本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測方法，具體涉及一種塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測方法。屬于環(huán)境監(jiān)測與控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

針對環(huán)境監(jiān)測，如今大多數(shù)的研究僅僅局限于設(shè)計(jì)硬件裝置或搭建系統(tǒng)，然后通過傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息，但是，除了實(shí)時(shí)顯示，關(guān)于這些數(shù)據(jù)如何利用并沒有進(jìn)一步的研究，只是單純的為了采集數(shù)據(jù)而采集數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，通常都是采用大量的傳感器來監(jiān)測每個(gè)影響參數(shù)，并對各傳感器所采集的信息分別進(jìn)行加工處理，各參數(shù)之間互不影響，這不僅導(dǎo)致了處理工作量的增加，也切斷了各傳感器間信息的聯(lián)系，從而丟失了信息之間有機(jī)組合所包含的一些特征。

目前，公知的多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測裝置主要有分散式和集成式兩種類型。以上裝置存在以下缺陷：

(1)分散式必須將多種傳感器模塊分散安裝到被監(jiān)測環(huán)境的不同位置，增加了安裝成本和時(shí)間、功耗大、穩(wěn)定性差，且不易與MCU接口，給多參數(shù)數(shù)據(jù)融合分析帶來困難。

(2)集成式將參數(shù)固定的傳感器組合在一起，只能用于監(jiān)測固定的參數(shù)，功能單一、局限性大且不易擴(kuò)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測方法，包括步驟：

(1)各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置的中間層模塊通過多通道同時(shí)監(jiān)測，并將各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)傳送給底層模塊；

(2)底層模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器儲(chǔ)存，然后通過局部融合中心，對同類傳感器采用自適應(yīng)加權(quán)算法進(jìn)行特征級融合；

(3)通過全局融合中心，對不同類型的傳感器進(jìn)行決策級融合，通過對多個(gè)不同類型傳感器監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)的共同作用，對環(huán)境狀態(tài)做出精確的判定；

(4)給出環(huán)境改善建議和預(yù)測結(jié)果。

步驟(1)中，底層模塊向頂層模塊發(fā)送指令，控制其與中間層模塊通信，以顯示中間層模塊的實(shí)時(shí)監(jiān)測情況，同時(shí)，還顯示當(dāng)前的通信或網(wǎng)絡(luò)信息。

步驟(1)中，中間層模塊將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送給底層模塊，當(dāng)所述數(shù)據(jù)超出設(shè)定安全值范圍時(shí)，底層模塊給頂層模塊發(fā)出報(bào)警指令，控制頂層模塊發(fā)出報(bào)警聲并在LCD顯示屏上閃爍顯示。

步驟(2)中，局部融合中心主要是采用自適應(yīng)加權(quán)融合算法在時(shí)間和空間上對來自同類傳感器的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，根據(jù)各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)自適應(yīng)地尋找其對應(yīng)的權(quán)數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的融合結(jié)果。

步驟(3)中，全局融合中心主要采用D-S證據(jù)理論對各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合，從而提高環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確度。

所述環(huán)境參數(shù)包括但不限于溫度、濕度、光照度、人體感應(yīng)、PM2.5、PM10和有害氣體。

步驟(4)中，服務(wù)器通過編程接口進(jìn)行數(shù)據(jù)庫共享，進(jìn)而根據(jù)融合結(jié)果做出決策判斷，以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備聯(lián)動(dòng)，包括空調(diào)、加濕器、空氣凈化器和新風(fēng)換氣機(jī)等，從而改善室內(nèi)環(huán)境。

上述環(huán)境監(jiān)測方法對應(yīng)的塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括服務(wù)器，以及與其無線通信的若干個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置，所述環(huán)境監(jiān)測裝置包括：

一底層模塊，用于接收中間層模塊返回的數(shù)據(jù)，并與服務(wù)器通信，將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器儲(chǔ)存；以及

若干個(gè)中間層模塊，無順序任意疊加構(gòu)成塔式結(jié)構(gòu)，多通道同時(shí)監(jiān)測，用于采集數(shù)據(jù)并傳送給底層模塊。

作為優(yōu)選技術(shù)方案之一，所述環(huán)境監(jiān)測裝置包括：

一底層模塊，用于控制中間層模塊和頂層模塊間的通信，向頂層模塊發(fā)送指令并接收中間層模塊返回的數(shù)據(jù)，同時(shí)與服務(wù)器通信，將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器儲(chǔ)存；

若干個(gè)中間層模塊，無順序任意疊加構(gòu)成塔式結(jié)構(gòu)，多通道同時(shí)監(jiān)測，用于采集數(shù)據(jù)并傳送給底層模塊；以及

一頂層模塊，用于顯示中間層模塊的實(shí)時(shí)監(jiān)測情況，以及當(dāng)前的通信或網(wǎng)絡(luò)信息。

所述底層模塊包括第一核心處理器，以及與其通信的WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊，其中，所述第一核心處理器為單片機(jī)STC12C5A60S2，WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊為HLK-RM04。

所述底層模塊還包括第一電源，其為第一核心處理器供電。

所述中間層模塊包括第二核心處理器，以及與其通信的不同類型的傳感器，每個(gè)中間層模塊包括一種傳感器；其中，所述第二核心處理器為單片機(jī)STC12C5A60S2。

所述中間層模塊還包括第二電源，其為第二核心處理器供電。

所述頂層模塊包括第三核心處理器，以及與其通信的LCD顯示屏，其中，所述第三核心處理器為單片機(jī)STC12C5A60S2。

所述頂層模塊還包括第三電源，其為第三核心處理器供電。

所述的第一核心處理器、第二核心處理器均與RS-485通信總線通信。

作為優(yōu)選技術(shù)方案之一，所述的第一核心處理器、第二核心處理器以及第三核心處理器均與RS-485通信總線通信。

所述傳感器包括但不限于溫度傳感器，濕度傳感器，光照傳感器，熱釋電傳感器，PM2.5傳感器，PM10傳感器，以及各種有害氣體傳感器。

所述的若干個(gè)中間層模塊一體地通過插接頭連接至底層模塊，用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)融合和分析。

作為優(yōu)選技術(shù)方案之一，所述的若干個(gè)中間層模塊一體地通過插接頭連接至底層模塊和頂層模塊，用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)融合和分析顯示。

所述插接頭為四線制插接頭，同時(shí)用作機(jī)械固定座、通信總線接口和供電接口。

所述服務(wù)器設(shè)有編程接口，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)庫共享。

所述服務(wù)器為普通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其具有足夠大的存儲(chǔ)空間，用于存儲(chǔ)各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)。

所述服務(wù)器具有獨(dú)立IP地址，用于移動(dòng)通信終端(比如平板電腦或手機(jī))或Web終端訪問。

無線通信采用普通以太網(wǎng)，應(yīng)滿足環(huán)境監(jiān)測裝置對服務(wù)器的訪問要求，應(yīng)當(dāng)能夠訪問外網(wǎng)，設(shè)置路由器與各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置采用WIFI無線方式通信。

所述環(huán)境監(jiān)測裝置設(shè)置于復(fù)式別墅，普通住宅，工廠車間，辦公環(huán)境，或者學(xué)校教室。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)通過底層模塊、中間層模塊和頂層模塊間的插接融合，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的智能遠(yuǎn)程多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)融合。本發(fā)明大大節(jié)約安裝成本與時(shí)間，穩(wěn)定性好，功耗低，易與MCU接口，可擴(kuò)展且擴(kuò)展成本低，提高裝置和元器件的利用率。兼容性強(qiáng)，可用于任意環(huán)境下任意參數(shù)的監(jiān)測。

針對不同環(huán)境參數(shù)監(jiān)測差別，可設(shè)計(jì)自由組合的環(huán)境監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測和傳輸，并具備參數(shù)越限報(bào)警功能；中間層模塊可以自由插接使用，沒有先后順序，沒有種類限制，數(shù)量最大支持32個(gè)；本系統(tǒng)可以應(yīng)用在室內(nèi)、車內(nèi)、車庫內(nèi)等多數(shù)場所環(huán)境參數(shù)監(jiān)測中，設(shè)置溫濕度、光照度、二氧化碳、PM2.5等若干個(gè)中間層模塊，并將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器并保存，采用大數(shù)據(jù)分析法融合數(shù)據(jù)，決策室內(nèi)環(huán)境的改善方式，提出環(huán)境參數(shù)變化預(yù)警，并實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備聯(lián)動(dòng)，可以有效地保障人們的身體健康狀態(tài)。

與之相對應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測方法能夠?qū)λ@得的測量參數(shù)及測量參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)融合分析，使得測量更為準(zhǔn)確，并分析其規(guī)律性，給出環(huán)境改善建議，預(yù)測環(huán)境參數(shù)未來走勢，提出預(yù)警。

附圖說明

圖1是底層模塊硬件框圖；

圖2是中間層模塊硬件框圖；

圖3是頂層模塊硬件框圖；

圖4是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置的整體架構(gòu)圖；

圖6是中間層模塊的結(jié)構(gòu)圖；

圖7是本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測方法流程圖；

其中，1為第一核心處理器，2為WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊，3為第一電源，4為RS-485通信總線，5為第二核心處理器，6為傳感器，7為第二電源，8為第三核心處理器，9為LCD顯示屏，10為第三電源，11為復(fù)式別墅，12為普通住宅，13為工廠車間，14為辦公環(huán)境，15為學(xué)校教室，16為WIFI網(wǎng)絡(luò)，17為路由器，18為以太網(wǎng)，19為服務(wù)器，20為移動(dòng)通信終端或Web終端，21為頂層模塊，22為中間層模塊，23為底層模塊，24為插接頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進(jìn)行限定。

實(shí)施例1：

如圖4所示，塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括服務(wù)器19，以及與其無線通信的若干個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置，環(huán)境監(jiān)測裝置包括：

一底層模塊23，用于接收中間層模塊22返回的數(shù)據(jù)，并與服務(wù)器19通信，將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器19儲(chǔ)存；以及

若干個(gè)中間層模塊22，無順序任意疊加構(gòu)成塔式結(jié)構(gòu)，多通道同時(shí)監(jiān)測，用于采集數(shù)據(jù)并傳送給底層模塊23。

如圖1所示，底層模塊23包括第一核心處理器1，以及與其通信的WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊2，其中，第一核心處理器1為單片機(jī)STC12C5A60S2，WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊2為HLK-RM04。底層模塊23還包括第一電源3，其為第一核心處理器1供電。

如圖2所示，中間層模塊22包括第二核心處理器5，以及與其通信的不同類型的傳感器6，每個(gè)中間層模塊22包括一種傳感器6；其中，第二核心處理器5為單片機(jī)STC12C5A60S2。中間層模塊22還包括第二電源7，其為第二核心處理器5供電。

第一核心處理器1、第二核心處理器5均與RS-485通信總線4通信。

傳感器6包括但不限于溫度傳感器，濕度傳感器，光照傳感器，熱釋電傳感器，PM2.5傳感器，PM10傳感器，以及各種有害氣體傳感器。

若干個(gè)中間層模塊22一體地通過插接頭24連接至底層模塊23，用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)融合和分析。

插接頭24為四線制插接頭，同時(shí)用作機(jī)械固定座、通信總線接口和供電接口。

服務(wù)器19設(shè)有編程接口，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)庫共享。

服務(wù)器19為普通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其具有足夠大的存儲(chǔ)空間，用于存儲(chǔ)各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)。

服務(wù)器19具有獨(dú)立IP地址，用于移動(dòng)通信終端(比如平板電腦或手機(jī))或Web終端20訪問。

無線通信采用普通以太網(wǎng)18，應(yīng)滿足環(huán)境監(jiān)測裝置對服務(wù)器的訪問要求，應(yīng)當(dāng)能夠訪問外網(wǎng)，設(shè)置路由器17與各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置采用WIFI網(wǎng)絡(luò)16無線通信。

環(huán)境監(jiān)測裝置設(shè)置于復(fù)式別墅11，普通住宅12，工廠車間13，辦公環(huán)境14，或者學(xué)校教室15。

如圖7所示，上述監(jiān)測系統(tǒng)對應(yīng)的塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測方法，包括步驟：

(1)各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置的中間層模塊22通過多通道同時(shí)監(jiān)測，并將各個(gè)傳感器6采集的數(shù)據(jù)傳送給底層模塊23；

(2)底層模塊23將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器19儲(chǔ)存，然后通過局部融合中心，對同類傳感器6采用自適應(yīng)加權(quán)算法進(jìn)行特征級融合；

(3)通過全局融合中心，對不同類型的傳感器6進(jìn)行決策級融合，通過對多個(gè)不同類型傳感器6監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)的共同作用，對環(huán)境狀態(tài)做出精確的判定；

(4)給出環(huán)境改善建議和預(yù)測結(jié)果。

步驟(2)中，局部融合中心主要是采用自適應(yīng)加權(quán)融合算法在時(shí)間和空間上對來自同類傳感器6的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，根據(jù)各個(gè)傳感器6采集的數(shù)據(jù)自適應(yīng)地尋找其對應(yīng)的權(quán)數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的融合結(jié)果。

步驟(3)中，全局融合中心主要采用D-S證據(jù)理論對各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合，從而提高環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確度。

環(huán)境參數(shù)包括但不限于溫度、濕度、光照度、人體感應(yīng)、PM2.5、PM10和有害氣體。

步驟(4)中，服務(wù)器19通過編程接口進(jìn)行數(shù)據(jù)庫共享，進(jìn)而根據(jù)融合結(jié)果做出決策判斷，以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備聯(lián)動(dòng)，包括空調(diào)、加濕器、空氣凈化器和新風(fēng)換氣機(jī)等，從而改善室內(nèi)環(huán)境。

實(shí)施例2：

如圖4所示，塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括服務(wù)器19，以及與其無線通信的若干個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置，如圖5和圖6所示，環(huán)境監(jiān)測裝置包括：

一底層模塊23，用于控制中間層模塊22和頂層模塊21間的通信，向頂層模塊21發(fā)送指令并接收中間層模塊22返回的數(shù)據(jù)，同時(shí)與服務(wù)器19通信，將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器19儲(chǔ)存；

若干個(gè)中間層模塊22，無順序任意疊加構(gòu)成塔式結(jié)構(gòu)，多通道同時(shí)監(jiān)測，用于采集數(shù)據(jù)并傳送給底層模塊23；以及

一頂層模塊21，用于顯示中間層模塊22的實(shí)時(shí)監(jiān)測情況，以及當(dāng)前的通信或網(wǎng)絡(luò)信息。

如圖1所示，底層模塊23包括第一核心處理器1，以及與其通信的WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊2，其中，第一核心處理器1為單片機(jī)STC12C5A60S2，WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊2為HLK-RM04。底層模塊23還包括第一電源3，其為第一核心處理器1供電。

如圖2所示，中間層模塊22包括第二核心處理器5，以及與其通信的不同類型的傳感器6，每個(gè)中間層模塊22包括一種傳感器6；其中，第二核心處理器5為單片機(jī)STC12C5A60S2。中間層模塊22還包括第二電源7，其為第二核心處理器5供電。

如圖3所示，頂層模塊21包括第三核心處理器8，以及與其通信的LCD顯示屏9，其中，第三核心處理器8為單片機(jī)STC12C5A60S2。頂層模塊21還包括第三電源10，其為第三核心處理器8供電。

第一核心處理器1、第二核心處理器5以及第三核心處理器8均與RS-485通信總線4通信。

傳感器6包括但不限于溫度傳感器，濕度傳感器，光照傳感器，熱釋電傳感器，PM2.5傳感器，PM10傳感器，以及各種有害氣體傳感器。

若干個(gè)中間層模塊22一體地通過插接頭24連接至底層模塊23和頂層模塊21，用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)融合和分析顯示。

插接頭24為四線制插接頭，同時(shí)用作機(jī)械固定座、通信總線接口和供電接口。

服務(wù)器19設(shè)有編程接口，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)庫共享。

服務(wù)器19為普通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其具有足夠大的存儲(chǔ)空間，用于存儲(chǔ)各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)。

服務(wù)器19具有獨(dú)立IP地址，用于移動(dòng)通信終端(比如平板電腦或手機(jī))或Web終端20訪問。

無線通信采用普通以太網(wǎng)18，應(yīng)滿足環(huán)境監(jiān)測裝置對服務(wù)器的訪問要求，應(yīng)當(dāng)能夠訪問外網(wǎng)，設(shè)置路由器17與各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置采用WIFI網(wǎng)絡(luò)16無線通信。

環(huán)境監(jiān)測裝置設(shè)置于復(fù)式別墅11，普通住宅12，工廠車間13，辦公環(huán)境14，或者學(xué)校教室15。

如圖7所示，上述監(jiān)測系統(tǒng)對應(yīng)的塔式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測方法，包括步驟：

(1)各個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置的中間層模塊22通過多通道同時(shí)監(jiān)測，并將各個(gè)傳感器6采集的數(shù)據(jù)傳送給底層模塊23；

(2)底層模塊23將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器19儲(chǔ)存，然后通過局部融合中心，對同類傳感器6采用自適應(yīng)加權(quán)算法進(jìn)行特征級融合；

(3)通過全局融合中心，對不同類型的傳感器6進(jìn)行決策級融合，通過對多個(gè)不同類型傳感器6監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)的共同作用，對環(huán)境狀態(tài)做出精確的判定；

(4)給出環(huán)境改善建議和預(yù)測結(jié)果。

步驟(1)中，底層模塊23向頂層模塊21發(fā)送指令，控制其與中間層模塊22通信，以顯示中間層模塊22的實(shí)時(shí)監(jiān)測情況，同時(shí)，還顯示當(dāng)前的通信或網(wǎng)絡(luò)信息。

步驟(1)中，中間層模塊22將傳感器6采集到的數(shù)據(jù)傳送給底層模塊23，當(dāng)所述數(shù)據(jù)超出設(shè)定安全值范圍時(shí)，底層模塊23給頂層模塊21發(fā)出報(bào)警指令，控制頂層模塊21發(fā)出報(bào)警聲并在LCD顯示屏9上閃爍顯示。

步驟(2)中，局部融合中心主要是采用自適應(yīng)加權(quán)融合算法在時(shí)間和空間上對來自同類傳感器6的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，根據(jù)各個(gè)傳感器6采集的數(shù)據(jù)自適應(yīng)地尋找其對應(yīng)的權(quán)數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的融合結(jié)果。

步驟(3)中，全局融合中心主要采用D-S證據(jù)理論對各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合，從而提高環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確度。

環(huán)境參數(shù)包括但不限于溫度、濕度、光照度、人體感應(yīng)、PM2.5、PM10和有害氣體。

步驟(4)中，服務(wù)器19通過編程接口進(jìn)行數(shù)據(jù)庫共享，進(jìn)而根據(jù)融合結(jié)果做出決策判斷，以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備聯(lián)動(dòng)，包括空調(diào)、加濕器、空氣凈化器和新風(fēng)換氣機(jī)等，從而改善室內(nèi)環(huán)境。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。