室内环境监控系统设计论文

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国综合国力的提升，也带动了建筑工程建设的速度不断提高。建筑工程本规模较大，其中的电气照明线路所消耗掉的电能资源规模尤其大，对电气照明线路进行节能设计能够有效减少能源的浪费。今天小编给大家找来了《室内环境监控系统设计论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

室内环境监控系统设计论文 篇1：

室内智能环控舒适度控制器设计

【摘  要】随着人们对环境、生活品质的要求提升，室内空气质量显得越发重要。针对此现象，我们提出了基于STM32F429单片机的室内智能环控舒适度控制器，根据环境质量标准对比得出此时的人体所在环境是否安全舒适并生成舒适值，根据实际环境智能调控室内环境。该系统设计是以STM32F429单片机为控制核心，通过检测室内PM2.5粉尘浓度、甲烷气体浓度、C02气体浓度、温度、湿度以及室外噪音强度等值，综合计算舒适度。并设置合理阈值控制步进电机做直线运动开关门窗和窗帘，并根据有害气体成分含量的多少控制新风系统做出相应处理，以此实现室内智能环控。

【关键词】STM32F429;舒适度;智能环控

引言

随着城市化建设的加快，人们的生活水平不断提高，对美好的生活、环境品质均提出了提高的要求。但重经济轻环保的观念，使得空气污染逐渐成为严重的问题。空气中的PM2.5、甲醛、CO2浓度上升、城市噪音污染等，开始严重影响人们的生活。设计一款室内智能环控舒适度控制器，进行有害气体的浓度、周边噪音的监测，并根据舒适度的标准，自动对室内环境进行调节，提高室内空气质量，存在着很大的实用性和必要性。

1.方案设计

室内智能环控舒适度控制器的设计如图1所示，由STM32F429单片机控制、各类传感器采集模块、电机驱动控制电路、LCD触摸屏模块、电源电路等组成。

单片机为其核心元件，采集传感器的数据，进行分析处理，并控制步进电机工作状态，也通过继电器控制新风系统工作状态。PM2.5传感器测量粉尘浓度，气体传感器监测甲烷、CO2浓度，噪音传感器监测噪音强度，温湿度传感器监测室内温湿度，监测电路将采集到的数据传输到单片机中进行处理，在触摸屏上显示各环境参数的指标，并支持用户设置各种舒适度参考值，以及手动对室内设备的控制。

2.部分硬件设计

2.1 PM2.5传感器电路

该电路中采用的PM2.5传感器直接与单片机的串口连接。PM2.5传感器负责把净化器处理后的粉尘浓度数值采集起来通过串口传输给单片机。

2.2噪音传感器电路

噪音传感器电路是用来检测室外噪音大小的，便于控制系统进行关窗等调节功能。本模块利用LM386传感器，依据芯片文档设计了电压增益电路、数模转换电路。可以实现增益调节、数字和模拟量同时输出，使该噪音传感器模块具有了功耗低、增益可调、失真小的优点。

3.环境指标舒适度调节设计

在本设计方案中，需要采集的有噪音、温度、湿度、甲醛、CO2等参数，对于每个指标参数均在线整定设置一个RCI，通过所测量到的参数值，实时计算该指标当前的CI，并与预先所整定的该指标的RCI进行比较，如果越限，则进行打开窗或启动新风系统的工作，来调节CI，进而达到让人感觉最为舒适的目标。以温度舒适度调节为例，为计算出当前温度CI，室内平均温度与CI之间是线性关系，则CI可表示为：CI=T-TA，其中为室内温度实时采集值，TA为舒适度为0（对应于最舒适）下的理想温度值，简称临界温度，该温度值可以通过进行在线设定。为判断CI是否发生越限，需要将CI与RCI进行比较，其越限判断标准如下：假定温度CI在-3与3之间，当|CI-RCI|<0.5时，人们感觉舒适，即大于0.5或小于-0.5都会使人们感觉不舒适，都被称作CI越限，其中大于0.5会使得人们感觉过热，此时需要启动新风系统，开始通风;小于-0.5会使得人们感觉太冷，此时关闭新风系统，停止通风。以此类推，当室外噪音CI越限，智能控制器启动步进电机进行开窗动作;当湿度CI越限、或甲醛CI越限、或CO2浓度越限，智能控制器启动新风系统进行换气。

4.控制器实物与总结

本设计制作的实物系统能在触摸屏上设置各指标参考值，通过连接各类传感器，实现了对室内环境的检测和智能控制，对室内空气质量进行自动调节。用户也可以通过手动控制，来改变此时室内的空气，具有很高的实际使用价值。

参考文献

[1]戚裕敏，高娃，武莉.面向室内生态环境健康的智能家居产品客户端交互设计[J].设计，2018（17）：136-138.

[2]许有军，宋思绮，张程皓，王玉媛，胡鹏飞.室内环境智能监控系统的设计[J].福建电脑，2016，32（04）：36+44.

[3]刘明栖，韩星宇.一种室内环境智能监控系统的设计[J].城市建设理论研究（电子版），2019（02）：156.

[4]任春喜. 智能家居室内环境监控系統设计与实现[D].北京工业大学，2016.

[5]张静，石煜，杨继森，彭强，薛亮.室内环境智能控制系统设计[J].实验室研究与探索，2016，35（07）：65-69.

基金名称：浙江机电职业技术学院现代交通技术专群建设基金（Y-0204-17-200）、浙江机电职业技术学院高教研究项目高职“双创”人才培养理念下的职业技能与职业精神融合研究 （编号：A-0282-18-010）。

作者介绍：高雄（1989-），男，硕士，助教，研究方向为电气工程。

作者：高雄

室内环境监控系统设计论文 篇2：

陈龙：建筑电气照明线路节能设计的原则及措施

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国综合国力的提升，也带动了建筑工程建设的速度不断提高。建筑工程本规模较大，其中的电气照明线路所消耗掉的电能资源规模尤其大，对电气照明线路进行节能设计能够有效减少能源的浪费。

关键词：建筑电气;照明线路;节能设计;原则;措施

引言

建筑的电气设计基本原则是经济合理、高效节能，建筑电气节能设计是推进建筑行业可持续发展的重要内容之一，这就要求在进行建筑电气设计时，在满足基本要求的情况下，需要依照国家规范合理地进行节能设计，根据实际情况尽可能提高能源利用率。电气与照明系统是建筑工程的主要构成部分，发挥着提供稳定工作电源与营造舒适人工照明环境的重要作用。但在行业发展期间，存在着电气照明系统能耗过大的问题，这也是建筑行业可持续发展期间面临的全新难题与挑战。

1建筑电气照明线路节能设计的原则

首先是绿色环保原则。现阶段，我国正在大力推行建设生态中国的理念，其具体含义就是各项生产建设活动和日常生活都应当体现“绿色化”，并朝着这个方向不断发展。在建筑电气照明线路中实现节能的关键就是实现照明能源利用率的提升，与此同时，还要与人们对建筑内部照明效果的需求相匹配，最大限度地降低能源消耗。绿色环保原则是建筑电气照明线路进行节能设计需要遵守的重要原则，需要从多个方面实现绿色环保的目标，提升节能减排的效果。例如，一些建筑由于其功能的特殊性，需要大量的照明设备，在这种情况下，就可以使用能耗较低的先进设备。其次是经济性原则。节能设计应当兼顾经济效益，避免出现为追求良好的节能效果而肆意投资的情况。现阶段，市场上的照明节能设备多种多样，这些设备的价格会由于其本身的美观度、节能效果及照明效果等因素的不同而存在差异。在选择照明设备时，应当遵从经济性原则，在满足人们实际使用需求的前提下，提升节能效果与经济效益。为此，在进行节能设计时，工作人员应深入市场，全面掌握照明设备的具体价格，再根据实际情况选择设备，从而降低成本。

2建筑电气照明线路节能设计措施

2.1建筑设备节能设计

以电梯设备的节能设计为例，一方面，对于电梯轿厢内配置的照明灯具、空调机与液晶显示屏等用電设备，采取间隙控制与精密控制方式。依托间隙控制机制，在电梯超过一段时间处于无人呼叫状态时自动将空调机与照明灯具切换至低功耗运行模式;依托精密控制机制，由传感器持续监测轿厢内部环境的空气质量，在氧气含量低于相应标准及二氧化碳浓度超过相应标准后，自动启动换气扇或提高设备转速，在保证空气质量的前提下缩短换气扇运行时间。另一方面，在电梯动力系统中建立能量回馈机制，安装变频器装置与应用逆变电源技术，在电梯运行期间，持续将负载机械能转换为直流电，对其进行二次转换处理来形成交流电，再将电源回送至电网或是建筑供配电系统中，也可选择增设电阻单元，将电能直接转换为热能进行释放。

2.2照明控制设计

在建筑照明控制设计环节，可采取照明分区控制、定时控制、智能启停控制三项方法，根据实际照明需求来提供照明效果。（1）照明分区控制方法。将照明系统拆分为应急照明、走廊楼梯照明、室内照明、功能性照明四部分，分别设定各部分的光照强度、开启时间等参数指标要求。例如，在白昼期间与室内自然采光条件较佳时完全关闭室内照明系统，在出现主电网电路切断与建筑火灾等突发情况时启动应急照明系统，根据使用需求在特定时间段或全天候开启障碍景观等功能性照明系统，根据人嘴发出的控制信号声来自动启动走廊楼梯照明系统中的声控灯具。（2）定时控制方法。根据业主使用需求，预先在建筑照明系统中导入控制方案，在到达特定时间段后，由系统自动启动或关闭各区域的照明设备，可以额外采取手动方式来开启、关闭照明灯具。（3）智能启停控制方法。为解决自动控制系统的控制精度低、区域控制时间无法调整、无法判断实时照明需求的问题，在照明系统中安装若干传感器与PLC装置，通过总线将输入、输出、系统单元接入计算机系统中加以集中管理，由传感器采集现场监测信号，将信号进行预处理后上传至PLC装置，由装置执行数据扫描、运算分析、指令输出等操作，根据实际照明需求来调整控制方案内容，包括各区域照明灯具启闭数量、开启时间段、照明负荷、室内环境光照亮度等。

2.3智能化监控系统设计

对于建筑电气系统节能设计而言，设计人员还要对电气系统的运行状态进行监控，以了解电气系统的节能状态，合理配置智能化监控系统。现阶段，部分建筑为获得更好的日照条件，在布局上存在较大差异，基于此，在安装智能监控系统时，应根据实际情况对其进行设置。应尽量选择覆盖能力强的监控设备，并尽量减少监控设备的设置数量，通过合理配置监控系统实现对电气设备等的全面、实时监控。同时，设计人员要充分应用通信技术和传感器技术，对建筑内外部环境进行全面监测，及时发现能耗较高的设备，并进行位置标记和数值记录，然后进行原因分析，针对性地对其进行调整。监控人员可利用移动终端对电气系统进行远程控制，并在物联网技术的支持下，将各个电气设备的能耗监测线路进行集成，全面实现各个电气设备之间的有序联动，真正实现电气系统节能控制的有效衔接。

2.4清洁能源资源的运用

智能化建筑电气的节能设计同样需要清洁、生态、可再生能源的利用，正所谓清洁能源的引进与利用，资源的循环化使用才能从真正意义上达到节能目标。一方面要充分利用现有的清洁能源，例如：太阳能、风能等，建筑电气系统设计中要将太阳能系统纳入重点考虑对象，通过设计一个太阳能系统，充分利用太阳能来为建筑提供必要的供热、供暖服务，减少对传统燃料、传统能源等的依赖，这样才能真正控制排放、减少污染，从根源上提高节能环保水平。风能的利用则主要指的是要充分利用自然风，建筑内部空间需要自然风通道，公共空间范围内可以在墙壁设置风口，确保自然风的渗入。除此之外，还应当加大各类新能源的推广力度以及应用力度，而这部分新能源，其主要就是指那些具备着节能性以及环保性特征的全新能源材料，比如绿色环保的室内装修材料、墙体保温材料等，其不仅能够满足智能化建筑节能设计的基本需求，还可以大幅度降低各类资源的消耗。因此，这就需要积极开发那些全新的新资源以及新能源，进一步构建出一种更加节能的建筑内部环境。

结语

新形势下，加强建筑电气照明系统节能设计，需要合理利用节电技术优化电气照明线路和控制系统，选择合适的电气照明设备，满足建筑用户多元化、个性化的照明需求。我国科学技术的发展势头十分迅猛，关于电气照明节电技术的研究愈发深入，市场上涌现出了大批性能卓越的节能型电气照明设备。设计人员应树立良好的节能意识，充分把握行业技术规范，利用各种先进技术手段，争取打造绿色、节能、健康的居住空间。

参考文献

[1]袁红.基于傅里叶变换的居民建筑电气谐波检测仿真[J].计算机仿真，2019，36（10）：112-115.

[2]孙垚，蔡彬峰，郑国平，等.隧道照明灯具安装方式及参数节能影响研究[J].地下空间与工程学报，2020，16（S1）：389-395，402.

作者简介：陈龙（1987-1），男，民族：汉族，籍贯：湖北随州，工程师，本科，主要从事建筑电气设计工作。

作者：陈龙

室内环境监控系统设计论文 篇3：

环境声监控和识别系统设计分析

摘要：本系统设计主要应用在室内报警声监控与识别系统中，包含室内报警声监控与识别系统的功能需求分析、报警语音的选择、软硬件识别系统的方案设计。

关键词：报警声监控；识别；报警语音

Key words： alarm monitoring； identification； alarm voice

1 设计背景

随着现代科学和计算机技术的发展，人机互动形式多种多样，语音识别技术取代传统的通过鼠标、键盘实现人机信息交流的模式，这是目前计算机、信号处理和人工智能等领域的重要课题。

自动语音识别的任务是研究如何利用计算机模拟人类的听觉功能，从人的语音信号中提取出有用的声学特征和语言信息，进而确定语音信号的语言含义，实现人和机器之间的自然语言通信。

近五十年来，语音识别技术开始渐渐走出实验室，在国防监听、远程会议、音频设备、移动通讯、身份鉴别、智能玩具、机器人等领域展现了广阔的应用前景，一些应用已非常贴近人们的生活。众人熟知的2010上海世博会吉祥物“海宝”作为“能说会道”智能玩具就是音频识别技术的一个成功应用。

然而，由于语音信号的不确定性，以及周围环境的不可控性，目前还鲜有十分可靠的语音识别系统大面积商用或民用的实例。从目前的语音识别理论的发展来看，非特定人的大词汇量和连续语音识别仍然是语音识别领域的技术难点。相对而言，非特定人中小词汇量的孤立词语音识别的理论和实践发展相对较成熟和完善，完全有可能应用于一些声环境相对稳定，噪声相对较小的场合，如室内的语音报警、声控家电及智能玩具等。因此，研制出具有实用价值的有限词汇（有限指令集）的孤立词语音识别系统，有助于扩大语音识别技术的应用范围。

本系统设计侧重于对环境声识别在监控领域的应用。该领域在近年来发展非常迅速，尤其是经过2008年北京奥运会、2010年上海世博会等大型活动的安防建设，在安防监控方面取得了前所未有的发展，使其成为保障人民生命财产安全、维护社会和谐稳定的重要行业。

2 设计目的与意义

这里的环境声（Environmental Sound）是指在人居环境中所接收到的各种声音。特别地，监控系统所感兴趣的多是人在紧急状况下发出的呼叫声，咳嗽声，巨大的撞击声等能起到警告作用的异音，其识别本质上属于孤立词识别的范畴。

环境声监控和识别是语音识别中的分支方向，目前处于发展初期，还没有可应用于非特定人的监控和识别系统得到实际应用，而随着智能楼宇、大型社交活动场所的安防及重要场所的监控等方面的需求与日俱增，急需发展这方面的技术。在“十二五”安防产业发展的大趋势下，基于中小词汇量孤立词识别的报警声监控和识别系统将会在未来的几年内取得较快发展。

本系统设计以银行、博物馆、居室、室内停车场等室内应用场景的监控为设计背景，针对室内典型的声音（如“着火啦”、“抢劫”及玻璃破碎声等），利用语音信号处理和声目标分类识别等领域的研究成果（包括特征提取和分类识别等），以音频和视频监控的结合为应用目标，侧重于报警词识别系统的软件设计，最终将应用于报警声监控和自动识别硬件系统，为公安、消防等相关部门的决策提供关键信息。

概括而言，本系统设计可在以下安防相关领域得到直接或推广应用：

1） 银行、博物馆等重要场所的防盗报警监控系统；

2） 智能楼宇安全防卫监控及访客自动识别系统；

3） 医院重症病人监控或远程室内老人、儿童活动监护；

4） 背街小巷内的盗抢事件监控。

除了安防领域，该文涉及的核心技术在语音识别、说话人识别、智能家电、机器人等相关领域也具有一定的参考价值。

3 系统关键问题分析

通过对特定应用场景的研究，本系统设计旨在将环境声识别的关键技术运用到这些场景中声音监控中。实际场景中，干扰噪声和混响往往是比较突出的问题，不同的场所这两个因素的影响程度不一，如何才能使环境声监控识别适应不同的声环境是系统研究的重点也是难点。具体的关键问题：

1） 干扰噪声下，系统自动检出有效语音段的问题，即端点检测问题。

2） 提取鲁棒的声音特征的问题，要求是能够最大程度地保留话者或者声音内容本身的特征而去除干扰声和通道噪声（如混响）带来的影响。

3） 环境声的匹配识别问题，在保证正确率的前提下，提高识别的效率。

4） 特定声环境下（混响，多个声源等）声线索性能精度下降问题，如混响下双耳定位性能下降，导致引导摄像头监控效率降低。

以上这些是典型的环境声识别与监控所面临的问题，每一个问题的解决都是极其复杂的，本系统设计只能在特定条件下做局部的改进。

1） 针对监控设备（录音设备）带来的噪声干扰，该文提出了一种基于临界带功率谱方差的端点检测方法，能够有效地在含噪语音中找到语音，用于系统对环境声的识别。

2） 提出一种智能音视频联合的监控思想，对声源先进行定位，利用定位信息引导摄像，提高了视频监控的视域范围，同时进行声音的识别。

3） 针对混响和干扰噪声的影响，提出一种基于分类的定位方法，用于上述系统中，提高了系统的鲁棒性。

4 环境声监控和识别系统设计

本系统设计以典型环境声为识别对象，利用当前主要的孤立词识别方法，并对其中的主要环节加以改进，基于Matlab平台设计一套完整的报警词识别软件系统，将其转化为C语音，以便于未来向嵌入式系统移植。

4.1 应用场景设计

目前语音识别技术的研究主要集中在语音识别的特征提取、模型建立、识别算法和语音信号处理（语音降噪、增强等）方面。对语音识别应用技术的研发主要集中在通信领域[5]，如利用语音实现文本输入。在其他领域如楼宇智能监控、语音报警等方面的应用技术开发相对较少，国内现在还没有真正意义上将语音识别技术应用于这些方面的产品。该文将依托视频监控平台，设计一套室内报警声监控和识别系统，为其实际应用打下基础。

随着国家经济发展水平的不断提高，科技水平特别是以计算机技术为代表的高科技的迅猛发展，人们对经济舒适、高效安全的生活环境的期望值越来越高，安全意识也与日俱增。同时由于人们生活节奏的加快，工作压力的增大，很多时候常常需要加班，家里的一些突发状况而得不到有效的通报，容易造成安全隐患。

现实生活中，尤其是在治安较差的区域常有此类报道：不法分子入室实施盗窃、抢劫、杀人等犯罪行为，即使被害人大声疾呼，奋力反抗，也往往难以得到及时救助；或是晚上家里突然着火，浓烟弥漫，而当事人已经迷失方向，无法通过电话报警；或是独居的孤寡老人，突然身体不适，自己无力打电话求救，等到监护人员赶到时状况往往已经相当糟糕。这些不利的后果主要是因为无法报警或报警不及时而造成的。因此，能够及时地发出和接收报警信息并及时达到现场，想办法解除险情，这是目前生活小区安防领域急需解决的一个关键问题。

在其他一些重要场所如博物馆、银行等，如果发生紧急事件（盗窃、抢劫）而没有及时报警，也非常可能造成重大人身或财产的损失。

当然，除了报警功能外，孤立词语音识别的核心技术还可以应用到其他许多领域。如智能家电就是一种大有前途的领域，一旦技术发展成熟，人们即可实现在黑暗中通过语音来操控电视、电灯、空调等家用电器。

上述应用场景大多属于室内环境，具有一些的相似特点：

1） 往往背景噪声较低、平稳或种类单一；

2） 声源至传声器（安装于监控设备）的距离通常较近；

3） 可能出现的报警语音种类有限。

这些共同特性为本文后面的关键词选取、算法设计提供了主要依据。

4.2 功能需求设计

在前述室内应用环境中，语音识别要想发挥准确及时的自动识别和报警作用，对识别系统有一系列要求。

1） 保证在实际应用环境下具有较高的正确识别率。语音识别在噪声环境下的识别效果的下降一直是该项技术不能大面积商用、民用的直接原因。现阶段，该问题暂时还没有较完善和统一的解决。但是，在室内环境中，对于小词汇量的孤立词语音识别，通过算法优选和改良，识别率完全可能达到实际应用的要求。

2） 室内环境声监控与识别系统需要做到实时监控，及时报警。满足实时要求的最简单原则便是语音识别的时间要不大于语音本身的时长，而语音识别的时间长短主要由端点检测和模板匹配算法决定。关于端点检测和匹配算法本文将在下面的章节做详细的论述，并且提出相应的改进算法，以提高识别正确率和识别速度。

3） 报警与监控系统不仅要及时分析处理和报警，还有必要将采集的声音信号存储备查。这对于数据接口设计和硬件存储空间选择具有明确的要求。

4） 报警与监控系统的网络化。网络化是监控系统的基本要求，只有网络化才能使不在事发现场的监控人员了解现场的情况。这还与报警声识别系统的应用平台相关。

5） 能够方便地对语音模板库进行编辑和更新。如实现语音特征模板库的添加和删除，这对于系统的推广应用具有重要的价值。

4.3 系统基本结构

基于孤立词语音识别的报警声监控和识别系统按功能分为训练和识别两大阶段。训练包含预处理、特征提取两个模块；识别是在训练的基础上加一个匹配识别模块。对不同的语音识别任务来说，尽管设计和实现的细节不同，但所采用的基本技术是相似的。

其中，训练语音样本的采集过程包含了对模拟信号的采样、滤波、量化、编码的过程；预处理包含预加重、加窗分帧、端点检测。预处理模块的功能是通过高频预加重来平滑信号频谱，并利用窗函数把语音数据序列分成连续的信号帧。端点检测单元主要完成确定单词的起始帧与结束帧的检测。特征提取单元的功能是完成基于频谱分析的特征矢量计算。当端点检测单元检测到当前语音信号帧为起始帧时，特征提取单元开始特征提取计算，并完成对特征矢量的存储。

一个完整的孤立词语音识别系统，除了包括核心的模式识别程序，还应包括语音采集、参数分析、标准声学模型等。根据识别结果在实际环境下实现一定的应用，还必须考虑耐环境技术、用户输入、输出接口技术等。因此，语音识别技术加上各种外围技术的组合，才能构成一个完整的可实际应用的语音识别系统。

5 结束语

“十二五”期间，数字化、网络化、集成化、智能化将成为安防监控发展的大趋势。这对于传统的以网络化视频监控为主的监控系统提出新的要求。由于图像采集本身的特性以及场景障碍物的存在，传统监控系统常常存在盲区，而如果能将音频识别和视频监控相结合，将可望建立起真正具有智能监控功能的系统。

参考文献：

[1] 万兆阳.语音识别技术在呼叫中心自动外呼应用的研究与实现[D].北京邮电大学，2012.

[2] 沈崇德，童思木.医院智能语音客户服务系统的创新研究与应用示范[J].中国医学装备，2013（1）.

[3] 刘东辉.语音识别技术探析[J].信息与电脑（理论版），2012（6）.

[4] 杨顺辽.基于说话人确认系统的语音处理综合实验[J].高校实验室工作研究，2012（3）.

[5] 刘文强.语音识别技术在智能家居中的研究与应用[D].大连海事大学，2013.

作者：刘薇