基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的智能建筑集成系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設及智能建筑領(lǐng)域，具體設及基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的智能建筑集成系統(tǒng)及 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 進入二十世紀八十年代，信息技術(shù)飛速發(fā)展，極大地促進了社會生產(chǎn)力的變革，人 們的生產(chǎn)、生活方式也隨之發(fā)生了日新月異的變化。全球出現(xiàn)信息革命的高潮，知識經(jīng)濟、 可持續(xù)發(fā)展已引起廣泛關(guān)注，在運樣的技術(shù)背景下產(chǎn)生了智能建筑。
[0003] 建筑控制是在高度自動化、高精度控制、節(jié)能運行的工業(yè)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來 的。早期的建筑控制與工業(yè)控制類似，控制重點在源設備側(cè)，只關(guān)注例如冷機、鍋爐等大型 設備系統(tǒng)，被控設備相對較少但控制目標相對穩(wěn)定。如今建筑控制系統(tǒng)滿足①建筑為"人" 來服務，人在建筑中處于主體地位。被控環(huán)境的經(jīng)常變化是由于人的經(jīng)常變化而引起的。② "空間"逐漸成為建筑中關(guān)注的焦點?？刂乒芾硎窃赪空間為單元的基礎(chǔ)上進行的。③W區(qū) 域為單位的跨專業(yè)設備的相互協(xié)作（照明、空調(diào)、遮陽、安防、電梯、變配電等）。樹形結(jié)構(gòu)是 國內(nèi)外各智能建筑系統(tǒng)產(chǎn)品普遍采用的結(jié)構(gòu)，與樹形結(jié)構(gòu)類似產(chǎn)品的共同點有：系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 均是樹形分級的，存在各級建筑設備監(jiān)控系統(tǒng);對機電設備的接口；在上層實現(xiàn)集成;設計、 組網(wǎng)、調(diào)試過程。不同點有:總線標準(通信協(xié)議休同；DDC/PLC設計不同（計算能力，通信能 力，I /0接口種類、個數(shù)）；提供不同的組態(tài)軟件、集成軟件。
[0004] 現(xiàn)有的上述產(chǎn)品存在諸多不足;第一，由于只能在各級監(jiān)控中屯、系統(tǒng)實現(xiàn)跨設備 系統(tǒng)的協(xié)作，監(jiān)控中屯、設備承擔過多的"任務"，不易改變，使其靈活性降低。第二，雖然各設 備均服務于同一單元，卻需要在上層監(jiān)控中屯、集成。第=，要求子系統(tǒng)的設備性能、系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)、每個設備/參數(shù)的物理位置均"投射"到監(jiān)控中屯、。第四，由于組網(wǎng)、校核需要大量的人工 工作導致人員調(diào)度的靈活性不好。第四，由于需要在在監(jiān)控中屯、編程實現(xiàn)邏輯因此需要兼 修建筑機電專業(yè)和IT專業(yè)的人才。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的智能建筑集成 系統(tǒng)及控制方法，建立了一個面向區(qū)域數(shù)據(jù)存儲、計算與控制的智能節(jié)點構(gòu)成的分布式計 算節(jié)點的S維網(wǎng)絡，實現(xiàn)了節(jié)點即插即用，系統(tǒng)安裝、調(diào)試與維護便捷的隨機性目的。該系 統(tǒng)能有效實現(xiàn)空間內(nèi)空調(diào)、照明、圍護結(jié)構(gòu)、電源、安防等所有設備的控制，集成解決所有控 制問題，采集標準的數(shù)據(jù)集(規(guī)定標準空間中，可能的設備/信息種類，W及每種信息的最大 個數(shù)、命名、數(shù)值表示方式）。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0007] 基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的智能建筑集成系統(tǒng)，包括多個計算節(jié)點平臺，每個計算節(jié) 點平臺均與其相應的智能設備相連，每個計算節(jié)點平臺作為相應區(qū)域中建筑室內(nèi)環(huán)境控制 的基本單元，分布在各個區(qū)域中的計算節(jié)點平臺連接成能夠反應了建筑空間的連通結(jié)構(gòu)的 S維網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)；
[0008] 計算節(jié)點平臺中的計算節(jié)點為傳感節(jié)點或主節(jié)點，傳感節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成 無線傳感網(wǎng)絡，傳感節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送，沿著其他傳感節(jié)點逐跳進行傳輸， 最終匯集到主節(jié)點，主節(jié)點與上位機通信，上位機通過網(wǎng)關(guān)與云服務器通信。
[0009] 進一步的，所述傳感節(jié)點還接受主節(jié)點下傳的控制命令，控制節(jié)點上的執(zhí)行機構(gòu)， 實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的控制。
[0010] 進一步的，所述主節(jié)點連接著無線傳感網(wǎng)絡和上位機，實現(xiàn)了通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn) 換，同時將匯集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)上位機，或向無線網(wǎng)絡發(fā)布上位機下達的命令。
[0011] 進一步的，所述無線傳感網(wǎng)絡將采集到的數(shù)據(jù)通過主節(jié)點上傳至上位機，上位機 進行數(shù)據(jù)處理，下達相應的控制命令，上位機還將無線傳感網(wǎng)絡中復雜的邏輯數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 用戶感興趣的環(huán)境參數(shù)指標，便于環(huán)境參數(shù)的査詢或控制。
[0012] 進一步的，所述上位機將主節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，通過分析處理，上位機同 時利用相應的控制算法得到控制命令，上位機作為網(wǎng)關(guān)的服務器再將命令下傳網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān) 作為橋梁將數(shù)據(jù)傳輸至云服務器。
[0013] 進一步的，所述計算節(jié)點平臺提供標準接口與智能設備連接，也支持控制策略或 管理應用軟件直接下載到計算節(jié)點平臺。
[0014] 進一步的，所述計算節(jié)點分為基礎(chǔ)模塊和擴展模塊兩個部分;基礎(chǔ)模塊由處理模 塊、無線模塊及電源模塊組成，其組成種類和數(shù)量固定不變;擴展模塊包括傳感模塊、執(zhí)行 模塊或主節(jié)點，擴展模塊可根據(jù)應用需要搭載在基礎(chǔ)模塊上，其組成種類和數(shù)量不固定。
[0015] 進一步的，網(wǎng)關(guān)是向云服務器傳輸?shù)闹匾虚g物理設備，網(wǎng)關(guān)將采集環(huán)境參數(shù)的 無線傳感網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來，使得無線傳感網(wǎng)絡內(nèi)的任何一個計算節(jié)點在云服務器都 具有了唯一的設備ID號，網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳到云服務器后，在云服務器實時顯示并存 儲，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動態(tài)展示。
[0016] 進一步的，云服務器在提供網(wǎng)關(guān)的運行狀態(tài)監(jiān)視功能、遠程控制功能外，還提供網(wǎng) 關(guān)應用程序升級、設備資源管理、數(shù)據(jù)服務、事件告警、消息總線及各種接入?yún)f(xié)議支持，構(gòu)成 多層的實時信息采集、處理、展示的信息監(jiān)控平臺。
[0017] 基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的智能建筑集成系統(tǒng)的控制方法，包括：
[0018] 將傳感節(jié)點按照測控需求部署在家居環(huán)境中；
[0019] 傳感節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡，傳感節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過無線 發(fā)送，沿著其他傳感節(jié)點逐跳進行傳輸，最終匯集到主節(jié)點；
[0020] 主節(jié)點連接著無線傳感網(wǎng)絡和上位機，實現(xiàn)了通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，同時將匯集 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)上位機，或向無線網(wǎng)絡發(fā)布上位機下達的命令；
[0021] 傳感節(jié)點接受主節(jié)點下傳的控制命令，控制節(jié)點上的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù) 的控制；
[0022] 上位機將主節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，通過分析處理，同時利用相應的控制算 法得到控制命令，上位機作為網(wǎng)關(guān)的服務器再將命令下傳網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)作為橋梁將數(shù)據(jù)傳輸 至云服務器；
[0023] 網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳到云服務器后，在云服務器實時顯示并存儲，實現(xiàn)了數(shù)據(jù) 的動態(tài)展示。
[0024] 本發(fā)明的有益效果：
[0025] 1、利用先進的物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式計算技術(shù)，實現(xiàn)特定室內(nèi)區(qū)域空調(diào)、照明、電源、安防 等所有設備的智能控制和能耗監(jiān)測；
[00%] 2、本發(fā)明中=維網(wǎng)狀網(wǎng)絡等效于多核服務器，處理器內(nèi)核散步在建筑中，=維網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)的計算節(jié)點網(wǎng)絡，實現(xiàn)整棟建筑(建筑群)智能化系統(tǒng)分布式集成；
[0027] 3、開發(fā)數(shù)據(jù)上傳云存儲設備的網(wǎng)關(guān)技術(shù)，提高重要數(shù)據(jù)的存儲可靠性；
[00%] 4、基于云服務器實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視化功能。
【附圖說明】
[0029] 圖1本發(fā)明的智能區(qū)域控制系統(tǒng)；
[0030] 圖2本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖3本發(fā)明的云服務器架構(gòu)。
【具體實施方式】：
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：
[0033] 本發(fā)明采用先進的物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式計算技術(shù)。開發(fā)面向室內(nèi)空間區(qū)域智能計算節(jié) 點，作為建筑室內(nèi)環(huán)境控制的基本單元，實現(xiàn)特定室內(nèi)區(qū)域中空調(diào)、照明、電源、安防等所有 設備的智能控制和能耗監(jiān)測；分布在各個區(qū)域中的計算節(jié)點網(wǎng)絡互連為空間=維網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，實現(xiàn)整棟建筑(建筑群)智能化系統(tǒng)分布式集成。各節(jié)點均具有數(shù)據(jù)儲存、清洗、聚類、挖 掘、優(yōu)化、控制能力，開放性、自組織性強，即插即用的特點符合建筑空間利用的隨機性，使 系統(tǒng)維護權(quán)僅限于區(qū)域節(jié)點。并且借助開發(fā)數(shù)據(jù)上傳云存儲設備的網(wǎng)關(guān)技術(shù)，提高重要數(shù) 據(jù)存儲的可靠性，結(jié)合云計算實現(xiàn)了重要數(shù)據(jù)的遠程可視化技術(shù)。
[0034] 本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的分布式計算節(jié)點的智能建筑集成系統(tǒng)用于改進 現(xiàn)有技術(shù)中跨設備系統(tǒng)的協(xié)作只能在各級監(jiān)控中屯、實現(xiàn)的方式，是對其的繼承和發(fā)展。通 過測試智能居住環(huán)境系統(tǒng)平臺中無線傳感器網(wǎng)絡信息的傳輸和環(huán)境中設備的主動控制，驗 證基于無線傳感器網(wǎng)絡的智能居住環(huán)境系統(tǒng)平臺的功能。實現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)的選擇、系統(tǒng) 運行狀態(tài)的監(jiān)控、節(jié)點數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲和查詢、相關(guān)設備的控制等。鑒于無線傳感節(jié) 點的可移動性，網(wǎng)絡系統(tǒng)在日后的功能擴展上具有相當大的自由度，可W隨著用戶的活動 范圍進行靈活的擴張。并將開發(fā)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)上傳至云存儲設備，使重要數(shù)據(jù)的存儲更加 可靠，通過云計算遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化功能。
[0035] 如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的智能建筑集成系統(tǒng)由計算節(jié)點(CN)平臺、智能 設備（系統(tǒng))組成。CN為Computing Node的縮寫。
[0036] (I)CN是建筑室內(nèi)環(huán)境控制的基本單元，它可W實現(xiàn)特定室內(nèi)區(qū)域的空調(diào)、照明、 電源、安防等所有設備的智能控制和能耗監(jiān)測。
[0037] (2)由分布在各個區(qū)域中的CN連接成的S維網(wǎng)狀網(wǎng)絡構(gòu)成系統(tǒng)平臺的基本架構(gòu)。 網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)直接反應了建筑空間的連通結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了整棟建筑(建筑群)智能化系統(tǒng)分 布式集成。并且各個機電設備網(wǎng)絡可W在此網(wǎng)絡上通過定義VPN(虛擬私有網(wǎng)絡，目的就是 利用公網(wǎng)的資源，把2個W上的節(jié)點連接成私有網(wǎng)絡，運個私有網(wǎng)絡是虛擬的，不受地域限 制)實現(xiàn)。
[0038] (3)每個處于同等地位的CN構(gòu)成的系統(tǒng)等效于一臺多核計算機，整體提供各種建 筑控制、管理需要的計算處理功能。CN及其聯(lián)接結(jié)構(gòu)可W隨建筑空間變化而改變。
[0039] (4)集成的室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)或者智能電視、電動窗簾、中央空調(diào)、電梯等等