一种建筑室内用人工智能空气监控系统
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摘 要：随着人工智能时代的来临，结合智慧城市建设，智能建筑迎来了发展的高潮;国家政策的支持、行业巨大的潜力、新技术的不断涌现与应用，为人们解决建筑的智能化问题奠定了很好的基础。目前建筑室内空气监控系统智能化水平较低，不能够对室内环境参数做出智能化监控，操作维护不便。为了解决这个问题，设计一种建筑室内用人工智能空气监控系统，用于智能建筑室内安装，可以在空气质量上实现智能监控，营造智能舒适的室内空气环境。
关键词：建筑室内;人工智能;空气监控
中图分类号：TU834.8 文献标识码：A
1 概述
智能建筑是以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、装置、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。
2018年10月，随着华为发布《AI战略和全栈全场景解决方案》，这意味着人工智能加快了落地，这种落地是深入人们的生活，影响各行各业的。智能建筑就是人工智能应用的一个重要方面。建筑结合人工智能、物联网、云、大数据等新技术可以实现建筑智能化，增强人们的居住体验，有利于节能减排，有效提高便利性、安全性和舒适性。
2 产业发展现状
中投顾问对2018-2022年中国智能建筑行业市场规模做了预测，2018年我国智能建筑行业市场规模将达到3168亿元，未来五年（2018-2022）年均复合增长率约为15.24%，2022年将达到5587亿元。
从预测数据来看，智能建筑行业发展潜力巨大，主要原因是新技术快速发展与应用引领了智能建筑行业的大发展，同时在人工智能大时代背景下，随着大数据、云计算和物联网等技术在城市建筑中的全面应用，智能建筑行业必将迎来全新的机遇和挑战。传统的建筑不能满足智能化、信息化、个性化和网络化要求，形成了一个个信息孤岛，为了消灭孤岛，实现数据共享和互联互通，智能建筑行业迎来了深度改造，这种改造是具有时代背景和意义的，主要体现在以下几个方面：
首先，政府政策的大力支持，住房和城乡建设部2015年3月8日发布《GB 50314-2015 智能建筑设计标准》，2017年4月11日，住房和城乡建设部发布《JGJ/T417-2017建筑智能化系统运行维护技术规范》为行业标准，自2017年10月1日起实施。这些标准规范的出台规范了建筑智能化系统的运行维护工作，提高建筑智能化系统运行效率和管理质量。
其次，国家大力发展智慧城市建设，而智能建筑是智慧城市建设的主体内容之一。智能建筑主要包括工业建筑，公共建筑，交通建筑，商业建筑，住宅建筑等，涉及人们的衣食住行的各个方面。智慧城市是一个长期的建设目标，因为技术在不断进步，智慧城市建设会随着新技术的应用不断的升级改造，而作为智慧城市主体内容的智能建筑建设的步伐也一直不会停歇。
再次，智能建筑发展前景广阔，主要体现在人工智能的加持下，在物联网技术的推动下，结合云计算和大数据，现代智能建筑焕发了全新的生命。越来越多的人们关注智能建筑，这其中包括运营商、设备商、集成商，及相应服务提供商，也包括技术开发者、研究者等等。
更有很多实力雄厚的巨头企业关注智慧城市建设和智能建筑，例如华为等。
统计近年来的专利数据可以看到，从789个关于智能建筑的专利来看，2016年公开了93个，2017年公开了174个，2018年公开了290个，呈现快速增长的态势，从国家知识产权局的专业分析中，可以发现关于智能建筑的专利以发明专利为主，占到61.28%，说明了智能建筑技术的开拓性和创新性进步。
从专利的技术构成来看，21.63%集中在H04电通信方面，体现了通信技术在智能建筑中的重要性，也说明智能建筑的这次大发展是以通信技术作为一个重要的切入点;其次是关于控制、调节方面的专利，而关于智能建筑供热、通风方面的F24占到了6.34%，智能建筑的建设无论是哪个方面今后都要涉及到物联网、人工智能、云计算、大数据、边缘计算等等新技术，而这些新技术的应用需要满足智能化、个性化要求，实现有效的信息数据传输，所以在设计一种建筑室内用人工智能空气监控系统的时候，充分考虑了新技术应用，同时考虑了实际需求。个人家庭的空气质量监控，为了节约成本，体现实用性，以人工智能技术为主要侧重点。
最后，我们应该清醒认识到，我国智能建筑的不足。我国的智能建筑还处于初期发展阶段，还存在着诸多问题，主要表现发展水平相对落后、工程质量不高、智能建筑普及速度慢、缺乏个性化、缺少支柱企业、行业需求得不到满足、智能化水平不高等问题。
3 存在的问题及原因
传统的建筑室内空气监控系统主要是采用通风装置，对于室内空气的监控采用孤立的采集设备来实现环境的监测，再利用排风机、空调、空气净化器等设备的人工操作实现室内外空气的换气通风等，达到对于空气质量的调节，用户不能够实时监控掌握室内空气环境参数，也没有办法实现根据用户需求实现智能记忆调节功能，智能化水平较低，能耗较高，功能单一，操作复杂，不易于维护。目前，缺失一种建筑室内用人工智能空气监控系统，能够对于室内环境参数做出智能化监控。
主要的原因有三个：第一是成本原因，普通用户出于成本考虑;第二是出于人们的意识还没有转变，对于智能建筑不够重视;第三是工程技术和施工水平所限。随着国家大力的推动，以及智能建筑企业的快速成长，工程设计、施工水平的提升，这三个问题会得到逐步解決。
4 系统设计方案
一种建筑室内用人工智能空气监控系统可以用于智能建筑室内，可以在空气质量上实现智能监控，营造智能舒适的室内环境。系统装置无论在技术上、经济上和环保上都是完全可行的。 为了实现上述目的，采用以下系统设计方案：一种建筑室内用人工智能空气监控系统，包括两部分：单元监控总机和房间装置。单元监控总机包括人工智能控制器、显示控制终端、人机交互装置、状态灯和电源;房间装置包括房间连接装置、自适应模糊控制器、电子测量装置、空气净化执行装置。
（1）单元监控总机安装在建筑单元室内大门口，用于智能完成各个房间的空气质量监控，可以实现参数设置、人机交互功能;
人工智能控制器装有控制芯片，控制芯片采用STM32F103，通过控制芯片存储、管理和控制不同房间的空气净化执行装置;显示控制终端连接到人工智能控制器，采用4.3寸电容触摸屏，用于显示、设置空气质量参数，监控整个装置的运行状况和参数，可以通过触摸屏调整工作参数;人机交互装置连接到人工智能控制器，提供计算机接口和通信模块，计算机接口用于安装时程序的输入、调试及故障诊断，通过通信模块接收手机遥控信号实现手机遥控开关，采用USB接口，通信模块采用红外遥控和wifi无线网络遥控方式;电源连接到人工智能控制器，用于供给整个装置电能，采用多路开关电源，包括交流220V和直流12V、5V、3.3V三路输出;状态灯连接到人工智能控制器，采用LED发光二极管，可显示红色和绿色，用于空气质量较差时亮起红灯，空气质量达标时亮起绿灯，状态灯亮起红灯时装置运转，亮起绿灯时装置自动待机，低功耗运行。
（2）房间装置安装在建筑单元室内各个房间，用于实时采集空气质量参数，智能控制空气净化执行装置，受单元监控总机控制，可以实现房间空气净化;
房间连接装置连接到人工智能控制器，受人工智能控制器和自适应模糊控制器的控制，采用带光耦隔离的繼电器，用于控制空气净化执行装置的运行状态;人工智能控制器和自适应模糊控制器至少一个发出控制信号来控制房间连接装置的通断状态，房间连接装置的通断状态控制空气净化执行装置的电源，房间连接装置处于通的状态时空气净化执行装置运行;自适应模糊控制器连接到电子测量装置和房间连接装置，通过房间连接装置受人工智能控制器的控制，装有信号处理芯片，具有人工智能功能，可以根据电子测量装置监测到的空气质量数据，实时分析处理，通过房间连接装置控制空气净化执行装置的运行状态;电子测量装置连接到自适应模糊控制器和空气净化执行装置，包括空气质量检测用传感器，主要是电化学传感器、烟雾气体传感器、PM2.5激光传感器，用于检测甲醛、苯、TVOC、PM2.5和烟雾燃气等有害气体，电子测量装置可以实时测量空气净化执行装置的运行状态;空气净化执行装置连接到电子测量装置和房间连接装置，装有多层过滤网和离心风机，用于空气净化的作用。
5 实施应用
在实际应用中，单元监控主机安装在建筑室内单元门口，用于监控单元所有房间。由于建筑室内单元往往是多房间的，所以每一个房间单独安装房间装置。房间装置可以通过两种方式连入单元监控总机：有线方式采用普通的网线接口，采用RJ-45连接头，安装维护方便;无线方式可以通过wifi连入，方便利用家庭或者办公场所的wifi接入。同时单元监控主机与房间装置，都可以通过手机直接遥控，或者通过红外遥控器遥控。在设计施工过程中要符合《GB50311-2016综合布线系统工程设计规范》和《GB50312-2016综合布线系统验收标准》。
安装好设备以后要进行设备调试：
第一步，设备通电、初始化和自检。单元监控主机电源提示灯亮，即状态灯绿灯亮，系统进行初始化和自检，如果采用wifi模式，请确保wifi打开，进入设置界面，选择wifi进行连接，如果采用有线模式，则开机初始化和自检以后无需其他操作。系统屏幕会5分钟以后自动关闭，单元监控主机进入待机状态。期间通过显示控制终端屏幕，我们可以看到初始化和自检情况，如果设备有异常，会有报警提示。
第二步，进行参数设置。通过触摸屏，修改空气质量参数的阈值，空气质量满足在最大和最小阈值之间时系统待机;一旦低于最小值，高于最大值，系统会实时智能启动，自动调节空气。如果不进行参数设置，系统会采用默认的阈值。
需要说明的是企业办公场所无线连接时，最好在各个房间安装中继路由，保证信号连接质量，如果每个房间wifi不一致，需要各房间的路由进行配置实现多个wifi无缝切换连接。
6 结论
一种建筑室内用人工智能空气监控系统性能实用完善，成本低、可靠性高。一种建筑室内用人工智能空气监控系统，可以实现建筑内智能化室内空气的监控，实现代替人工来及时和有效的改善室内空气质量。本系统可以用于智能建筑室内安装，可以空气质量上实现智能监控，营造智能舒适的室内空气环境，无论在技术上、经济上和环保上都是完全可行的。
参考文献：
[1]龙锐.浅谈建筑智能空气调节系统设计[J].信息通信，2016（05）：87-88.
[2]中投顾问.2018-2022年中国智能建筑行业预测分析[EB OL].中投投资咨询网.http：//www.ocn.com.cn/touzi/chanye/201808/cabks06105104.shtml，2018.8.6.
[3]住房和城乡建设部.GB 50314-2015 智能建筑设计标准[S].中国计划出版社，2015.10.
[4]住房和城乡建设部.JGJ/T417-2017建筑智能化系统运行维护技术规范[S].中国建筑工业出版社，2017.9.25.
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