書庫環(huán)境測控系統(tǒng)設計的國內外文獻綜述1書庫環(huán)境測控應用的研究現狀雖然方志館是中國特有的公共歷史文化場館，但是國外的圖書館、檔案館、博物館等場館的藏書環(huán)境，與方志館書庫的環(huán)境基本一致。他們在書庫環(huán)境測控方面的研究與應用可以作為方志館書庫環(huán)境測控的借鑒和參考。國外對書庫環(huán)境測控應用的研究始于上世紀八十年代，近年來，越來越多的國家、機構和人員意識到對書庫進行環(huán)境測控的重要性。隨著計算機、傳感器、網絡通信等相關技術的飛速發(fā)展，各高校、研究機構逐步開始進行以書庫為模型的溫濕度、防火、防水、防災害測控系統(tǒng)的研究和開發(fā)。書庫環(huán)境測控方式從使用模擬組合儀器現場采集，到使用分布式環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、計算機溫濕度數據采集和控制系統(tǒng)，及至目前，有的高校圖書館書庫開發(fā)實現了基于無線傳感器網絡的溫濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。日本東京的國立博物館通過無線通信搭配有限組網技術，建立了無線傳感系統(tǒng)，實現了對館內藏書環(huán)境的實時監(jiān)測，但是該系統(tǒng)僅限于信息采集，沒有實現對環(huán)境因子的自動控制[[]胡海燕[1].日本國立國會圖書館的文獻保護方法[J].圖書館學研究,2004(5).]。荷蘭鹿特丹市的檔案館建立了熱力泵系統(tǒng)，調取地下100多米的蓄水層，通過建立自動水循環(huán)系統(tǒng)，保持書庫的恒溫恒濕，但是該系統(tǒng)對地下水等自然資源有基礎要求，該系統(tǒng)也沒有對書庫環(huán)境的溫濕度進行監(jiān)測、記錄和分析[[]佚名.倫敦城市檔案館[J].陜西檔案,2015(03):11.]。英國國家圖書館從預防火燒、水浸、昆蟲啃噬、霉菌等風險角度出發(fā)，開發(fā)了書庫環(huán)境綜合管理系統(tǒng)，建設了大型中央空調系統(tǒng)，使庫內穩(wěn)定保持溫度16℃、相對濕度52%RH，但是系統(tǒng)建設成本過于高昂[]胡海燕[1].日本國立國會圖書館的文獻保護方法[J].圖書館學研究,2004(5).[]佚名.倫敦城市檔案館[J].陜西檔案,2015(03):11.[]張絢.數字環(huán)境下大英圖書館的治理及啟示[J].圖書館學研究,2013,000(012):94-98.國內方志館在書庫環(huán)境測控方面的研究應用開展較晚，資金投入較少。大部分方志館使用溫濕度表等儀器儀表進行環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)測對象主要是溫濕度、煙霧、水浸等。部分投資規(guī)模較大的方志館，如國家方志館黃河分館的書庫安裝了中央空調和新風系統(tǒng)進行環(huán)境調控；部分省級書庫，如山東省方志館使用了通風機、空調、除濕機進行環(huán)境調控。但是在環(huán)境監(jiān)測、控制設備的協(xié)同運行、遠程控制以及智能測控等方面還有待進一步的發(fā)展。國內的圖書館、檔案館、博物館等場館的藏書環(huán)境，與方志館書庫的環(huán)境基本一致。他們在書庫環(huán)境測控方面的研究與應用可以作為方志館書庫環(huán)境測控的借鑒和參考[[]劉昆.基于模糊自適應PID的植物工廠溫濕度控制系統(tǒng)的研究[D].2017。~[]李俊成.基于嵌入式系統(tǒng)的現代溫室智能控制系統(tǒng)[D].2018.[]湯振.基于物聯網的家庭室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現[D].2018.[]岳銳.基于物聯網的居家環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].2017.[]張俊雄.基于預估模糊PID的空調系統(tǒng)控制研究[D].2019.[]羅茜.基于云平臺的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究[D].2018.[]王海清.基于云平臺的智能溫室大棚的設計與研究[D].2018[]于沛.文獻保存環(huán)境控制IPM方案——以日本國立國會圖書館、美國伊利諾伊大學圖書館為例[J].四川圖書館學報,2014(06):88-92.[]CorbelliniS.,ParvisM.Wirelesssensornetworkarchitectureforremotenon-invasivemuseummonitoring[C].IEEEInternationalSymposiumonSystemsEngineering.IEEE,2016.[[]劉昆.基于模糊自適應PID的植物工廠溫濕度控制系統(tǒng)的研究[D].2017。[]李俊成.基于嵌入式系統(tǒng)的現代溫室智能控制系統(tǒng)[D].2018.[]湯振.基于物聯網的家庭室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現[D].2018.[]岳銳.基于物聯網的居家環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].2017.[]張俊雄.基于預估模糊PID的空調系統(tǒng)控制研究[D].2019.[]羅茜.基于云平臺的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究[D].2018.[]王海清.基于云平臺的智能溫室大棚的設計與研究[D].2018[]于沛.文獻保存環(huán)境控制IPM方案——以日本國立國會圖書館、美國伊利諾伊大學圖書館為例[J].四川圖書館學報,2014(06):88-92.[]CorbelliniS.,ParvisM.Wirelesssensornetworkarchitectureforremotenon-invasivemuseummonitoring[C].IEEEInternationalSymposiumonSystemsEngineering.IEEE,2016.[]薛明亮,解迎剛,劉珊珊,趙明朗,郭昊.基于物聯網網關的大棚蔬菜環(huán)境監(jiān)測及控制系統(tǒng)[J].物聯網技術,2019,9(10):15-17.[]楊旭.基于PLC的農業(yè)溫室模糊控制系統(tǒng)仿真設計與應用[D].安徽農業(yè)大學,2018.[]包理群,李芳芳.基于嵌入式Web的室內空氣質量遠程監(jiān)測系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表,2019(05):10-14.[]易翔.基于Android的室內監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現[D].南京郵電大學,2015.[]劉真.基于LoRa通信的博物館微環(huán)境測控系統(tǒng)[D].合肥工業(yè)大學,2019.[]楊遷.具有新風系統(tǒng)的室內空氣凈化器的設計與實現[D].河北大學,2018.[]孟曉紅,周崇潤.我國古籍保存環(huán)境的現狀與發(fā)展策略——以國家圖書館古籍書庫為例[J].機電兵船檔案,2017,000(005):86-88.[]張志清.中國國家圖書館善本特藏的保存保護[C].中文善本古籍保存保護國際研討會.2001.[]高雪蓮.檔案館環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計與實現[D].華中師范大學,2017.[]張?zhí)?旭隆能源大廈新風空調計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計[D].西安石油大學,2019.[]夏明,董亞波，魯東明等.面向野外文化遺址微氣象環(huán)境監(jiān)測的高可靠無線傳感系統(tǒng)[J].通信學報，2008，11(29):173-185．2011年，上海交通大學圖書館建設了國內首個高校圖書館室內環(huán)境監(jiān)測與節(jié)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于物聯網，依托無線傳感器網絡搭建了環(huán)境參數采集與分析系統(tǒng)，并進行三維建模分析，實現對溫度、濕度、空氣質量的監(jiān)測；同時借助分析結果，對空調系統(tǒng)的調節(jié)策略進行優(yōu)化，在確保室內舒適度的前提下，降低由于不合理的空調控制策略而造成的高能耗，以實現節(jié)能減排，但是該系統(tǒng)投資規(guī)模較大，配套空調系統(tǒng)的價格和標準要求較高[[]佚名.NI攜手上海交通大學新圖書館構建環(huán)境監(jiān)測與節(jié)能系統(tǒng)[J].電子測試,2012,000(001):95-96.]。青島大學的溫超等以青島大學圖書館為實驗對象，研發(fā)了基于ZigBee圖書館無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)；該系統(tǒng)對圖書館溫濕度進行監(jiān)測，而且開發(fā)了監(jiān)測系統(tǒng)軟件，但是該系統(tǒng)沒有溫濕度調控功能[[]溫超,丁霞,王冬青,等.基于ZigBee的圖書館無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].青島大學學報(工程技術版),2016(31):26-31.]。北華航天工業(yè)學院圖書館的趙麗娜等針對密集書庫，設計了樹莓派溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)；該系統(tǒng)以樹莓派作為控制器，進行溫濕度數據的獲取，并對采集到的數據進行分析和處理；圖書管理人員可以及時了解密集書庫中的溫濕度變化，但是該系統(tǒng)沒有溫濕度調控功能[[]趙麗娜,張凱,李偉,等.基于樹莓派的密集書庫溫濕度監(jiān)控研究[J].北華航天工業(yè)學院學報,2016(6):28-29.]。曲阜師范大學日照校區(qū)圖書館的王麗娟等研發(fā)了一種基于ZigBee和GPRS技術的圖書館環(huán)境檢測及調控系統(tǒng)，分為檢測和調控系統(tǒng)；該系統(tǒng)對藏書環(huán)境的溫濕度、光照、灰塵和有害氣體進行監(jiān)測，并通過ZigBee網絡對空調機、除濕機、通風機和日光燈等進行控制，但是該系統(tǒng)對環(huán)境的調控沒有基于監(jiān)測數據，[]佚名.NI攜手上海交通大學新圖書館構建環(huán)境監(jiān)測與節(jié)能系統(tǒng)[J].電子測試,2012,000(001):95-96.[]溫超,丁霞,王冬青,等.基于ZigBee的圖書館無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].青島大學學報(工程技術版),2016(31):26-31.[]趙麗娜,張凱,李偉,等.基于樹莓派的密集書庫溫濕度監(jiān)控研究[J].北華航天工業(yè)學院學報,2016(6):28-29.[]王麗娟,丁文龍.基于ZigBee和GPRS技術的圖書館環(huán)境檢測及調控系統(tǒng)[J].電子技術,2014(01):41+45-47.[]陳瀟俐.博物館紙質文物庫房環(huán)境監(jiān)測與控制[A].中國文物保護技術協(xié)會.中國文物保護技術協(xié)會第七次學術年會論文集[C].中國文物保護技術協(xié)會:中國文物保護技術協(xié)會,2012:5.2書庫環(huán)境測控系統(tǒng)的相關技術現狀2.1無線通信技術在書庫環(huán)境測控系統(tǒng)的構建中，測控節(jié)點與服務端的通信可以通過有線通信絡、無線通信兩種技術實現。有線通信技術一般包括：RS-232串行通信、RS-485通信、HART、現場總線、工業(yè)以太網等技術。有線通信技術傳輸可靠，安全性、穩(wěn)定性較高，但是維護成本較高。無線通信技術一般包括Wi-Fi，ZigBee、藍牙、NB-IoT等技術。無線通信技術下的測控節(jié)點，位置可以更靈活，維護成本較小，比較適用于本系統(tǒng)的構建。Wi-Fi是基于IEEE802.11協(xié)議標準的無線局域網技術。它可以組建高速數據通信網絡；傳輸距離可達100米，傳輸速度可以達到11Mbps以上，數據傳輸的穩(wěn)定性高，抗干擾能力強；該技術的缺點是組件的功耗較大、成本較高[[][]項吳曙.面向智慧家庭的互聯網+WiFi傳感器的遠程監(jiān)控技術研究[D].2019.ZigBee是短距離、低功耗無線通信技術。它的數據傳輸可靠性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性強，在工業(yè)自動化和遠程控制中應用較多；該技術支持星形、網狀、簇狀3種網絡拓撲結構；其主節(jié)點可管理多達254個子節(jié)點，并且可以相互通信。該技術的缺點是芯片的成本較高[[][]何佳.一種基于低功耗藍牙技術的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計[D].2017.藍牙是協(xié)議標準為IEEE802.15.1的短距離無線通信技術。它支持短距設備間的數據傳輸，建立點與點之間的通信；通信的可靠性高，抗干擾能力強，數據傳輸速率可達1Mbp；該技術的缺點是通信距離較短[[][]孫培遠.智能家居室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].2017.NB-IoT是窄帶物聯網技術。它支持低功耗設備在廣域網蜂窩的數據連接，其帶寬消耗180KHz，可以在GSM、UMTS、LTE網絡部署；該技術信號覆蓋廣，支撐連接能力強，功耗低、成本相對較低。較為適用于本系統(tǒng)的構建[[]何澤鵬.基于蜂窩的窄帶物聯網(NB-IoT)技術性能及應用[J].廣東通信技術,2017,037(006):29-34.~[]何澤鵬.基于蜂窩的窄帶物聯網(NB-IoT)技術性能及應用[J].廣東通信技術,2017,037(006):29-34.[]王征宇.基于多傳感器的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計[D].哈爾濱工業(yè)大學.2017.2.2模糊PID控制技術在書庫環(huán)境測控系統(tǒng)的控制技術中，可以基于模糊PID控制技術實現對通風機變速設備的更有效控制。PID控制是最早應用于實踐的控制策略之一，目前各領域有90%的控制回路使用了PID結構。該控制技術是經典控制中負反饋的典型應用，其控制原理是根據給定值r(t)與輸出值c(t)之間的偏差，將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構成控制量，并進行控制?？刂破鞴饺缡剑?-1）所示，設U(t)為控制量，Kp為比例系數，Ti為積分時間常數，Td為微分時間常數；，為積分系數；，為微分系數。（1-1）傳遞函數如式1-2所示：（1-2）比例控制針對偏差進行控制。偏差產生后，控制器立即產生作用，提高動態(tài)響應速度，減少偏差，但是不能徹底消除，可能會造成系統(tǒng)的超調。比例系數Kp的確定方法是去掉PID的積分項和微分項，一般令Ti=0、Td=0；使PID成為純比例調節(jié)，由0逐漸加大比例增益，直至系統(tǒng)出現振蕩；再反過來，從此時的比例系數逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失；記錄此時的比例系數值為當前值；設定PID的比例系數Kp為當前值的60~70%。積分控制對偏差進行記憶。該控制主要針對系統(tǒng)偏差的歷史進行控制，用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。積分常數Ti的確定方法是在比例系數Kp確定后，設定一個較大的積分常數Ti的初值，然后逐漸減小，直至系統(tǒng)出現振蕩；之后再反向逐漸加大Ti至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的Ti；則設定的積分時間常數Ti為當前值的150~180%。微分控制反映偏差信號的變化趨勢。在偏差信號值變得太大之前，引入一個有效的早期修正信號，加快了系統(tǒng)的動作速度，減小調節(jié)時間。積分常數Td一般不用設定，為0即可，設定的微分控制取不振蕩時的30%。PID控制器算法簡單、魯棒性好、可靠性高，對模型的依賴性不高；但是實際控制過程一般具有非線性、時變不確定，所以PID控制器難以建立精確的數學模型；在現場實際控制過程中，PID控制器的參數整定方法較為繁雜，容易造成參數整定不良、效果欠佳的問題。模糊集合理論是Zadeh教授1965年研究創(chuàng)建的[[]ZadehLA.Fuzzysets[J].Information&Control,1965,8(3):338-353.]。Mamdani教授1974年首次將模糊控制器用于鍋爐和汽輪機的控制過程，這種控制器一般包含二維輸入，一維輸出，模糊規(guī)則前后皆為模糊語言變量[[]Mamdani,E.H.Applicationoffuzzyalgorithmforsimpledynamicplant[J].ProceedingsoftheInstitutionofElectricalEngineers,1974,121(12):1