CN108924783A - 建筑通风智能控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了建筑通风智能控制***，该***包括：开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；无线传感器网络装置，被配置为采集环境感知数据，所述环境感知数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；调控装置，与无线传感器网络装置通信连接，被配置为对无线传感器网络装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

Description

建筑通风智能控制***
技术领域
本发明涉及环境调节技术领域，具体涉及建筑通风智能控制***。
背景技术
现有技术中，由于大多建筑物都采用不可控的自然通风结构，自然通风条件下，室内通风状态无规则、不受控制，造成室内利用自然风的效果较差。因此，在目前很多的建筑设计中，依靠自然通风的结构使用会受到一定限制。如何令自然通风和建筑设计能更好地结合起来，就是本发明创造要解决的主要问题。
为此，需要设计一种建筑物的通风方法及装置，使建筑物具有接收风速和风向信号，根据信号变化改变建筑物的通风状态，从而控制自然风通风量。
无线传感器网络是近年来信息科学研究的一个热点，在军事、环境监测、农业、医疗、城市安全方面有着广泛的应用，引起了各国学术界和工业界的广泛重视。无线传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式***，构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。无线传感器网络节点的体系结构设计一般应包括电源及电源管理模块、传感器、微处理器和无线收发器四个部分。
发明内容
针对上述问题，本发明提供建筑通风智能控制***。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了建筑通风智能控制***，该***包括：
开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；
无线传感器网络装置，被配置为采集环境感知数据，所述环境感知数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；
调控装置，与无线传感器网络装置通信连接，被配置为对无线传感器网络装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。
优选地，所述调控装置包括数据库、数据分析模块；所述的数据库存储有自然风风向、风速与各个电动外窗的开启度的数量关系数据；所述数据分析模块根据所述数量关系数据对所述无线传感器网络装置采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗的开启度，并生成相应的控制信号。
进一步地，所述的环境感知数据还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。
进一步地，所述***还包括与无线传感器网络装置连接的显示装置，所述显示装置被配置为显示无线传感器网络装置采集的各种环境感知数据。
本发明的有益效果为：根据环境感知数据调节电动外窗的开启度，能够解决现有技术存在的室内通风状态无规则、不受控制、造成室内利用自然风的效果较差的问题，具有控制方便、结构简单、保证室内自然通风的合理，使自然通风可控，保证自然通风的有效性等突出的有益效果。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的建筑通风智能控制***的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的调控装置的结构示意框图。
附图标记：
电动外窗1、无线传感器网络装置2、调控装置3、显示装置4、数据库10、数据分析模块20。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了本发明一个示例性实施例的建筑通风智能控制***的结构示意框图。如图1所示，本发明实施例提供了建筑通风智能控制***，该***包括：
开启度可调节的电动外窗1，其设置于建筑物的外立面；
无线传感器网络装置2，被配置为采集环境感知数据，所述环境感知数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；
调控装置3，与无线传感器网络装置2通信连接，被配置为对无线传感器网络装置2采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗1的控制端，以控制电动外窗1的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。
在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述调控装置3包括数据库10、数据分析模块20；所述的数据库10存储有自然风风向、风速与各个电动外窗1的开启度的数量关系数据；所述数据分析模块20根据所述数量关系数据对所述无线传感器网络装置2采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗1的开启度，并生成相应的控制信号。
进一步地，所述的环境感知数据还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。
进一步地，所述***还包括与无线传感器网络装置2连接的显示装置4，所述显示装置4被配置为显示无线传感器网络装置2采集的各种环境感知数据。
本发明上述实施例根据环境感知数据调节电动外窗1的开启度，能够解决现有技术存在的室内通风状态无规则、不受控制、造成室内利用自然风的效果较差的问题，具有数据采集便捷、控制方便、结构简单、保证室内自然通风的合理，使自然通风可控，保证自然通风的有效性等突出的有益效果。
在一种能够实现的方式中，所述的无线传感器网络装置1包括汇聚节点和多个用于采集所述环境感知数据的传感器节点，在网络拓扑构建阶段，传感器节点通过节点竞选选出簇头，并根据簇头进行分簇，每个簇头收集其簇内传感器节点采集环境感知数据后，将收集的环境感知数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将环境感知数据发送至调控装置3和显示装置4。
在一种能够实现的方式中，簇头选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，簇内的其余传感器节点根据距离将采集的环境感知数据发送至该辅助节点或对应簇头；当辅助节点接收到的环境感知数据量达到其最大缓存时，辅助节点将接收的环境感知数据转发至簇头；其中，簇头选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，包括：
(1)按照下列公式计算簇内各传感器节点的选择概率，并确定其中的最大选择概率Hmax和最小选择概率Hmin：
式中，Hab表示簇头a对应簇内传感器节点b的选择概率，Lab为簇头a与所述传感器节点b的距离，Ua为所述簇头a的簇半径，db为所述传感器节点b的通信距离，rb为所述传感器节点b的邻居节点数目，Ka为簇头a对应簇的传感器节点数目，e1、e2为设定的权重系数；
(2)将簇内各传感器节点按照选择概率由大到小的顺序进行排序，从中将选择概率大于的传感器节点作为备选辅助节点，并归入备选辅助节点集合；
(3)簇头在备选辅助节点集合中选择一个当前剩余能量最大的备选辅助节点作为辅助节点。
如果没有辅助节点，簇内的传感器节点将不得不直接将环境感知数据发送至簇头，这将因此较大的通信开销和拥塞。本实施例设定了辅助节点的选择机制，通过辅助节点的设置，一方面能够降低通信开销和拥塞，另一方面能够有效提高簇头汇总环境感知数据的效率，并且能够分担簇头的负载，从而降低簇头的能耗；本实施例根据选择概率进行备选辅助节点的确定，能够有效保障选择的辅助节点能够较大范围地覆盖簇内的传感器节点，从而保障一定的数据收集效率。
其中，其余传感器节点根据距离将采集的环境感知数据发送至该辅助节点或对应簇头，即：当与辅助节点之间的距离更近时，传感器节点将采集的环境感知数据发送至辅助节点，当与簇头的距离更近时，传感器节点将采集的环境感知数据发送至该簇头。
在一种能够实现的方式中，当辅助节点的运行时间达到设定的时间阈值T时，簇头判断辅助节点是否满足下列更新条件，如果是，簇头在备选辅助节点集合中重新选择一个当前剩余能量最大的备选辅助节点作为辅助节点，以代替之前的辅助节点：
式中，Qj为辅助节点j的当前剩余能量，Qc为备选辅助节点中第c个辅助节点的当前剩余能量，2为备选辅助节点中辅助节点的数目。
本实施例设定了辅助节点的更新策略，其中具体提出了基于能量的更新条件。通过对辅助节点进行定时监测，并在监测时判断辅助节点是否满足该更新条件，当是时进行辅助节点的更新，有助于使簇内传感器节点的能量消耗保持均衡。
在一种能够实现的方式中，所述传感器节点通过节点竞选选出簇头，包括：
(1)汇聚节点收集网络中各传感器节点的节点度和能量信息，根据收集的信息确定用于节点竞选的相关信息并广播至各传感器节点，所述相关信息包括网络中传感器节点的最大节点度Kmax、最小节点度Kmin、节点度总和ΔK、网络中传感器节点的初始能量之和QΔ(0)；
(2)汇聚节点广播选簇头消息，任意传感器节点i以概率Hi随机地成为候选簇头，其中，按照下列公式计算Hi：
式中，Qi0为传感器节点i的初始能量，Qi为传感器节点i的当前剩余能量，Ki为传感器节点i的节点度，K为网络中的传感器节点个数；y1、y2为设定的权重系数；
(3)传感器节点i成为候选簇头时，向自己的一跳邻居节点发送入簇消息，该入簇消息包括传感器节点i的节点度；收到入簇消息的一跳邻居节点的节点度若不大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复确认加入消息，若大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复转让簇头消息；
(4)传感器节点i若收到所有一跳邻居节点的确认加入消息，则正式成为簇头；传感器节点i若在设定时间内收到转让簇头消息，则在发送了转让簇头消息的所有一跳邻居节点中选择节点度最大的作为正式簇头，并向自己的邻居节点广播簇头已转让消息，传感器节点i以及收到该簇头已转让消息的各邻居节点皆加入到该正式簇头。
传感器节点通过节点竞选选出簇头，本实施例给出了相应的簇头选择机制，该簇头选择机制首先通过概率选择的形式选出候选簇头，然后将候选簇头与其一跳邻居节点的节点度进行比较，始终选择节点度最大的传感器节点作为正式簇头。
本实施例设定了候选簇头的概率公式，在该概率公式中同时考虑了传感器节点的初始能量、剩余能量和节点度情况，有利于均衡传感器节点能耗，并使得本实施例的簇头选择机制具有更强的场景适应能力。
本实施例在建簇时尽可能选择节点度大的传感器节点充当簇头，有利于减少簇头数目，从而在整体上能够减少环境感知数据收集的时间，降低环境感知数据收集时延。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.建筑通风智能控制***，其特征是，包括：
开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；
无线传感器网络装置，被配置为采集环境感知数据，所述环境感知数据包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；
调控装置，与无线传感器网络装置通信连接，被配置为对无线传感器网络装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。
2.根据权利要求1所述的建筑通风智能控制***，其特征是，所述调控装置包括数据库、数据分析模块；所述的数据库存储有自然风风向、风速与各个电动外窗的开启度的数量关系数据；所述数据分析模块根据所述数量关系数据对所述无线传感器网络装置采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗的开启度，并生成相应的控制信号。
3.根据权利要求1所述的建筑通风智能控制***，其特征是，所述的环境感知数据还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。
4.根据权利要求3所述的建筑通风智能控制***，其特征是，还包括与无线传感器网络装置连接的显示装置，所述显示装置被配置为显示无线传感器网络装置采集的各种环境感知数据。
5.根据权利要求1所述的建筑通风智能控制***，其特征是，所述的无线传感器网络装置包括汇聚节点和多个用于采集所述环境感知数据的传感器节点，在网络拓扑构建阶段，传感器节点通过节点竞选选出簇头，并根据簇头进行分簇，每个簇头收集所在簇内传感器节点采集环境感知数据后，将收集的环境感知数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将环境感知数据发送至调控装置和显示装置。
6.根据权利要求5所述的建筑通风智能控制***，其特征是，簇头选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，簇内的其余传感器节点根据距离将采集的环境感知数据发送至该辅助节点或对应簇头；当辅助节点接收到的环境感知数据量达到其最大缓存时，辅助节点将接收的环境感知数据转发至簇头；其中，簇头选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，包括：
(1)按照下列公式计算簇内各传感器节点的选择概率，并确定其中的最大选择概率Hmax和最小选择概率Hmin：
式中，Hab表示簇头a对应簇内传感器节点b的选择概率，Lab为簇头a与所述传感器节点b的距离，Ua为所述簇头a的簇半径，db为所述传感器节点b的通信距离，rb为所述传感器节点b的邻居节点数目，Ka为簇头a对应簇的传感器节点数目，e1、e2为设定的权重系数；
(2)将簇内各传感器节点按照选择概率由大到小的顺序进行排序，从中将选择概率大于的传感器节点作为备选辅助节点，并归入备选辅助节点集合；
(3)簇头在备选辅助节点集合中选择一个当前剩余能量最大的备选辅助节点作为辅助节点。
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