一種建筑室內用人工智能空氣監控系統

任偉

摘 要：隨著人工智能時代的來臨，結合智慧城市建設，智能建筑迎來了發展的高潮;國家政策的支持、行業巨大的潛力、新技術的不斷涌現與應用，為人們解決建筑的智能化問題奠定了很好的基礎。目前建筑室內空氣監控系統智能化水平較低，不能夠對室內環境參數做出智能化監控，操作維護不便。為了解決這個問題，設計一種建筑室內用人工智能空氣監控系統，用于智能建筑室內安裝，可以在空氣質量上實現智能監控，營造智能舒適的室內空氣環境。

關鍵詞：建筑室內;人工智能;空氣監控

中圖分類號：TU834.8文獻標識碼：A

1 概述

智能建筑是以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應用，集架構、裝置、應用、管理及優化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環境互為協調的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續發展功能環境的建筑。

2018年10月，隨著華為發布《AI戰略和全棧全場景解決方案》，這意味著人工智能加快了落地，這種落地是深入人們的生活，影響各行各業的。智能建筑就是人工智能應用的一個重要方面。建筑結合人工智能、物聯網、云、大數據等新技術可以實現建筑智能化，增強人們的居住體驗，有利于節能減排，有效提高便利性、安全性和舒適性。

2 產業發展現狀

中投顧問對2018-2022年中國智能建筑行業市場規模做了預測，2018年我國智能建筑行業市場規模將達到3168億元，未來五年（2018-2022）年均復合增長率約為15.24%，2022年將達到5587億元。

從預測數據來看，智能建筑行業發展潛力巨大，主要原因是新技術快速發展與應用引領了智能建筑行業的大發展，同時在人工智能大時代背景下，隨著大數據、云計算和物聯網等技術在城市建筑中的全面應用，智能建筑行業必將迎來全新的機遇和挑戰。傳統的建筑不能滿足智能化、信息化、個性化和網絡化要求，形成了一個個信息孤島，為了消滅孤島，實現數據共享和互聯互通，智能建筑行業迎來了深度改造，這種改造是具有時代背景和意義的，主要體現在以下幾個方面：

首先，政府政策的大力支持，住房和城鄉建設部2015年3月8日發布《GB 50314-2015 智能建筑設計標準》，2017年4月11日，住房和城鄉建設部發布《JGJ/T417-2017建筑智能化系統運行維護技術規范》為行業標準，自2017年10月1日起實施。這些標準規范的出臺規范了建筑智能化系統的運行維護工作，提高建筑智能化系統運行效率和管理質量。

其次，國家大力發展智慧城市建設，而智能建筑是智慧城市建設的主體內容之一。智能建筑主要包括工業建筑，公共建筑，交通建筑，商業建筑，住宅建筑等，涉及人們的衣食住行的各個方面。智慧城市是一個長期的建設目標，因為技術在不斷進步，智慧城市建設會隨著新技術的應用不斷的升級改造，而作為智慧城市主體內容的智能建筑建設的步伐也一直不會停歇。

再次，智能建筑發展前景廣闊，主要體現在人工智能的加持下，在物聯網技術的推動下，結合云計算和大數據，現代智能建筑煥發了全新的生命。越來越多的人們關注智能建筑，這其中包括運營商、設備商、集成商，及相應服務提供商，也包括技術開發者、研究者等等。

更有很多實力雄厚的巨頭企業關注智慧城市建設和智能建筑，例如華為等。

統計近年來的專利數據可以看到，從789個關于智能建筑的專利來看，2016年公開了93個，2017年公開了174個，2018年公開了290個，呈現快速增長的態勢，從國家知識產權局的專業分析中，可以發現關于智能建筑的專利以發明專利為主，占到61.28%，說明了智能建筑技術的開拓性和創新性進步。

從專利的技術構成來看，21.63%集中在H04電通信方面，體現了通信技術在智能建筑中的重要性，也說明智能建筑的這次大發展是以通信技術作為一個重要的切入點;其次是關于控制、調節方面的專利，而關于智能建筑供熱、通風方面的F24占到了6.34%，智能建筑的建設無論是哪個方面今后都要涉及到物聯網、人工智能、云計算、大數據、邊緣計算等等新技術，而這些新技術的應用需要滿足智能化、個性化要求，實現有效的信息數據傳輸，所以在設計一種建筑室內用人工智能空氣監控系統的時候，充分考慮了新技術應用，同時考慮了實際需求。個人家庭的空氣質量監控，為了節約成本，體現實用性，以人工智能技術為主要側重點。

最后，我們應該清醒認識到，我國智能建筑的不足。我國的智能建筑還處于初期發展階段，還存在著諸多問題，主要表現發展水平相對落后、工程質量不高、智能建筑普及速度慢、缺乏個性化、缺少支柱企業、行業需求得不到滿足、智能化水平不高等問題。

3 存在的問題及原因

傳統的建筑室內空氣監控系統主要是采用通風裝置，對于室內空氣的監控采用孤立的采集設備來實現環境的監測，再利用排風機、空調、空氣凈化器等設備的人工操作實現室內外空氣的換氣通風等，達到對于空氣質量的調節，用戶不能夠實時監控掌握室內空氣環境參數，也沒有辦法實現根據用戶需求實現智能記憶調節功能，智能化水平較低，能耗較高，功能單一，操作復雜，不易于維護。目前，缺失一種建筑室內用人工智能空氣監控系統，能夠對于室內環境參數做出智能化監控。

主要的原因有三個：第一是成本原因，普通用戶出于成本考慮;第二是出于人們的意識還沒有轉變，對于智能建筑不夠重視;第三是工程技術和施工水平所限。隨著國家大力的推動，以及智能建筑企業的快速成長，工程設計、施工水平的提升，這三個問題會得到逐步解決。

4 系統設計方案

一種建筑室內用人工智能空氣監控系統可以用于智能建筑室內，可以在空氣質量上實現智能監控，營造智能舒適的室內環境。系統裝置無論在技術上、經濟上和環保上都是完全可行的。

為了實現上述目的，采用以下系統設計方案：一種建筑室內用人工智能空氣監控系統，包括兩部分：單元監控總機和房間裝置。單元監控總機包括人工智能控制器、顯示控制終端、人機交互裝置、狀態燈和電源;房間裝置包括房間連接裝置、自適應模糊控制器、電子測量裝置、空氣凈化執行裝置。

（1）單元監控總機安裝在建筑單元室內大門口，用于智能完成各個房間的空氣質量監控，可以實現參數設置、人機交互功能;

人工智能控制器裝有控制芯片，控制芯片采用STM32F103，通過控制芯片存儲、管理和控制不同房間的空氣凈化執行裝置;顯示控制終端連接到人工智能控制器，采用4.3寸電容觸摸屏，用于顯示、設置空氣質量參數，監控整個裝置的運行狀況和參數，可以通過觸摸屏調整工作參數;人機交互裝置連接到人工智能控制器，提供計算機接口和通信模塊，計算機接口用于安裝時程序的輸入、調試及故障診斷，通過通信模塊接收手機遙控信號實現手機遙控開關，采用USB接口，通信模塊采用紅外遙控和wifi無線網絡遙控方式;電源連接到人工智能控制器，用于供給整個裝置電能，采用多路開關電源，包括交流220V和直流12V、5V、3.3V三路輸出;狀態燈連接到人工智能控制器，采用LED發光二極管，可顯示紅色和綠色，用于空氣質量較差時亮起紅燈，空氣質量達標時亮起綠燈，狀態燈亮起紅燈時裝置運轉，亮起綠燈時裝置自動待機，低功耗運行。

（2）房間裝置安裝在建筑單元室內各個房間，用于實時采集空氣質量參數，智能控制空氣凈化執行裝置，受單元監控總機控制，可以實現房間空氣凈化;

房間連接裝置連接到人工智能控制器，受人工智能控制器和自適應模糊控制器的控制，采用帶光耦隔離的繼電器，用于控制空氣凈化執行裝置的運行狀態;人工智能控制器和自適應模糊控制器至少一個發出控制信號來控制房間連接裝置的通斷狀態，房間連接裝置的通斷狀態控制空氣凈化執行裝置的電源，房間連接裝置處于通的狀態時空氣凈化執行裝置運行;自適應模糊控制器連接到電子測量裝置和房間連接裝置，通過房間連接裝置受人工智能控制器的控制，裝有信號處理芯片，具有人工智能功能，可以根據電子測量裝置監測到的空氣質量數據，實時分析處理，通過房間連接裝置控制空氣凈化執行裝置的運行狀態;電子測量裝置連接到自適應模糊控制器和空氣凈化執行裝置，包括空氣質量檢測用傳感器，主要是電化學傳感器、煙霧氣體傳感器、PM2.5激光傳感器，用于檢測甲醛、苯、TVOC、PM2.5和煙霧燃氣等有害氣體，電子測量裝置可以實時測量空氣凈化執行裝置的運行狀態;空氣凈化執行裝置連接到電子測量裝置和房間連接裝置，裝有多層過濾網和離心風機，用于空氣凈化的作用。

5 實施應用

在實際應用中，單元監控主機安裝在建筑室內單元門口，用于監控單元所有房間。由于建筑室內單元往往是多房間的，所以每一個房間單獨安裝房間裝置。房間裝置可以通過兩種方式連入單元監控總機：有線方式采用普通的網線接口，采用RJ-45連接頭，安裝維護方便;無線方式可以通過wifi連入，方便利用家庭或者辦公場所的wifi接入。同時單元監控主機與房間裝置，都可以通過手機直接遙控，或者通過紅外遙控器遙控。在設計施工過程中要符合《GB50311-2016綜合布線系統工程設計規范》和《GB50312-2016綜合布線系統驗收標準》。

安裝好設備以后要進行設備調試：

第一步，設備通電、初始化和自檢。單元監控主機電源提示燈亮，即狀態燈綠燈亮，系統進行初始化和自檢，如果采用wifi模式，請確保wifi打開，進入設置界面，選擇wifi進行連接，如果采用有線模式，則開機初始化和自檢以后無需其他操作。系統屏幕會5分鐘以后自動關閉，單元監控主機進入待機狀態。期間通過顯示控制終端屏幕，我們可以看到初始化和自檢情況，如果設備有異常，會有報警提示。

第二步，進行參數設置。通過觸摸屏，修改空氣質量參數的閾值，空氣質量滿足在最大和最小閾值之間時系統待機;一旦低于最小值，高于最大值，系統會實時智能啟動，自動調節空氣。如果不進行參數設置，系統會采用默認的閾值。

需要說明的是企業辦公場所無線連接時，最好在各個房間安裝中繼路由，保證信號連接質量，如果每個房間wifi不一致，需要各房間的路由進行配置實現多個wifi無縫切換連接。

6 結論

一種建筑室內用人工智能空氣監控系統性能實用完善，成本低、可靠性高。一種建筑室內用人工智能空氣監控系統，可以實現建筑內智能化室內空氣的監控，實現代替人工來及時和有效的改善室內空氣質量。本系統可以用于智能建筑室內安裝，可以空氣質量上實現智能監控，營造智能舒適的室內空氣環境，無論在技術上、經濟上和環保上都是完全可行的。

參考文獻：

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