泡外箱旋转后，发泡量会大幅增加，而且可以从发泡外箱的任何面进行发泡，发泡区域更大，发泡量充足。
69.另外具体设置是固定套筒固定在鼓风管道上，而旋转套筒则是旋转套装在固定套筒上的，两者之间可通过滚珠轴承对应安装图中未示出，发泡外箱则固定安装在旋转套筒上，这样旋转套筒以及发泡外箱就相应安装成一体，另外设置驱动机构，在旋转套筒的下端外侧设置环形齿条，而驱动电机上则安装驱动齿轮，驱动齿轮与环形齿条啮合安装，即可带动整体旋转套筒和发泡外箱旋转，整体结构设计合理，在带动发泡外箱旋转的同时不会妨碍发泡内箱以及鼓风管道的工作，设计巧妙合理。
70.另外本发明中将加热元件直接设置在鼓风管道的上端，直接设置在发泡内箱的内部，这样能够直接对进入的空气进行加热，因为外部空气与内部的水体温度肯定存在差异，空气进入后，水体温度中和发生变化后，需要时间进行加热，且空气进入后直接分割成气泡上升破裂后从出气管排出，时间很短，如果直接将加热元件设置在水箱上，在很短的时间内很难达到符合的温度条件；而本发明则是将加热元件直接设置在发泡内箱中，可以直接加热进入的空气，在短时间内升温迅速，达到温度要求；且加热元件的供电设置也十分巧妙，不妨碍两个发泡箱以及鼓风管道的使用。
71.本发明为了稳固鼓风管道，还设置支撑筋固定鼓风管道，另外智能恒温恒湿调节机组也可以相应调节鼓风机、加热元件以及驱动电机的工作功率，以达到合适的合适的湿度值。
72.上述具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包
括于本发明专利申请范围内。