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。
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。
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) 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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TC P/IP协议处理, 使嵌入式设备直接与Int ernet相连, 灵活性强。 (2) MC U (Mic ro 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。
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。
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
[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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