摘要：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測系統(tǒng)，將無線傳感器節(jié)點添加到現(xiàn)有教學建筑、培訓建筑、圖書館、學生宿舍建筑的水、電、供熱等設(shè)備和分支系統(tǒng)中，測量所有設(shè)備和分支系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)關(guān)將能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_服務(wù)器，在服務(wù)器上建立實時能耗數(shù)據(jù)庫。通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析和比較，發(fā)現(xiàn)了高校能耗設(shè)備能耗的主要原因。在此基礎(chǔ)上，制定了有針對性的節(jié)能方案和控制措施，以實現(xiàn)高校老校區(qū)節(jié)能效率的采集。該系統(tǒng)

關(guān)鍵詞：傳感器；數(shù)據(jù)分析；節(jié)能；

0引言

中國大多數(shù)大學的舊校區(qū)都是人工干預(yù)電力、水和天然氣的消耗管理。在原始狀態(tài)下，人工抄表存在綜合數(shù)據(jù)不準確、實時采集性能差、工作量大、管理困難等問題。如果沒有其他方法可以直接有效地獲取實際能耗信息，就不可能進一步提出明確的節(jié)能高效解決方案，有效降低高校舊校區(qū)的能耗。王金晶，13/+77-443-/09+92

現(xiàn)有的大學能源消耗監(jiān)測系統(tǒng)通常使用有線網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測。如果舊校園改造，設(shè)備種類繁多，布線復(fù)雜，對現(xiàn)有建筑造成嚴重破壞。在國外，能源消耗實時監(jiān)測系統(tǒng)也發(fā)展到了非常完善的水平，形成了一定的具體標準。然而，市場價格并不便宜，缺乏適合中國大多數(shù)大學舊校區(qū)的測控設(shè)備應(yīng)用軟件。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用總線結(jié)構(gòu)，設(shè)備可共享，品種少，無需布線，現(xiàn)有建筑物無損壞，網(wǎng)絡(luò)靈活。因此，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大學能源消耗監(jiān)測系統(tǒng)在大學老校區(qū)的節(jié)能工作中具有一定的實用價值是非常必要的。

1總體設(shè)計結(jié)構(gòu)

1.1總體設(shè)計

該系統(tǒng)采用4G無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將傳感器連接到網(wǎng)關(guān)、主機、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、移動終端和其他設(shè)備。高校舊校區(qū)現(xiàn)有的校園能源調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進行了改造，實現(xiàn)了覆蓋全校無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量自動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線傳感器環(huán)境的測量節(jié)點、網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)網(wǎng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）服務(wù)器組成?；ヂ?lián)網(wǎng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）服務(wù)器由互聯(lián)網(wǎng)終端用戶（計算機和移動應(yīng)用程序）組成，如圖1所示。

5.24圖1

1.2功能特點

無線傳感器節(jié)點主要由各種傳感器控制節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成，試圖收集和傳輸電力消耗、水資源利用、小環(huán)境等相關(guān)參數(shù)（如室內(nèi)溫度、光強度等）。通過無線傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)關(guān)實時傳輸?shù)皆破脚_，并根據(jù)地址將這些數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。轉(zhuǎn)換后，控制指令將自動發(fā)送到云平臺。云平臺將發(fā)送和存儲的數(shù)據(jù)分組，然后發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)收集和分組傳輸流量。

本系統(tǒng)具有以下基本功能：

（1）基于無線傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大學能耗實時監(jiān)測系統(tǒng)，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、云平臺等*技術(shù)，將大學舊校區(qū)的能耗數(shù)據(jù)安全上傳到大學物流管理平臺，大大提高了大學舊校區(qū)能源儲備數(shù)據(jù)的準確性和及時處理能力，共享綜合能耗數(shù)據(jù)和各種處理信息。

（2）通過自動化管理減少能源消耗。根據(jù)一些學生宿舍、員工宿舍、實驗室和基礎(chǔ)教學樓能耗的突出特點，完成學校電力消耗數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計，生成水電統(tǒng)計分析報告。

（3）及時報警，確保能源消耗安全。根據(jù)學生宿舍、教師宿舍、實驗室和教學建筑的能耗特點，制定合理的策略，及時發(fā)出預(yù)警和報警，并在特殊情況下自動切斷電源：根據(jù)不同地區(qū)的能耗特點和不同季節(jié)的教學建筑，在工作日和非工作日的實際情況下做出正確的決策。根據(jù)不同地區(qū)的能耗特點，對不同季節(jié)、工作日和非工作日的教學樓進行了節(jié)能改造，并對相關(guān)能耗數(shù)據(jù)進行了詳細的統(tǒng)計分析。當能耗超過標準值或無法正常使用時，及時向相關(guān)人員報告

對學校建筑、水泵、空調(diào)等大型設(shè)備進行大規(guī)模監(jiān)控和預(yù)警分析，確保重點監(jiān)控設(shè)備的正常運行

2.功能模塊設(shè)計

2.1傳感器節(jié)點

傳感器測試節(jié)點包括無線通信設(shè)備、內(nèi)置核心處理器、各種傳感器、功率檢測模塊、功率模塊和無線射頻收發(fā)器模塊。傳感器包括照明、風扇、空調(diào)、流量監(jiān)控、人員監(jiān)控和其他傳感器。每個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都具有數(shù)據(jù)采集模式和相關(guān)設(shè)備控制的基本功能。王金晶，13/+77-443-/09+92

基本功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集功能。自動采集高校舊校區(qū)消耗的電能、水能、環(huán)境參數(shù)（如溫度、光照等）數(shù)據(jù)。組合數(shù)據(jù)后，通過串行端口將其發(fā)送到射頻無線收發(fā)器模塊，然后通過網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送到相關(guān)網(wǎng)關(guān)。

（2）控制相關(guān)設(shè)備的功能。當傳感器的某些節(jié)點檢測到室內(nèi)溫度和相對濕度時，當照明和其他環(huán)境條件達到閾值時，相應(yīng)的控制命令通過射頻收發(fā)器模塊發(fā)送到當?shù)丨h(huán)境相關(guān)參數(shù)控制設(shè)備，如自動和智能關(guān)閉或重新打開控制設(shè)備，增加或減少風扇的速度，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，引入無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以實現(xiàn)各種設(shè)備的智能化和控制。智能應(yīng)用電源開關(guān)通過無線局域網(wǎng)的各種信號在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上獲取控制命令，并通過控制電路控制照明電源插頭的連接。

2.1.1.照明傳感器的設(shè)計

（1）照明傳感器采用人射發(fā)光波長，一般為光電耦合集成照明傳感器，波長約520nm。內(nèi)置的雙敏感元件接收器具有較高的可見光響應(yīng)范圍，輸出的照明電流可以與照明器線性變化。當室外環(huán)境光照較強時，關(guān)閉所有照明供電設(shè)備中的所有電源電路，以幫助實現(xiàn)電源節(jié)能管理。當外部光照較暗時，可自動連接照明控制電路。

（2）故障傳感器。照明和控制自動化設(shè)備中使用的各種故障傳感器通常由故障電壓傳感器、電流傳感器和控制照明自動化設(shè)備門端電路的門端和非門電路組成。當故障電壓傳感器和電流傳感器將電流信號發(fā)送到門柵極上時，正常電流將在門之間形成，并發(fā)送正常運行的信號。如果只有一個標準電壓信號，但沒有標準電流信號，則故障信號將與門衛(wèi)一起發(fā)送。

2.1.2.內(nèi)置空調(diào)傳感器

(1)溫度傳感器

空調(diào)機組是中國常用的生活用電溫度控制設(shè)備，在節(jié)能管理中起著主要作用。當室內(nèi)環(huán)境溫度低于10時，空調(diào)高效節(jié)能溫度傳感器系統(tǒng)由低溫封閉式傳感器和高溫封閉式溫度開關(guān)并聯(lián)組成°C時，微處理器將控制低溫開關(guān)的自動關(guān)閉；當室外環(huán)境溫度高于25c時，微處理器可以控制高溫開關(guān)的自動關(guān)閉，但如果室外環(huán)境溫度保持在10~25c之間°C，微處理器控制兩個開關(guān)斷開。

(2)空調(diào)故障傳感器

空調(diào)故障傳感器一般由工作電壓測量傳感器、壓縮機壓力測量傳感器和非柵極電路組成。工作電壓測量傳感器檢測空調(diào)的工作狀態(tài)。用于確定空調(diào)是否處于正常運行狀態(tài)的壓縮機壓力測量傳感器。如果空調(diào)系統(tǒng)脫機，壓縮機系統(tǒng)無法正常運行，或者壓縮機空轉(zhuǎn)，壓縮機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子兩端之間沒有壓力容差。因此，壓力傳感器系統(tǒng)需要同時檢測高壓管與驅(qū)動壓縮機旋轉(zhuǎn)的兩個低壓管頭之間的瞬時壓差。

差壓傳感器用于實時測量壓縮機系統(tǒng)的高壓管和中低壓管之間的微小壓力分布差異，并通過數(shù)據(jù)處理發(fā)出報警信號，使工作人員能夠及時收到報警信號。整個傳感器系統(tǒng)元件精度高，數(shù)據(jù)采集精度高，從根本上解決了高校建立綠色節(jié)能數(shù)字校園管理的常見技術(shù)問題，解決了傳統(tǒng)高校能源計量管理中效率低下的諸多關(guān)鍵瓶頸問題。工作原理是傳感器隔膜內(nèi)部的生成，因為測量儀器的傳輸壓差直接疊加在壓力傳感器的隔膜上，王金晶，13/+77-443-/09+92。

為了防止錯誤的故障回報，故障傳感器通常需要提前使用數(shù)字萬用表測量芯片在工作狀態(tài)端的相對電位，以確認其是否具有較低的工作電壓。故障傳感器的基本工作原理是，如果空調(diào)系統(tǒng)需要改變室內(nèi)環(huán)境溫度，整個空調(diào)裝置的工作運行和狀態(tài)可以通過溫度開關(guān)進行控制，差壓傳感器系統(tǒng)可以獲得穩(wěn)定的工作電源。如果傳感器有差壓，則非門輸出壓力較低，傳感器通常不會發(fā)生報警。如果壓縮機電路中沒有建立足夠高的壓力門。

2.1.3人監(jiān)控傳感器

人員監(jiān)控傳感器一般采用紅外傳感器，其基本檢測功能是在沒有人可以進入的地方，檢測器的主電源開關(guān)將斷開；當有人可以進入檢測器時，主電源開關(guān)將關(guān)閉。

2.2無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和云平臺管理系統(tǒng)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和云平臺管理系統(tǒng)也是介于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和高速以太網(wǎng)系統(tǒng)之間的無邊界設(shè)備，在系統(tǒng)架構(gòu)中始終起著重要的橋梁作用。無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、核心處理器模塊、無線射頻能量控制模塊、內(nèi)部存儲模塊和電源插頭模塊組成。無線傳感器控制的所有節(jié)點設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通電啟動后，無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)將自動建立。接收數(shù)據(jù)后，核心處理器模塊將使用串行端口監(jiān)控無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)數(shù)

核心處理器模塊的是通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和云平臺將協(xié)調(diào)器發(fā)送的消息數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲模塊，然后通過無線路由模塊端口將集成數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_服務(wù)器，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_服務(wù)器。特殊軟件使用設(shè)置的閾值來處理能耗數(shù)據(jù)，并直接將消息發(fā)送到相應(yīng)的命令中。網(wǎng)關(guān)收到命令數(shù)據(jù)后，首先對綜合數(shù)據(jù)包進行分析和處理，然后執(zhí)行控制命令，將綜合控制命令信息發(fā)送到相應(yīng)的多個傳感器和控制設(shè)備節(jié)點，控制節(jié)點上各種設(shè)備的運行狀態(tài)。

2.3移動應(yīng)用

軟件開發(fā)完成了一套移動應(yīng)用系統(tǒng)專業(yè)軟件，具有與云平臺服務(wù)器系統(tǒng)基本使用功能相同的功能。移動應(yīng)用程序具有與云平臺服務(wù)器系統(tǒng)相同的一些基本網(wǎng)絡(luò)功能。您可以在實時平臺上查看舊校區(qū)的能耗信息，并隨時隨地控制相應(yīng)控制設(shè)備的工作。其移動性將通過智能能耗監(jiān)測為大學舊校區(qū)的能耗

5.2后勤計費管理

采用*的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設(shè)置、賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

5.2.1宿舍用電管理

針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能；

可進行惡性負載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

5.2.2商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預(yù)付費管理王金晶，13/+77-443-/09+92

5.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

5.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時 開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。王金晶，13/+77-443-/09+92

5.3能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

按校園建筑的分類進行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供決策，提高管理效能。

構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達到節(jié)能目的。

5.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。王金晶，13/+77-443-/09+92

6.平臺部署硬件選型

6.1電力監(jiān)控與運維平臺

6.2后勤計費管理

6.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費平臺

6.2.2充電樁管理平臺

6.3能源管理系統(tǒng)

6.4智慧消防系統(tǒng)

6.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

7 結(jié)束語

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中使用*的無線傳感器，并實時監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到服務(wù)器，高校能源監(jiān)管部門可以通過任何接人方式登錄能耗監(jiān)測系統(tǒng)，進行能耗數(shù)據(jù)查詢，能源消耗分析和其他操作，并實現(xiàn)能耗監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用總線技術(shù)，設(shè)備可以共享，成本低，并且在建設(shè)中對現(xiàn)有建筑破壞程度小，施工強度低、布線較少，維修量小。王金晶，13/+77-443-/09+92

本系統(tǒng)可以實時監(jiān)測和分析舊校區(qū)的能源消耗，利用現(xiàn)代化管理手段進行能源配額管理，逐步培養(yǎng)教師和學生的節(jié)能意識，雖然實現(xiàn)建設(shè)節(jié)能校園的目標需要一定的時間，隨著傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也將會盡快實現(xiàn)該目標。

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