一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與古跡保護技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國古代建筑作為世界的三大建筑體系之一，有著最長久的歷史、最廣泛的分布區(qū)域以及異常鮮明的風(fēng)格體系，是中國歷史文化中重要和寶貴的組成部分。中國擁有數(shù)量龐大的古建筑，其中有很多已經(jīng)被列入了世界文化遺產(chǎn)。然而，隨著歲月的侵蝕、各種自然災(zāi)害以及近年來日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題的影響，古建筑的腐蝕及損壞已經(jīng)成為一個不可忽視的問題。
目前，古建筑的損壞大致可以歸結(jié)為形變、霉變、裂縫、坍塌、蟲害、風(fēng)化、脫落等。引起這些損壞的原因比較復(fù)雜，是多種環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果，例如古建筑建筑材料組成和性質(zhì)(木質(zhì)或磚石材料)、溫度、濕度、浮塵、可溶性鹽、微生物、光照、風(fēng)向、風(fēng)速、震動和各種大氣污染物，包括含硫、含氮、含酸的氣體和氣溶膠狀態(tài)污染物中的光化學(xué)煙霧，都可能會對古建筑造成較大的影響。特別是常年處于室外環(huán)境中的古建筑更易受到環(huán)境污染的影響。類似的例子如全國重點文物保護單位一一北京國子監(jiān)街孔廟內(nèi)的“進士題名碑林”中的石碑表面近年來由于大氣污染和酸雨出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕脫落現(xiàn)象。大鐘寺的鐘刻、故宮的漢白玉欄桿和石刻，以及盧溝橋的石獅等，也都存在不同程度的腐蝕或脫落現(xiàn)象。相反，在空氣質(zhì)量好的地區(qū)，古建筑被損害的機會則大大降低，例如福建省東山島上的關(guān)帝廟里極富閩南地方藝術(shù)特色的彩瓷剪貼雕，色彩至今鮮艷奪目，很大程度就得益于東山島上無大型工業(yè)，汽車等交通工具也相對較少，空氣質(zhì)量佳，大氣污染物少，從而減少了廟壁上色彩被氧化的機會。由此可見，古建筑的周邊環(huán)境是一種隨時間動態(tài)變化的復(fù)雜狀態(tài)。
[0003]因此，在古建筑的監(jiān)測體系中，如果反應(yīng)其實際狀態(tài)的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)得不到有效集成和長期分析，就很難總結(jié)出古建筑的損壞規(guī)律，更談不上有效地為古建筑的預(yù)測性保護制定“量身定做”的決策性依據(jù)了。反之，在得到相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，有效的分析，根據(jù)其本身材質(zhì)、所屬客觀環(huán)境所制定得保護方案，也是古建筑保護手段中科學(xué)性、標(biāo)準(zhǔn)性的體現(xiàn)。
[0004]古建筑由于其自身的特殊性，其所處環(huán)境與本體往往需要保持原真性，由于古建筑屬于不可移動物質(zhì)文化遺產(chǎn)，所以其所在客觀環(huán)境大多不可更變，而其本體則在很多時候連釘子都不允許釘，更何況打眼開槽布管了，所以采用異地保護及有線布線的方法是不可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，本發(fā)明有效提高了監(jiān)測古建筑相關(guān)環(huán)境因素數(shù)據(jù)在時間上的連續(xù)性和空間分布的高效性，同時大大降低了人力物力的成本，能夠應(yīng)對突發(fā)的災(zāi)害而做出及時的預(yù)警。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括用于監(jiān)測古建筑環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、云端數(shù)據(jù)服務(wù)器、報警器、實時監(jiān)控平臺；其中，
所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點、部署在古建筑各處的若干個傳感節(jié)點，傳感節(jié)點包括傳感器模塊、接口電路、第一控制器模塊、第一無線通信模塊；所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點包括第二無線通信模塊、第二控制器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊；
傳感器模塊，用來采集環(huán)境參數(shù)，輸出環(huán)境參數(shù)信號至接口電路；
接口電路，用來放大環(huán)境參數(shù)信號，并將放大后的環(huán)境參數(shù)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號至第一控制器模塊；
第一控制器模塊，用來對接收的數(shù)字信號進行處理，輸出處理后的第一數(shù)據(jù)至無線通信模塊；
第一無線通信模塊，用來將處理后的第一數(shù)據(jù)輸出至第二無線通信模塊；
第二無線通信模塊，用來將接收的第一數(shù)據(jù)輸出至第二控制器模塊；
第二控制器模塊，用來對接收的第一數(shù)據(jù)進行處理，輸出第二數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)通信模塊；
網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用來將收到的第二數(shù)據(jù)輸出至云端數(shù)據(jù)服務(wù)器；
云端數(shù)據(jù)服務(wù)器，用來對接收到的第二數(shù)據(jù)進行融合處理，輸出融合處理后的數(shù)據(jù)至實時監(jiān)控平臺；當(dāng)融合處理后的數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的報警閾值時，輸出報警信號至報警器；實時監(jiān)控平臺，用來將接收的融合處理后的數(shù)據(jù)進行實時更新和顯示。
[0007]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述實時監(jiān)控平臺包括PC端監(jiān)控系統(tǒng)和移動終端監(jiān)控系統(tǒng)，其中，PC端監(jiān)控系統(tǒng)用來查詢古建筑所處環(huán)境的參數(shù)信息；移動終端監(jiān)控系統(tǒng)用來實時查看監(jiān)測信息。
[0008]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為星型或者網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
[0009]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述環(huán)境參數(shù)為溫度、濕度、PM2.5濃度、光照強度、震動、風(fēng)速、含硫和含氮氣體濃度、二氧化碳濃度。
[0010]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述傳感器模塊為溫度傳感器、濕度傳感器、PM2.5濃度傳感器、光照強度傳感器、震動傳感器、風(fēng)速傳感器、測量含硫和含氮氣體濃度傳感器、測量二氧化碳濃度傳感器。
[0011]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述第一控制器模塊為Atmel公司的AVR單片機Atmega 328。
[0012]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述第一無線通信模塊、第二無線通信模塊均為TI公司的CC2530芯片。
[0013]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述第二控制器模塊為ARMlO處理器。
[0014]作為本發(fā)明所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進一步優(yōu)化方案，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊為WiFi或者4G網(wǎng)絡(luò)擴展板。
[0015]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果: (1)本發(fā)明通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各節(jié)點之間的通信，無需布線，結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護簡便；
(2)本發(fā)明采用的是低成本高性能的解決方案，性價比高；
(3)本發(fā)明以古建筑的結(jié)構(gòu)及材料性質(zhì)等方面作為出發(fā)點進行設(shè)計，設(shè)計合理，實時性好，用戶可以通過多種方式實現(xiàn)對古建筑周圍環(huán)境的相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測；
(4)本發(fā)明采用模塊化設(shè)計的思想，可擴展性強，并且可按照用戶的實際需求進行模塊化訂制；
(5)本發(fā)明實現(xiàn)了控制中心和位于古建筑的管理工作人員的實時交互，提高了效率，同時操作簡單。
【附圖說明】
[0016]圖1為基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感節(jié)點的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2為基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)原理圖。
[0018]圖3為基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
[0019]圖4為基于物聯(lián)網(wǎng)的古建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的采集和傳送數(shù)據(jù)的流程圖。
[0020]圖5為監(jiān)控中心對古建筑的環(huán)境進行實時監(jiān)控的流程圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明:
本發(fā)明中設(shè)計的系統(tǒng)包括用于監(jiān)測古建筑環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、云端數(shù)據(jù)服務(wù)器、實時監(jiān)控平臺；其中，
所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點、部署在古建筑各處的若干個傳感節(jié)點，傳感節(jié)點包括傳感器模塊、接口電路、第一控制器模塊、第一無線通信模塊；所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點包括第二無線通信模塊、第二控制器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊；
傳感器模塊，用來采集環(huán)境參數(shù)，輸出環(huán)境參數(shù)信號至接口電路；
接口電路，用來放大環(huán)境參數(shù)信號，并將放大后的環(huán)境參數(shù)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號至第一控制器模塊；
第一控制器模塊，用來對接收的數(shù)字信號進行處理，輸出處理后的第一數(shù)據(jù)至無線通?目模塊;;
第一無線通信模塊，用來將處理后的第一數(shù)據(jù)輸出至第二無線通信模塊；
第二無線通信模塊，用來將接收的第一數(shù)據(jù)輸出至第二控制器模塊；第二控制器模塊，用來對接收的第一數(shù)據(jù)進行處理，輸出第二數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)通信模塊；
網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用來將收到的第二數(shù)據(jù)輸出至云端數(shù)據(jù)服務(wù)器；
云端數(shù)據(jù)服務(wù)器，用來對接收到的第二數(shù)據(jù)進行融合處理，輸出融合處理后的數(shù)據(jù)至實時監(jiān)控平臺；
實時監(jiān)控平臺，用來將接收的融合處理后的數(shù)據(jù)進行實時更新和顯示。
[0022]所述實時監(jiān)控平臺包括PC端監(jiān)控系統(tǒng)和移動終端監(jiān)控系統(tǒng)，其中，PC端監(jiān)控系統(tǒng)用來查詢古建筑所處環(huán)境的參數(shù)信息；移動終端監(jiān)控系統(tǒng)用來實時查看監(jiān)測信息。
[0023]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為星型或者網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
[0024]所述環(huán)境參數(shù)為溫度、濕度、PM2.5濃度、光照強度、震動、風(fēng)速、含硫和含氮氣體濃度、二氧化碳濃度。
[0025]所述傳感器模塊為溫度傳感器、濕度傳感器、PM2.5濃度傳感器、光照強度傳感器、震動傳感器、風(fēng)速傳感器、測量含硫和含氮氣體濃度傳感器、測量二氧化碳濃度傳感器。
[0026]所述第一控制器模塊為Atmel公司的AVR單片機Atmega 328。
[0027]所述第一無線通信模塊、第二無線通信模塊均為TI公司的CC2530芯片，通過采用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的Zigbee技術(shù)，可以在節(jié)點之間形成自組織網(wǎng)絡(luò)(例如網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)和樹狀網(wǎng)絡(luò))。無線通信模塊一方面通過串口與控制器模塊相連，接收控制器模塊傳來的已處理過的數(shù)據(jù)，另一方面將數(shù)據(jù)通過自組織網(wǎng)絡(luò)選擇合適的路徑上傳至網(wǎng)關(guān)節(jié)點。
[0028]所述第二控制器模塊為ARMlO處理器。
[0029]所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊為WiFi或者4G網(wǎng)絡(luò)擴展板；以便適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。該模塊負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)層的功能，將從控制器模塊收到的數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)上的云端數(shù)據(jù)服務(wù)器進行融合處理。
[0030]所述的云端數(shù)據(jù)服務(wù)器采用SaaS構(gòu)架，具體包括:Web服務(wù)器、隔離層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)庫。所述的Web服務(wù)器與所述的隔離層相連；所述的隔離層與所述的服務(wù)層相連；所述的服務(wù)層與所述的數(shù)據(jù)庫相