一种楼宇智能控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及楼宇控制技术领域，尤其是指一种楼宇智能控制系统。

背景技术：

2.随着人口的增长、经济的发展给环境造成了一定的负担，基于此，世界各国均在寻求节能降耗的途径，积极争取实现与地球和谐共处的目的。建筑作为能耗大户，占据全球能耗的25％～30％左右，因此，如何提高节能意识，开发新的楼宇控制技术，来降低建筑能耗，改善人居环境是我们所面临的一个新课题。现有建筑的楼宇自控控制技术是基于ddc控制技术，近几年随着物联网技术发展，也有些做楼宇自动控制的厂商，在利用物联网技术解决楼宇的自动控制。随着社会和经济的发展，新技术的涌现，人类对居住环境有了更高的要求，现有楼宇自控控制需要更加高级的技术来解决建筑楼宇能耗高、运维门槛高等系列问题。
3.传统的楼宇自动控制技术用的产品，要么是单片机控制系统，需要单独开发且与要设备绑定；要么是通用的硬件，但是控制软件需要专业开发的plc控制系统搭配使用的上位机控制器或者触摸屏控制器也需要定制开发，该类系统在物联网时代存在以下不足：
4.已有的楼宇自动控制系统为dcs架构，该系统稳定可靠运行依然依赖于与上位机的物理中心，需要此物理中心做整体业务调度，这样的架构有这样一个风险，一旦用来传输的网络瘫痪，则会导致整个系统崩溃。各个系统的设备的控制算法相对固化，扩展不灵活。有新增设备，或者想要调整控制逻辑的时候，只能重新编写程序，重新定制开发人机界面。或者采用边缘计算方式，将采集的数据通过在集控制器的边缘计算单元实现控制逻辑计算，集控制器再根据计算结果控制各个设备，但需要将所有采集到的设备数据传输至一个或多个集控制器中再进行控制逻辑计算，再传输过程中可能会存在网络延迟导致数据不全面，影响计算结果，同时若该集控制器或搭载的边缘计算单元出现故障则无法实现设备的自动化控制。
5.综上所述，现有技术在实现楼宇内各个设备的控制时，若网络传输故障很容易导致楼宇控制系统崩溃，或者楼宇集控制器或搭载的边缘计算单元出现故障则无法实现设备的自动化控制；总之，现有技术在实现楼宇自动化控制的过程中一旦出现网络故障或集控制器故障、边缘计算单元故障则会导致楼宇无法实现自动化控制，影响楼宇设备的正常运行。

技术实现要素：

6.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中网络故障或集控制器故障导致无法实现楼宇自动化的问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种楼宇智能控制系统，包括：
8.搭载在第一设备上的第一边缘控制单元；
9.搭载在第二设备上的第二边缘控制单元，与所述第一边缘控制单元采用内部无线
通讯模块进行无线通讯连接；
10.所述第一边缘控制单元和所述第二边缘控制单元均包括电源模块、无线通信模块、控制模块、存储模块、电参数模块，所述电源模块通过交直流变换电路分别与无线通信模块、控制模块、存储模块、电参数模块相连；
11.传感器模块：与第一边缘控制单元的电源模块相连接。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述第一设备为布设在楼宇中的灯具；
13.所述第二设备为布设在楼宇中的空调控制器、门窗控制器、投影机开关控制器、插座开关控制器、通风机控制器、排水泵控制器、窗帘控制器中的一种或多种。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述电源模块为所搭载在设备上的电源模块或重新搭建的电源模块。
15.在本实用新型的一个实例中，所述无线通讯模块为支持2.4g无线私有协议的通讯模块。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述传感器模块包括：温度传感器、人体感应传感器、湿度传感器、氧气浓度传感器、pm2.5传感器、噪声传感器、甲醛浓度传感器、人体存在传感器中的一种或多种。
17.在本实用新型的一个实施例中，还包括物联网管理控制开放平台，所述物联网管理控制开放平台与交换机有线连接，所述交换机与网关有线连接，所述网关与第一边缘控制单元和第二边缘控制单元通过无线方式进行通讯连接。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述物联网管理控制开放平台还连接有警报装置。
19.在本实用新型的一个实施例中，所述物联网管理控制开放平台连接有可视化装置，用于实现楼宇内设备数据展示。
20.在本实用新型的一个实施例中，所述控制模块内置边缘计算芯片。
21.在本实用新型的一个实施例中，所述第一边缘控制单元和第二边缘控制单元均配置有断电记忆芯片，用于记录楼宇各个设备的运行数据。
22.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
23.1、本实用新型所述的楼宇智能控制系统，以分布在楼宇中的第一设备和第二设备为载体搭载边缘控制单元，利用其中的无线通信模块构建一个楼宇全覆盖的无线网络，实现不同设备之间的数据传输；利用第一设备搭载的第一边缘控制单元内的传感器模块检测的环境数据，第一设备根据搭载的第一边缘控制单元实现自动化控制；同时检测到的环境数据通过构建的全楼宇全覆盖的无线网络传递给第二设备搭载的第二边缘控制单元，第二边缘控制单元完成计算后确定是否发出相应动作指令，以实现楼宇内所有设备的自动化控制。
24.2、本实用新型所述的楼宇智能控制系统，以分布在楼宇中的第一设备和第二设备为载体搭载边缘控制单元，当其中某个第一边缘控制单元发生故障时，可以利用搭载在其他设备上的第一边缘控制单元将数据传输给第二设备搭载的第二边缘控制单元进行控制计算，不会对整个楼宇控制系统造成影响。
附图说明
25.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
26.图1是本实用新型楼宇智能控制系统的结构框图；
27.图2是本实用新型实施例中边缘控制单元与灯具的接线图；
28.图3是本实用新型实施例中边缘控制单元与空调的接线图；
29.图4是本实用新型实施例中以搭载边缘控制单元的灯具实现会议室各个业务的联动控制示意图；
30.图5是本实用新型实施例中设备控制指令的数据流向示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
32.请参照图1所示，图1为本实用新型中楼宇智能控制系统的结构框图；本实施例中，该楼宇智能控制系统包括：
33.搭载在楼宇各个设备上的边缘控制单元，包括搭载在第一设备上的第一边缘控制单元和搭载在第二设备上的第二边缘控制单元，每个边缘控制单元包括电源模块、无线通讯模块、控制模块、存储模块、电参数模块；该系统还包括传感器模块，该传感器模块与第一边缘控制单元的电源模块连接；每个电源模块通过交直流变换电路分别与无线通信模块、控制模块、存储模块、电参数模块相连。第一设备为布设在楼宇中的灯具(因为灯具可以实现全楼宇覆盖)，第二设备为布设在楼宇中的空调控制器、窗帘控制器、投影开关控制器、插座开关控制器、门窗控制器、通风机控制器、排水泵控制器等。作为其他实施方式，传感器模块也可以单独布设。
34.该智能控制系统包括还包括物联网管理控制开放平台，物联网管理控制开放平台用于实现所有设备数据(包括历史数据)的存储、分析，第一边缘控制单元和第二边缘控制单元与网关之间是以无线方式进行通讯，网关和交换机之间以网线相连，交换机通过有线方式与物联网管理控制开放平台连接，交换机也可以有线方式与光纤环网相连，将现场设备的运行情况上传到管理控制开放平台。
35.本实施例中，利用第一边缘控制单元控制所搭载第一设备(灯具)的开关和调光，利用第二边缘控制单元控制所搭载第二设备(空调、窗帘、门窗、投影仪、插座、通风机、排水泵)的操作，例如空调的开关、空调温度的调控，窗帘的开关，投影仪的开关、插座的通断电，门窗的开关、通风设备的开关，排水泵的开关。此外，对于楼宇中的电梯设备，也可以利用楼宇中搭载在灯具上的边缘控制单元中无线通讯模块构建的无线网络，将电梯的状态数据(上升、下降、停靠在第几层、设备是否异常)上传，以便对电梯设备的运行状态进行监测。
36.在实施楼宇控制过程中，以搭载在各设备上的边缘控制单元构建一个覆盖全楼宇的无线网络，实现各设备数据交互；其中灯具搭载的边缘控制单元联动搭载在其他受控设备(空调、通风、排水、插座、门窗等)上的边缘控制单元完成对整个建筑楼宇的联动控制，例如空调的开关、温度的调控、插座的通断电控制、通风机的启停控制、门窗的开关控制、排水泵的开关等，从而使得各个系统相互联通，实现整个楼宇的自动化、智能化控制。
37.本实用新型利用了建筑物里密布的照明灯具为载体，搭载边缘计算单元，构建一个全楼宇覆盖的无线网络，完成了对建筑楼宇内的照明、空调、通风、给排水、插座、门窗的自动化控制，当其中某个第一边缘控制单元发生故障时，可以利用搭载在其他设备上的第一边缘控制单元将数据传输给第二设备搭载的第二边缘控制单元进行控制计算，不会对整个楼宇控制系统造成影响。
38.其中，请参考图2、图3，图2和图3分别展示了边缘控制单元与灯具、空调面板的接线图，其他设备与边缘控制单元的接线结构和图3相同。边缘控制单元直接采用第一设备(灯具)和第二设备的供电线路进行供电，不需要重新铺线。电源就近取自搭载的照明、空调等系统中设备，因此避免了穿墙打洞，减少了大量线缆的使用，可降低楼宇自动化控制部分的项目造价。
39.本实施例中，搭载在各灯具上的第一边缘控制单元是一个多功能集成模块，集成了电源模块、无线通信模块、控制模块、存储模块、电参数模块、传感器模块，各个模块的功能如下：
40.电源模块用于给边缘控制单元供电，电源直接取自所搭载的设备；作为其他实施方式，也可以重新搭载一个电源模块供电；
41.无线通讯模块用于现场第一边缘控制单元之间、第一边缘控制单元与第二边缘控制单元之间、第一边缘控制单元和第二边缘控制单元与网关之间的通讯，网关通过交换机和物联网管理控制开放平台进行数据或控制指令的交互；其中通讯模块包括采用的是支持2.4g无线私有协议的通讯模块。
42.控制模块搭载了嵌入式实时操作系统的控制芯片，内置边缘技术，是整个系统的边缘计算的核心部分，可以完成对照明调光、开关的控制；
43.存储模块用于记录存储楼宇终端运行状态信息；
44.电参数模块用于采集楼宇终端的运行电压、电流、用电时间等信息，通过计算可以获得楼宇终端的电能消耗，电参数模块发现异常数据会及时进行数据存储，并且通过无线通讯模块和网关将数据上传至物联网管理控制开放平台进行分析、决策；如果设备发生故障，可以及时通知物联网管理控制开放平台，快速定位故障，快速维修，减少故障停机时间；
45.传感器模块是由一个或多个传感器组成，包括照度传感器、温度传感器、湿度传感器、氧气浓度传感器、pm2.5传感器、人体感应传感器、甲醛浓度传感器、噪声传感器、人体存在传感器等，负责对楼宇内环境进行全面实时监测，并通过网关传输设备把数据实时上传给物联网管理控制开放平台。
46.其中，搭载在其他控制设备上的边缘控制单元，也包括电源模块、无线通讯模块、控制模块、存储模块、电参数模块，这些模块的功能同上述灯具搭载的边缘控制单元中的对应模块功能一样，仅仅是没有传感器模块。本实施例中，每个边缘控制单元均具有控制运算能力，可以根据传感器采集的数据实现对第一设备及第二设备的自动化控制，根据传感器模块实时采集到的数据，通过无线通信模块将该数据实时发送给对应设备的边缘控制单元，其边缘控制单元通过内置算法完成计算，生成控制指令实现各个设备的控制。下面以灯具搭载的边缘控制单元实现所有设备的控制计算为例进行详细介绍，如下：
47.请参考图4，图4展示了以搭载第一边缘控制单元的灯具和搭载了第二边缘控制器的空调面板、插座、投影仪、幕布、窗帘等实现会议室各个业务的联动控制示意图。第一边缘
控制单元搭载在会议室各个灯具上，第二边缘控制单元搭载在会议室中智能窗帘控制器、智能空调面板、投影控制模块、控制屏、插座等上；当会议室中灯具搭载的第一边缘控制单元中传感器模块(人体感应传感器)感应到有人员存在，且第一边缘控制器中照度传感器探测到照度不足时，打开照明，当照度传感器探测到的照度达到设定阈值时，则暂不开启照明；当人员通过触摸屏设置会议室为会议模式时，触摸屏会通过无线网络，将指令发给各个设备：会议室内的投影仪打开、插座通电、关闭窗帘、投影幕布放下来，此时再根据照度传感器探测到的室内照明度决定是否开灯；当会议室需要进行投影，通过门口触摸屏设置投影模式,此时靠近投影幕布的灯具亮度5％、中间灯具亮度20％、远离投影幕布的灯具亮度50％。此场景的设置完成，是依赖于搭载在灯具和各个受控设备的边缘控制单元实现的。每个独立的边缘控制单元均具有运算能力，可以根据实际情况实现对自身设备的控制或干预其他设备。
48.当投影打开时，为了能保证投影清晰，如果因为室内光照过强已经执行了关窗帘指令(或者在窗帘关闭时打开部分灯具)，此时判断室内光照是否满足投影需求，再决定是否需要执行其他开关灯的操作；如果因为室内光照度低，执行了开灯操作，此时判断室内光照度是否满足投影需要，再决定是否执行其他开关灯(或者调节灯具亮度)的操作；在打开投影时，实时接收室内光照强度，灯具搭载的边缘控制单元或投影控制器搭载的边缘控制单元判断此时室内光照强度能否投影清晰的要求(可以设置一个光照度区间)，在满足要求时，不干预操作，当不满足要求时，干预灯具的开关及调光。
49.根据温度传感器采集到的温度数据判断是否需要开启空调和空调开启温度，灯具搭载的第一边缘控制单元的温度传感器检测到温度数据通过无线网络实时传输给空调控制面板搭载的第二边缘控制单元，第二边缘控制单元利用内置算法计算后确定是否发出开启空调(温度控制)的指令。
50.根据氧气浓度传感器、pm2.5传感器、甲醛浓度传感器监测到的室内空气质量判断是否需要开窗通风及计算通风时间，并基于实时监测结果决定是否关闭，灯具搭载的边缘控制单元通过无线通讯模块将检测到的数据传输给门窗控制器搭载的边缘控制单元，通过内置算法计算够确定是否发出门窗开关的控制指令，从而实现对门窗的自动控制。
51.当人体感应装置检测到人员离开时不立即执行断电操作，当在预设时间内(5分钟、10分钟)所有人体感应传感器没有检测到人员存在时，对所有设备进行断电操作；或者当人员手动关闭灯具时，立即执行所有设备的断电操作。
52.同时根据日常规律，例如在一栋办公楼宇中，可以在每天晚上12点至凌晨5点对所有办公区的插座断电，断电指令存储在每个控制设备的边缘计算单元中；但若是在该时间段内人体感应传感器检测到有人员存在，此时仍根据传感器检测到的结果进行各个设备的控制。所有边缘控制单元具有断电记忆芯片，可以记录楼宇各个设备的运行数据，当网络断开，数据不会丢失，在通电后可以继续把楼宇的运行、环境信息通过网关、无线网络反馈到物联网管理控制开放平台。
53.作为其他实施方式，因为灯具密切布置在楼宇中的各个位置处，所以直接在灯具上布设带有传感器的边缘计算控制单元也能够满足整栋楼宇的控制计算。灯具的边缘控制单元的中存储有上述用于生成各种控制指令的控制算法。
54.作为其他实施方式，由于同一区域内的操作参考数据一致，例如对某一房间的空
调进行调控，肯定需要依据该房间的温度进行选择的，所以在该房间内的温度传感器可以仅布设在一个或两个灯具上，避免同一区域内重复采集和重复计算，减少数据冗余；同理，在该区域的其他传感器也可以进布设在一个或多个灯具的边缘控制单元内，或者在不同传感器分别布设在不同灯具的边缘控制单元内，减少每个边缘控制单元的内存占用；此外，当对于空调的控制可采用房间内多点温度取平均值后确定是否对空调发出控制指令。在进行区域划分时，可以以每个房间进行划分，走廊可以按照每5个灯具进行划分，同时在走廊的拐角处的每个灯具都布设传感器；同样还可以按照使用功能进行区域划分，例如茶水间、洗漱间、休息室、娱乐室等等。
55.由于楼宇中的边缘控制单元时分布式控制方式，当其中一个控制节点出现问题时，并不会影响整个楼宇自动控制的稳定性。
56.为了保证楼宇设备的自动化控制及设备的正常运行，在楼宇中每个子区域下，利用该子区域内搭载在设备上的边缘控制单元实现该设备的控制可计算，或者利用任意一个灯具上的边缘控制单元也可以实现该子区域内的设备控制计算。
57.总之，每个子区域内的设备控制包括：
58.1)以该区域内的某一个灯具的边缘计算控制单元实现所有设备的控制计算；由于构建的全楼宇无线通讯采用mesh组网方式，当任意灯具搭载的边缘计算单元故障的时候，设备具有最优路径选择功能，可以自动通过其他边缘控制设备，完成相关的逻辑控制；
59.2)针对不同设备，利用不同设备的边缘计算控制单元实现对应设备的控制计算，具体为利用将灯具上搭载的传感器模块采集到的传感器参数通过通信模块传输给各个设备(仅接收该设备控制计算需要的数据，对其他数据直接过滤)，利用接收到的数据，各个设备采用搭载的控制模块中内置的算法实现控制逻辑运算，当然若该设备的边缘控制单元出现异常，则会导致无法实现该设备的自动控制，因此可以设置计算优先级，当监测到设备边缘控制单元无异常时，采用设备搭载的控制模块计算，若监测到设备边缘控制单元有异常时，采用灯具搭载的控制模块计算。
60.其中，上述两种方法的传感器可以布设在所有灯具的边缘控制单元，或者按照区域大小分布在几个灯具的边缘控制单元中，再或者把不同传感器分别布设在各个灯具的边缘控制单元中，均可以根据实际情况进行设置。
61.其中，对于楼宇中排水泵的自动控制具体如下：在楼宇的排水系统中各排水管道、水箱上布设有液位计，液位计用于检测水位；在液位计上连接有边缘控制单元，将液位计检测到的水位高度通过连接的边缘控制单元传输到排水泵控制器的边缘控制单元中，若两者距离较近即满足通讯传输距离时，边缘控制单元可以将液位计数据直接传输到排水泵控制器，若两者距离较远即不满足通讯传输距离时，则液位计采集到的数据通过楼宇内灯具上搭载的第一边缘计算单元传输至排水泵控制器的边缘控制单元；排水泵控制器的边缘控制单元中，配置有边缘计算逻辑，当液位计检测到的水位高度超过预设值(最高标准)时，生成排水泵开启指令，排水泵控制器控制排水，当液位计检测到的水位高度低于预设值(最低标准)时，生成排水泵关闭指令，排水泵控制器控制排水关闭。
62.该系统中的物联网管理控制开放平台还连接由可视化装置，以实现对上传数据的展示，同时，所有边缘控制单元中的电参数模块，还对设备的电流、电压、用电时间进行监测，并把相应的数据上传到平台中，平台对数据分析，当监测出现异常数据时，进行报警，可
以直接在可视化装置上进行异常显示，或平台连接一个警报装置实现异常报警。当发现有报警情况的时候，物联网管理控制开放平台会立刻弹出报警信息，同时会联动设置于监控中心的警报装置，以实现故障设备的及时检修。
63.本实施例中各个设备(建筑物的终端控制器)可以根据管理控制开放平台的指令运行，如图5中标号
②
的路径；也可以完全不依赖于管理控制开放平台而独立运行，如图5中标号
①
的路径，实现去中心化的分散控制。
64.本实施例将对设备的控制打包到了物联网管理控制开放平台的操作系统中，相关的设备管理人员不需要懂编程、也不需要懂编码，只要知道设备的控制逻辑即可完成业务的下发。当有新增设备入网的时候，物联网管理控制开放平台会发现设备，设备管理人员只需要根据控制逻辑输入相关阈值，即可完成设备的注册和入网；从根源上降低了设备人员的技术门槛。
65.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种楼宇智能控制系统，其特征在于，包括：搭载在第一设备上的第一边缘控制单元；搭载在第二设备上的第二边缘控制单元，与所述第一边缘控制单元采用内部无线通讯模块进行无线通讯连接；所述第一边缘控制单元和所述第二边缘控制单元均包括电源模块、无线通信模块、控制模块、存储模块、电参数模块，所述电源模块通过交直流变换电路分别与无线通信模块、控制模块、存储模块、电参数模块相连；传感器模块：与第一边缘控制单元的电源模块相连接。2.根据权利要求1所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述第一设备为布设在楼宇中的灯具；所述第二设备为布设在楼宇中的空调控制器、门窗控制器、投影机开关控制器、插座开关控制器、通风机控制器、排水泵控制器、窗帘控制器中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述电源模块为所搭载在设备上的电源模块或重新搭建的电源模块。4.根据权利要求1所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述无线通讯模块为支持2.4g无线私有协议的通讯模块。5.根据权利要求1所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述传感器模块包括：温度传感器、人体感应传感器、湿度传感器、氧气浓度传感器、pm2.5传感器、噪声传感器、甲醛浓度传感器、人体存在传感器中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：还包括物联网管理控制开放平台，所述物联网管理控制开放平台与交换机有线连接，所述交换机与网关有线连接，所述网关与第一边缘控制单元和第二边缘控制单元通过无线方式进行通讯连接。7.根据权利要求6所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述物联网管理控制开放平台还连接有警报装置。8.根据权利要求6所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述物联网管理控制开放平台连接有可视化装置，用于实现楼宇内设备数据展示。9.根据权利要求1所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述控制模块内置边缘计算芯片。10.根据权利要求1所述的楼宇智能控制系统，其特征在于：所述第一边缘控制单元和第二边缘控制单元均配置有断电记忆芯片，用于记录楼宇各个设备的运行数据。

技术总结

本实用新型涉及一种楼宇智能控制系统。本实用新型包括搭载在楼宇内第一设备上的第一边缘控制单元和搭载在楼宇内第二设备上的第二边缘控制单元及与第一边缘控制单元的电源模块相连接的传感器模块，其中第一边缘控制单元和第二边缘控制单元均包括供电模块、无线通信模块、控制模块、存储模块、电参数模块；以分布在楼宇中的第一设备和第二设备为载体搭载边缘控制单元，利用其中的无线通信模块构建一个全楼宇覆盖的无线网络，实现不同设备之间的数据传输；利用搭载的边缘控制单元实现设备的控制计算，当任意第一边缘控制单元出现故障，仍可以采用其他第一边缘控制单元进行数据传输，不会影响整个楼宇设备的运行，从而实现了楼宇内设备的自动化控制。楼宇内设备的自动化控制。楼宇内设备的自动化控制。