TWI568288B - 建築整合型無線感測系統 - Google Patents

Description

建築整合型無線感測系統

本發明是有關於一種無線感測系統，特別是指一種建築整合型無線感測系統。

物聯網時代來臨，具有自動蒐集、計算、傳遞資訊功能的感測網路，其應用正逐漸在各領域開枝散葉。例如，透過佈設各種感測器，來偵測居家環境的溫度、濕度、光照等，進而計算出室內舒適生活指標，不僅可讓居住環境更加舒適，同時減少能源的消耗，落實智慧建築的理想。而在產業應用方面，透過在工廠設置各式感測器，亦可幫助工廠省下照明、空調、工業用水等費用，有助製造業在產線的偵測與控制，進而讓製程自動化，達到智慧工廠的目標。

然而，大規模佈署感測器的問題，包括如何在待感測環境中選擇適當佈設地點、或如何提供感測器持續的電力來源等，仍是目前相關應用面臨的一大課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種建築整合 型無線感測系統。

於是，本發明建築整合型無線感測系統，包含多個光源回收整合窗、一資料收集器，及一雲端伺服器。

每一光源回收整合窗可拆卸地設置於一建築物，並對應一預先定義的站號，且包括一接收外界的光能量以轉換成一電力的太陽能電池模組，及一擴充式感測模組，該擴充式感測模組電連接該太陽能電池模組以接收該電力的供應，並偵測該建築物的多種環境狀況，以產生多種分別相關於不同環境狀況的環境感測值，並無線發送一載有對應的該站號及該等環境感測值的感測訊號。

該資料收集器無線接收來自每一擴充式感測模組的該感測訊號，且於一預設時間範圍中收集該感測訊號中對應為同一站號的所有環境感測值，進而無線發送一載有多個分別對應同一站號的所有環境感測值的數位訊號。

該雲端伺服器無線接收來自該資料收集器的數位訊號，並根據每一站號所對應的該等環境感測值，來判斷該建築物周遭環境的狀況。

本發明之功效在於：藉由設置於該建築物的每一光源回收整合窗，採集光能量以自我供電偵測周遭環境，並利用該資料收集器與雲端伺服器作數值分析、判斷，實現建築整合的無線感測系統。

1‧‧‧光源回收整合窗

18‧‧‧無線傳輸模組

11‧‧‧頂部掛勾

2‧‧‧資料收集器

12‧‧‧太陽能電池模組

3‧‧‧雲端伺服器

13‧‧‧太陽能電池

4‧‧‧手持電子裝置

14‧‧‧能量採集電路

100‧‧‧建築物

15‧‧‧儲能電池

A‧‧‧室內方向

16‧‧‧擴充式感測模組

B‧‧‧室外方向

17‧‧‧感測器

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明本發明建築整合型無線感測系統的一實施例；圖2是一立體圖，說明該實施例的一光源回收整合窗面向室內方向的態樣；圖3是一立體圖，輔助圖2說明該光源回收整合窗面向室外方向的態樣；圖4是一示意圖，輔助圖2說明該光源回收整合窗接收光能量轉換為一電力的架構；及圖5是一示意圖，輔助圖1說明該實施例。

參閱圖1，本發明建築整合型無線感測系統的一實施例包含多個光源回收整合窗1、一資料收集器2、一雲端伺服器3、一手持電子裝置4，及多個致動件5(顯示於圖5)。

配合參閱圖2與圖3，圖2是光源回收整合窗1面向室內方向A的態樣，圖3是光源回收整合窗1面向室外方向B的態樣，每一光源回收整合窗1可拆卸地設置於一建築物100，且對應一預先定義的站號，每一光源回收整合窗1包括一頂部掛勾11、一太陽能電池模組12，及一擴充式感測模組16。其中，該太陽能電池模組12接收外界的光能量以轉換成一電力，該擴充式感測模組16電連接該太陽能電池模組12以接收該電力的供應，並偵測該建築物100的多種環境狀況。

配合參閱圖4，其中，該太陽能電池模組12包 括多個彼此串並聯的太陽能電池13、一電連接該等太陽能電池13的能量採集電路14，及一電連接該能量採集電路14的儲能電池15。其中，該能量採集電路14經由該等太陽能電池13及該儲能電池15提供該電力給予該擴充式感測模組16使用。在本實施例中，每一太陽能電池13為一染料敏化太陽能電池，可於低照度發電而且較不受入射角度影響，並且具有多彩性及可透光性，而有利與窗材整合。該儲能電池15為一可充電式電池組。

另外，該擴充式感測模組16包括多種可拆卸並可依感測需求來替換的感測器17，及一電連接該等感測器17的無線傳輸模組18；每一種感測器17電連接該能量採集電路14以接收該電力，且所偵測的環境狀況是選自一氧化碳濃度、溫度、濕度、振動、火災煙霧、照度的至少之一，以產生多種分別相關於不同環境狀況的環境感測值，並傳輸至該無線傳輸模組18，該無線傳輸模組18無線發送出一載有對應的該站號及所對應的該等環境感測值的感測訊號。

該資料收集器2無線接收來自每一擴充式感測模組16的該感測訊號，且於一預設時間範圍中收集該感測訊號中對應為同一站號的所有環境感測值，進而無線發送一載有多個分別對應同一站號的所有環境感測值的數位訊號。在本實施例中，資料傳輸的方式符合紫蜂(Zigbee)無線通訊協定，但其資料傳輸的實施方式並不以此為限，例如亦可採用無線區域網路(WiFi)為無線通訊協定。

該雲端伺服器3無線接收來自該資料收集器2的數位訊號，並根據每一站號所對應的該等環境感測值，來判斷該建築物100周遭環境的狀況。進一步說，該雲端伺服器3儲存多種環境感測值所對應的預設門檻值，且比較每一環境感測值是否超出所對應的預設門檻值，以判斷每一光源回收整合窗1所對應的周遭環境是否為異常，且無線輸出一指示有無環境異常的警示訊號。除此之外，該雲端伺服器3更儲存多種環境感測值所對應的預警值，且比較每一環境感測值是否超出所對應的預警值，以判斷每一光源回收整合窗1所對應的周遭環境是否為異常，且無線輸出一致動訊號至該資料收集器2，繼而由該資料收集器2無線發送出。其中，該雲端伺服器3與該資料收集器2的資料傳輸可符合無線區域網路(WiFi)或是第三代行動通訊網路(3G)的無線通訊標準。

該手持電子裝置4無線接收該警示訊號，並予以顯示。該手持電子裝置4可以例如手機、平板電腦等來實施。

每一致動件5(顯示於圖5)無線接收來自該資料收集器2所發送的致動訊號，並對應發出警示聲響、排出火災煙霧、調整光照度等作動，及此等作動的組合。在本實施例中，每一致動件5可為警報裝置，排風機、或為窗簾開關、燈開關等。

參閱圖5並配合圖4，本發明建築整合型無線感測系統在實施時，是利用每一光源回收整合窗1的頂部 掛勾11，掛置在該建築物100不同位置的窗導軌，以作為在不同定點的環境能量採集，來供電給該擴充式感測模組16。此時，每一光源回收整合窗1的太陽能電池13可接收來自室內燈光或窗外太陽光能量並轉換成一電池電壓，每一能量採集電路14即接收該電池電壓，並轉換成一相關於該電力的充電電壓，且每一儲能電池15接收該充電電壓並儲存成電能量，且提供一相關於該電力的儲能電壓。該能量採集電路14所提供的該電力是選自該充電電壓及該儲能電壓的至少之一，在光照強時提供該充電電壓予該儲能電池15蓄電，同時予該擴充式感測模組16使用；而在光照弱時提供該儲能電池15的儲能電壓予該擴充式感測模組16使用，藉此提高系統整體的供電穩定性與效率。

每一擴充式感測模組16的感測器17及無線傳輸模組18，能依所定義的時間週期，每間隔一預定時間地操作在一睡眠模式，及一感測模式兩者之一。其中，操作於該睡眠模式時，每一感測器17及該無線傳輸模組18不作動；而操作於該感測模式時，每一感測器17偵測環境狀況並相對應地產生所偵測環境狀況的環境感測值，且經由該無線傳輸模組18無線發送出該載有對應的該站號及環境感測值的感測訊號。藉此，每一擴充式感測模組16無須一直接收該電力來偵測環境狀況並發送感測訊號，而能達到省電的效果。此外，由於每一擴充式感測模組16在紫蜂無線傳輸資料框內只發送必要的站號及環境感測值，再加上以紫蜂無線傳輸具有低耗電、低成本、支援大量網路節 點、可靠、安全等多種特點，因此每一擴充式感測模組16僅在低耗電流的情況下動作，進一步降低系統功耗而更能收省電之效。

該資料收集器2接收來自每一擴充式感測模組16的該感測訊號，且整合歸納每一感測訊號中對應為同一站號的所有環境感測值，進而發送出該載有多個分別對應同一站號的所有環境感測值的數位訊號。接著，由該雲端伺服器3接收來自該資料收集器2的數位訊號，進一步分析、比較每一環境感測值是否超出所對應的預設門檻值，來判斷每一光源回收整合窗1所對應的周遭環境是否為異常，並將判斷結果及發生異常的警示訊號傳送至該手持電子裝置4，以予使用者即時得知。

另外，該雲端伺服器3更進一步比較每一環境感測值是否超出所對應的預警值，來決定是否透過該資料收集器2發出該致動訊號使該等致動件5作動。該預警值可為該雲端伺服器3長期記錄每一種感測器17針對所對應的環境狀況所統計出的一平均環境感測值，進而能於接收到該建築物100的環境感測值有異於該平均環境感測值時，例如一氧化碳或二氧化碳濃度過高、振動強度過大，來讓例如警報裝置致動發出警示聲響、或是讓排風機排出過高濃度的空氣煙霧；又或者，在光照強度太強或太弱時，讓窗簾開關致動窗簾調整陽光、或讓燈開關致動調整室內光線等等，藉以讓居住環境更加舒適且智慧化。

綜上所述，本發明建築整合型無線感測系統， 藉由附掛式的光源回收整合窗1來與該建築物100整合，且利用該太陽能電池模組12採集環境能源以穩定供應該電力給該擴充式感測模組16，搭配無線傳輸技術，使該資料收集器2、該雲端伺服器3接收該等環境感測值的分析、判斷後予使用者得知，且該等致動件5能於環境狀況異常時自動地執行對應作動，落實基於物聯網的智慧建築，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧光源回收整合窗

2‧‧‧資料收集器

12‧‧‧太陽能電池模組

3‧‧‧雲端伺服器

13‧‧‧太陽能電池

4‧‧‧手持電子裝置

16‧‧‧擴充式感測模組

100‧‧‧建築物

Claims (6)

1. 一種建築整合型無線感測系統，包含：多個光源回收整合窗，分別可拆卸地設置於一建築物，每一光源回收整合窗對應一預先定義的站號，且包括一接收外界的光能量以轉換成一電力的太陽能電池模組，及一擴充式感測模組，該擴充式感測模組電連接該太陽能電池模組以接收該電力的供應，並偵測該建築物的多種環境狀況，以產生多種分別相關於不同環境狀況的環境感測值，並無線發送一載有對應的該站號及該等環境感測值的感測訊號；一資料收集器，無線接收來自每一擴充式感測模組的該感測訊號，且於一預設時間範圍中收集該感測訊號中對應為同一站號的所有環境感測值，進而無線發送一載有多個分別對應同一站號的所有環境感測值的數位訊號；一雲端伺服器，無線接收來自該資料收集器的數位訊號，並根據每一站號所對應的該等環境感測值，來判斷該建築物周遭環境的狀況，該雲端伺服器儲存多種環境感測值所對應的預設門檻值，及多種環境感測值所對應的預警值，且分別比較每一環境感測值是否超出所對應的預設門檻值及所對應的預警值，以判斷每一光源回收整合窗所對應的周遭環境是否為異常，接著無線輸出一指示有無環境異常的警示訊號，及一致動訊號致該資料收集器，繼而由該資料收集器無線發送出； 一手持電子裝置，無線接收該警示訊號，並予以顯示；及多個致動件，每一致動件無線接收來自該資料收集器所發送的致動訊號，並對應發出警示聲響、排出煙霧、調整光照度，及此等作動的組合。
2. 如請求項1所述的建築整合型無線感測系統，其中，每一太陽能電池模組包括：多個串並聯的太陽能電池，接收光能量並轉換成一電池電壓，一能量採集電路，電連接該等太陽能電池以接收該電池電壓，並轉換成一相關於該電力的充電電壓，及一儲能電池，接收該充電電壓並儲存成電能量，且提供一相關於該電力的儲能電壓，其中，該能量採集電路提供的該電力是選自於該充電電壓及該儲能電壓的至少之一。
3. 如請求項2所述的建築整合型無線感測系統，其中，每一太陽能電池為一染料敏化太陽能電池。
4. 如請求項1所述的建築整合型無線感測系統，其中，每一擴充式感測模組所偵測的環境狀況是選自一氧化碳濃度、溫度、濕度、振動、火災煙霧、照度的至少之一。
5. 如請求項1所述的建築整合型無線感測系統，其中，每一擴充式感測模組包括：多種感測器，分別偵測不同環境狀況，並對應所偵 測的環境狀況產生對應的環境感測值，及一無線傳輸模組，電連接該等感測器以發送載有對應的該站號及環境感測值的感測訊號。
6. 如請求項5所述的建築整合型無線感測系統，其中，每一感測器及該無線傳輸模組能依所定義的時間週期，每間隔一預定時間地操作在一睡眠模式，及一感測模式兩者之一，其中，操作於該睡眠模式時，每一感測器及該無線傳輸模組不作動，操作於該感測模式時，每一感測器偵測環境狀況並產生對應的環境感測值，且該無線傳輸模組無線發送出該感測訊號。