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图书馆古籍库房自动化环境管理系统技术方案

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一、系统整体架构

本系统基于 RS485 总线通信协议构建 “中央统一控制 + 多子系统协同” 的架构，核心围绕古籍保护核心需求，实现环境调控、安全防护的全自动化运营。中央控制系统作为数据中枢与控制核心，通过 RS485 总线与恒温恒湿消毒、红外防盗、漏水监控、防火灭火四大子系统实现双向数据传输与指令下发，各子系统独立运行且联动响应，整体具备高可靠性、低延迟、易扩展的特点，适配 40-50 平米独立库房场景。

二、核心系统详细介绍

（一）中央统一控制管理系统（主系统）

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1. 系统定位

作为整个库房自动化管理的 “大脑”，负责所有子系统的数据采集、指令解析、逻辑运算、联动控制及数据存储，同时提供可视化操作界面，实现对库房环境与安全状态的集中监控与远程管理。

2. 硬件组成

• 工业级服务器主机：配置 Intel Xeon 处理器、16GB DDR4 内存、1TB SSD 存储（冗余备份），支持 7×24 小时不间断运行，满足海量数据存储与实时运算需求；

• RS485 总线控制器：内置多串口扩展模块（≥4 路 RS485 接口），支持 Modbus-RTU 通信协议，实现与各子系统设备的标准化对接，通信距离≤1200 米，适配库房空间布局；

• 触控操作终端：7英寸工业级触摸屏，安装于库房入口或监控室，提供本地化操作入口；

3. 软件功能

• 数据采集与监控：实时采集各子系统传感器数据（温湿度、红外探测状态、漏水信号、火警信号等），刷新频率≤1 秒，在界面上以数字、图表、状态指示灯形式可视化展示；

• 指令下发与控制：支持手动 / 自动两种控制模式，自动模式下根据预设阈值触发子系统动作，手动模式下可通过终端或远程客户端下发控制指令；

• 联动逻辑配置：可自定义子系统联动规则（如：火警触发时，自动切断库房电源、关闭通风设备，联动防盗系统锁定出入口）；

• 数据存储与追溯：自动存储历史数据≥1 年，支持按时间、系统类型、事件类型查询导出，生成环境报表、报警日志；

• 报警管理：接收子系统报警信号后，通过声光报警（本地蜂鸣器 + 指示灯）、短信 / 邮件推送（绑定管理员账号）双重提醒，记录报警时间、位置、原因；

• 远程访问：支持通过局域网或授权外网访问系统客户端，实现异地监控与操作，支持多用户权限分级管理（管理员、操作员、查看员）。

4. RS485 总线适配

系统通过 RS485 总线控制器实现与各子系统的物理连接，采用差分信号传输方式，抗干扰能力强，可有效避免库房内电磁环境对通信的影响；支持总线级联扩展，新增设备无需改动核心架构，仅需在总线上增加节点即可。

（二）自动化恒温恒湿消毒控制系统（子系统 1）

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1. 系统目标

维持库房内温湿度处于古籍保存最佳范围（温度 18±2℃，相对湿度 45%±5% RH），并定期自动完成空气消毒，抑制霉菌、虫害滋生，同时避免消毒过程对古籍材质造成损伤。

2. 系统组成

• 传感单元：4 台 RS485 接口温湿度一体化传感器（精度：温度 ±0.3℃，湿度 ±2% RH），分别安装于库房中部及古籍展示架区域，采集环境数据上传至中央系统；2 台空气质量传感器（检测甲醛、TVOC 浓度），联动消毒模块触发条件；

• 调控单元：

◦ 加湿除湿消毒净化一体机：1 台（适配 50㎡空间），支持 RS485 通信，接收中央系统指令自动调节运行状态；

• 控制模块：RS485 接口智能控制器，接收中央系统指令，驱动加湿除湿消毒净化一体机、消毒模块运行，同时反馈设备运行状态（运行 / 故障、当前功率）。

3. 自动化运行逻辑

• 温湿度调控：中央系统实时对比传感器数据与预设阈值，当温度高于 20℃时，触发恒温恒湿机组制冷模式；低于 16℃时启动制热模式；湿度高于 50% RH 时启动除湿，低于 40% RH 时启动加湿，调节精度≤±0.5℃/±3% RH；

• 消毒控制：支持定时消毒（默认每周一、四凌晨 2-4 点，可自定义时间）与触发式消毒（空气质量传感器检测到 TVOC 浓度超标时），消毒时长 30 分钟 / 次，消毒前 10 分钟通过中央系统发送预警，避免人员误入；

• 故障自诊断：设备运行异常（如压缩机故障、传感器断线）时，通过 RS485 总线反馈至中央系统，触发报警并记录故障代码。

（三）自动化在线红外防盗监控系统（子系统 2）

1. 系统目标

实现库房全域无死角防盗监测，非法闯入时快速触发报警并锁定异常区域，保障古籍展品安全。

2. 系统组成

• 探测单元：4 台 RS485 接口双鉴红外探测器（红外 + 微波复合探测），分别安装于库房入口、展示架两侧、窗户位置，探测距离≤10 米，探测角度 110°，可有效避免宠物、灰尘等误触发；1 台玻璃破碎探测器（安装于窗户玻璃内侧），检测玻璃破碎时的振动与声波信号；

• 报警单元：1 台声光报警器（安装于库房入口上方，报警音量≥110dB，闪光频率 2Hz），1 台门磁开关（安装于库房大门，检测门体开关状态）；

• 控制模块：RS485 接口防盗控制器，接收中央系统指令切换 “布防 / 撤防” 模式，采集探测器与门磁信号，驱动报警器动作。

3. 自动化运行逻辑

• 布防 / 撤防：支持定时布防（默认每日闭馆后 18:00 - 次日开馆前 8:00）与手动布防，开馆时段自动撤防；管理员可通过中央系统远程切换模式；

• 入侵检测：布防状态下，红外探测器检测到人体移动、玻璃破碎探测器触发或门磁开关检测到非法开门时，探测器立即通过 RS485 总线发送报警信号至中央系统，响应时间≤0.5 秒；

• 联动响应：中央系统接收报警信号后，触发声光报警器启动，同时锁定报警区域（界面标注触发探测器位置），记录报警时间与现场状态，可联动监控摄像头（若额外配置）抓拍画面，管理员收到报警通知后可远程查看并处理。

（四）档案库房漏水在线实时监控系统（子系统 3）

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1. 系统目标

实时监测库房内水管、地面等关键位置漏水情况，第一时间发现漏水隐患并预警，避免古籍受潮损坏。

2. 系统组成

• 探测单元：1 条 10 米长 RS485 接口漏水检测绳（铺设于库房地面低洼处、水管下方），2 个点式漏水传感器（安装于恒温恒湿机组下方、洗手池附近（若有）），检测灵敏度可调节（默认中等灵敏度，检测到水接触后立即触发信号）；

• 报警单元：与中央系统声光报警模块联动，同时配备独立漏水报警指示灯（安装于控制终端旁）；

• 控制模块：RS485 接口漏水控制器，采集漏水检测绳与点式传感器信号，上传至中央系统，支持本地声光报警与远程报警同步触发。

3. 自动化运行逻辑

• 实时监测：漏水传感器持续检测周围环境，无漏水时处于待机状态，检测到水介质后，立即通过 RS485 总线发送漏水信号至中央系统，明确标注漏水位置（检测绳分段定位 / 点式传感器编号）；

• 联动处置：中央系统接收漏水信号后，触发分级报警（轻微漏水仅提醒，严重漏水（检测绳连续 3 个节点触发）时，联动恒温恒湿机组关闭加湿功能，若库房配备排水泵可自动启动）；

• 状态反馈：传感器正常工作时向中央系统发送 “在线” 信号，断线或故障时触发设备故障报警。

（五）档案库房防火灭火在线预警系统（子系统 4）

1. 系统目标

实现火灾隐患早期预警，火灾发生时快速启动七氟丙烷灭火系统，在不损伤古籍的前提下迅速扑灭火源，降低损失。

2. 系统组成

• 探测单元：3 台 RS485 接口烟温复合探测器（安装于库房顶部，间距≤5 米），同时检测烟雾浓度与环境温度，烟雾浓度报警阈值 0.65-1.52dB/m，温度报警阈值 57℃（可调节）；1 台手动报警按钮（安装于库房入口易触及位置，紧急情况下手动触发）；

• 灭火单元：1 套七氟丙烷灭火系统（含 40L 七氟丙烷药剂储罐、管网、喷头），适配 50㎡库房灭火需求（灭火浓度 8-10%，喷射时间≤10 秒），药剂无色无味、不导电、不腐蚀，不会对古籍纸张、装帧造成损伤；

• 控制模块：RS485 接口灭火控制器，接收中央系统指令，控制灭火系统启动，反馈探测器状态、灭火系统压力（正常 / 不足）。

3. 自动化运行逻辑

• 预警阶段：烟温复合探测器检测到烟雾浓度超标或温度异常升高时，通过 RS485 总线发送预警信号至中央系统，触发声光报警（与防盗报警区分，采用不同报警音），管理员可实时查看预警位置；

• 灭火启动：当两个及以上探测器同时触发报警（确认火灾发生），或手动报警按钮被按下时，中央系统通过 RS485 总线发送灭火指令，灭火控制器启动七氟丙烷灭火系统，喷射前先启动 30 秒延时（避免人员未撤离），延时期间发出撤离提示音；

• 联动控制：灭火系统启动时，中央系统同步触发以下联动动作：切断库房非消防电源（避免触电风险）、关闭恒温恒湿机组与通风设备（防止灭火剂流失）、锁定库房大门（避免人员误入危险区域）；

• 状态监控：灭火系统药剂压力不足、探测器故障时，通过总线反馈至中央系统，记录故障信息并提醒维护。

三、RS485 总线系统优势

1. 通信稳定性：采用差分信号传输，抗干扰能力强，可有效抵御库房内电器设备、金属结构产生的电磁干扰，保障数据传输准确；

2. 布线便捷：所有子系统设备通过单条 RS485 总线接入中央系统，减少布线复杂度，降低施工成本，适配库房现有结构；

3. 扩展灵活：支持最多 32 个设备节点级联，后续可根据需求新增传感器、控制器等设备，无需重构系统架构；

4. 成本可控：RS485 总线设备性价比高，通信距离满足 40-50 平米库房需求，无需额外配置信号放大器。

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四、系统核心价值

本系统通过中央统一控制与四大子系统的深度协同，实现古籍库房环境管理与安全防护的全自动化、智能化，既满足古籍保存对温湿度、洁净度的严苛要求，又通过多层次安全防护体系保障展品安全，同时降低人工运维成本，为古籍提供长期稳定的保存与展示环境。