公共建筑室内环境监测技术研究|大型公共建筑的定义
摘 要:室内外环境质量直接影响到人类生活质量,监测室内环境并获取环境数据意义重大。本文介绍了公共建筑室内监测的参数选择、监测条件和方法,监测装置总体方案设计和无线传感网络系统构建,认为随着社会和国家对室内环境越来越重视,室内环境监测技术会向系统智能化、操作简易化方向发展。
关键词:公共建筑 室内环境 环境监测
中图分类号:X83 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0036-01
室内外环境与人类的生活息息相关,室内环境质量直接影响到人类生活质量,甚至关系着人类的生存。对室内外环境进行有效监测可以获得相关参数、了解环境状况,为研究环境变化及环境对人类的影响等问题提供基础数据,改善人与环境的关系提供参考。
1 公共建筑室内监测的参数选择、监测条件和方法
室内环境包括室内空气环境、声环境、光环境、电磁环境等,考虑到所选参数的代表性,一般选择温度、湿度、光照等参数。
1.1 监测条件
避免在夏季高温高湿等极端天气条件下进行;测试期间,采暖空调系统应正常运行,且外窗处于关闭状态。室内照明测量应在没有干扰光源影响下进行。
1.2 监测评估方法
(1)平均温度、相对湿度监测评估方法:集中采暖空调系统的建筑物,温度、湿度、检测数量应按照采暖空调系统分区进行选取,相同系统形式应按照系统数量的20%抽检。未设置集中采暖空调系统的建筑物,温度、湿度、监测评估数量不应少于房间总数量的10% 。
(2)室内光照度监测评估方法:每类房间或场所应至少抽测1个照度值的评估。中心布点法,是将测量区域划分成矩形网格,在矩形网格中心点测量光照度。
2 监测装置总体方案设计
室内环境监测的功能在于能够对室内环境参数进行实时监测。一般情况下,室内环境监测系统由数据采集模块、通信、微控制器系统以及PC机监测系统组成。工作原理:通过前端传感器获取室内环境参数,并通过调理电路处理参数,输入微控制器系统,最后微控制器输出信号,在屏幕上显示监测结果,并实现人机交互。微控制器通过网络接口模块把室内环境参数传送到远端监测PC机上,并在PC机上,实现信号的分析处理。
2.1 室内环境监测设备的选择
室内环境监测设备,要考虑可靠性、先进性、经济性。因此,硬件系统应遵循以下原则:(1)电路简单、可靠,具有一定先进性。(2)尽量选用通用芯片。(3)按照系统功能进行模块化研制。(4)可靠性高,是软件研发的基本要求。(5)实时性好,可以将监测到的参数实时传输到远端计算机上。(6)可扩展性强,系统在硬件扩充或增加新功能时易于扩展。
2.2 室内环境参数采集方案
温度和湿度的采集,有多种传感器可供选用。20世纪90年代,出现了融合了微电子技术、自动测试技术和计算机技术的数字温度传感器。目前,在国际市场上已出现了多种数字温度传感器产品,数字温度传感器内部包含温度传感器、A/D(Analog.Digital,模拟/数字)转换模块、信号处理模块、存储模块和接口电路。
上世纪90年代陆续出现了电子式湿度传感器,在产品出厂前已采用标准湿度发生器,逐支标定,其准确度可以达到2%～3%RH(relative humidity 相对湿度)。
光敏器件可以实现对光照环境的检测,常见的光敏器件如光敏电阻、光敏二极管、光敏二极管等。由于公共建筑室内光照度不是特别大,正常条件下一般在300lux～600lux(勒克司,照度单位,为距离一个光强为1cd的光源,在1m处接受的照明强度。),因此选用的光照度传感器量程不宜过大。
声级计是对噪声进行检测常见工具,其价格不菲,构造复杂,一般包括:衰减电路、放大电路、计权网络、滤波电路、检波电路等。
2.3 监测装置硬件电路
监测评估装置属于嵌入式应用装置,共有四个模块:环境参量采集模块、时钟计时模块、数据存储模块、通信模块,此外还应包括总线接口模块和AD转换模块,温度、湿度、光照度传感器构成环境采集模块,主要完成室内环境参数的实时采集;时钟芯片作为时钟模块,主要完成时钟计时功能。
2.4 监测装置软件设计
系统程序各模块的操作通过在主程序中调用函数来实现,在编程时每个模块定义为一个C文件,采用函数的形式操作模块,方便主函数和其他函数调用。
2.5 公共建筑室内环境采集应用软件
室内环境采集应用软件的主要作用为:串行通信、室内环境参数的采集、保存、显示、分析等。人机界面管理程序具有的多地址通信、用户人机界面的功能;能使读取来的数据直观的显示和数据查询窗口[1]。 端口配置主要是对串行通信的COM口(即串行通讯端口)和波特率进行设置。在一定的时间间隔内,循环、依次发送数据采集指令,各监测装置接受到指令后上传数据。可以利用VB(Visual Basic语言)提供的报表设计器将公共建筑室内环境参数从Access数据库中提取出来,组织成一张表格的形式,并打印数据。
3 无线传感网络系统构建
网络设备通过网络连接在一起,彼此间进行数据交换,实现异地数据共享,或异地进行分析,能节约大量现场布线、扩大测控系统所及地域范围,使系统扩充和维护都极大便利,网络介入了现代测量与测控的全过程。无线传感器网络具有无人值守、自组织、自治、自适应的特点,具有越来越广泛的应用空间[2]。无线传感器网络的特点:低能耗和低成本,无线传感器网络的平均能耗比现有无线网络能耗更低。在无线传感器网络系统动态性强,网络拓扑结构要便于维护;无线传感器网络的超大规模、动态变化以及易受干扰等特点给实时设计提出了很大的挑战;系统在工作的过程中无需人为干预,体现了系统的智能性
首先选择网络化实现途径,嵌入式操作系统方案中常见的网络化实现途径有三种:(1)集成有网络接口的微控制器配合实时操作系统,在嵌入式设备内部实现TCP/IP协议处理,使嵌入式设备直接与Internet相连,灵活性强。(2)MCU(Micro Control Unit,微控制单元)配合TCP/IP协议芯片,TCP/IP协议芯片不需要MCU支持就能工作,主要用于实现数据的协议处理。该方案中设备接口存在网络速度瓶颈,尤其是在传输的数据量较大时。(3)MCU配合以太网控制芯片。根据具体的应用实现TCP/IP协议族中相应协议的功能;MCU通过控制以太网控制器芯片,实现与以太网的通信。
4 总结
随着社会和国家对室内环境越来越重视,室内环境监测技术会越来越智能化、简易化。
参考文献
[1] 王华.基于无线传感器网络的室内环境监测系统[J].太原科技,2008,12.
[2] 殷兴.基于无线传感器网络的室内环境监测系统[D].沈阳工业大学,2009.
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