摘要：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在現(xiàn)有教學(xué)建筑、實(shí)訓(xùn)建筑、圖書館、學(xué)生宿舍建筑的水、電、供熱等設(shè)備和分支系統(tǒng)中添加無線傳感器節(jié)點(diǎn)，對(duì)所有設(shè)備和分支系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，通過網(wǎng)關(guān)將能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)服務(wù)器，在服務(wù)器上建立實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器管理軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)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(duì)性的節(jié)能方案和控制措施，實(shí)現(xiàn)了高校區(qū)節(jié)能增效的目標(biāo)。該系統(tǒng)采用布。

關(guān)鍵字：傳感器；數(shù)據(jù)分析；節(jié)能；

引言

中國大部分高校老校區(qū)都是人工干預(yù)電力、水和天然氣消耗管理。人工抄表存在綜合數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)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與實(shí)際能耗相關(guān)的信息，就不可能進(jìn)一步提出明確的*優(yōu)節(jié)能高效解決方案，有效降低高校老校區(qū)的能耗。

現(xiàn)有大學(xué)能源消耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般采用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果舊校園改造，設(shè)備種類繁多，布線復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)有建筑造成嚴(yán)重破壞。在國外，能源消耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也發(fā)展到了一個(gè)非常完善的水平，形成了一定的特定標(biāo)準(zhǔn)。但市場(chǎng)價(jià)格并不便宜，缺乏適合中國大部分高校的測(cè)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)有建筑未損壞，網(wǎng)絡(luò)靈活。因此，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大學(xué)能源消耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大學(xué)老校區(qū)節(jié)能工作中具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1整體設(shè)計(jì)結(jié)

1.1總體設(shè)計(jì)

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(jī)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、移動(dòng)終端等設(shè)備上。改造了高校老校區(qū)現(xiàn)有的校園能源調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了覆蓋全校無線傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍的能量自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線傳感器環(huán)境的測(cè)量節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)網(wǎng)(傳輸網(wǎng)絡(luò))的服務(wù)器組成?；ヂ?lián)網(wǎng)(傳輸網(wǎng)絡(luò))的服務(wù)器由互聯(lián)網(wǎng)終端用戶提供(在計(jì)算機(jī)和移動(dòng)應(yīng)用中)，如圖1所示。

圖1

1.2功能特點(diǎn)

無線傳感器節(jié)點(diǎn)主要由各種傳感器控制節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成，努力實(shí)現(xiàn)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(qiáng)等)的采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸。).通過無線傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)向云平臺(tái)傳輸信息，這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)地址存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，控制指令轉(zhuǎn)換后會(huì)自動(dòng)發(fā)送到云平臺(tái)。云平臺(tái)可以分組發(fā)送存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從而減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上收集的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)服務(wù)的數(shù)據(jù)分組傳輸流量。

本系統(tǒng)具有下列基本功能：

(1)基于無線傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，將高校老校區(qū)的能耗數(shù)據(jù)安全上傳到高校后勤管理平臺(tái)，如無線傳感網(wǎng)、云平臺(tái)等先進(jìn)技術(shù)，顯著提高了高校老校區(qū)能源儲(chǔ)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)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(dòng)化管理降低能耗。根據(jù)部分學(xué)生宿舍、員工宿舍、實(shí)驗(yàn)室、基礎(chǔ)教學(xué)樓能耗的突出特點(diǎn)，完成學(xué)校電力消耗數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)，生成水電統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告。

(3)及時(shí)報(bào)警，確保能源使用安全。根據(jù)學(xué)生宿舍、教師宿舍、實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)建筑的能耗特點(diǎn)，制定合理的策略，及時(shí)發(fā)出預(yù)警和報(bào)警，在特殊情況下自動(dòng)切斷電源:根據(jù)不同地區(qū)的能耗特點(diǎn)和不同季節(jié)的教學(xué)建筑，在工作日和非工作日的實(shí)際情況下做出正確的決策。根據(jù)不同地區(qū)的能耗特點(diǎn)，對(duì)不同季節(jié)、工作日、非工作日的教學(xué)樓進(jìn)行節(jié)能改造，對(duì)相關(guān)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析。當(dāng)能耗超過標(biāo)準(zhǔn)值或無法正常使用時(shí)，將及時(shí)發(fā)送信息和報(bào)警。

對(duì)學(xué)校建筑、水泵、空調(diào)設(shè)備等大型設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模監(jiān)控和預(yù)警分析，確保關(guān)鍵監(jiān)控設(shè)備的正常運(yùn)行。

2功能模塊設(shè)計(jì)

2.1傳感器節(jié)點(diǎn)

傳感器測(cè)試節(jié)點(diǎn)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(cè)模塊、功率模塊和無線射頻收發(fā)模塊。傳感器包括照明、風(fēng)扇、空調(diào)、流量監(jiān)控、人員監(jiān)控等傳感器。每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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。

基本功能如下：

資料采集功能；控制相關(guān)設(shè)備的功能

2.2無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和云平臺(tái)管理系統(tǒng)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和云平臺(tái)管理系統(tǒng)也是介于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和高速以太網(wǎng)系統(tǒng)之間連接的無邊界設(shè)備，在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中始終發(fā)揮著重要的橋梁作用。無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(chǔ)模塊和電源插頭模塊組成。無線傳感器控制的節(jié)點(diǎn)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通電啟動(dòng)后，自動(dòng)建立無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)。接收數(shù)據(jù)后，核心處理器模塊使用串口監(jiān)控?zé)o線傳感器和網(wǎng)絡(luò)的接觸狀態(tài)，并允許接觸狀態(tài)數(shù)據(jù)。

核心處理器模塊的第一步是通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和云平臺(tái)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(chǔ)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_(tái)服務(wù)器，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)服務(wù)器。專用軟件使用設(shè)置的閾值處理能耗數(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(duì)綜合數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析處理，然后執(zhí)行控制指令，向相應(yīng)的多個(gè)傳感器和控制設(shè)備節(jié)點(diǎn)發(fā)送綜合控制執(zhí)行命令信息，控制節(jié)點(diǎn)上各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3手機(jī)APP

該軟件開發(fā)完成了一套移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)專業(yè)軟件，具有與云平臺(tái)服務(wù)器系統(tǒng)基本使用功能相同的功能。移動(dòng)應(yīng)用程序具有一些與云平臺(tái)服務(wù)器系統(tǒng)相同的基本網(wǎng)絡(luò)功能。您可以在實(shí)時(shí)平臺(tái)上查看舊校區(qū)的能源消耗信息，并隨時(shí)隨地控制相應(yīng)的控制設(shè)備。通過智能能源消耗監(jiān)測(cè)，其移動(dòng)性將極大地方便高校老校區(qū)的能源消耗監(jiān)測(cè)。

3服務(wù)器管理軟件

目前，流行的Windows平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用于語言工作室的研發(fā)?；跓o線傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了大學(xué)能量消耗實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)有四種類型和四層*解決方案:現(xiàn)場(chǎng)多終端數(shù)據(jù)采集人層、系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、基礎(chǔ)平臺(tái)層、應(yīng)用層，每層快速完成不同的任務(wù)，上層為下層提供更多相關(guān)的核心技術(shù)支持專業(yè)服務(wù)。該系統(tǒng)符合國家相關(guān)核心技術(shù)開發(fā)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并具有真實(shí)身份機(jī)構(gòu)認(rèn)證、綜合數(shù)據(jù)加密算法、數(shù)據(jù)庫等綜合防染等。

4方案的合理性

4.1資源利用率和市場(chǎng)預(yù)測(cè)

我國大部分高校老校區(qū)能耗管理部門缺乏直接有效的電力、水、氣等能耗管理手段，無法獲取關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)際能耗信息，無法進(jìn)一步提出節(jié)能計(jì)劃?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過老校區(qū)建設(shè)，有效降低能耗，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能耗數(shù)據(jù)，優(yōu)化節(jié)能工作。適用于大多數(shù)高校，也可以促進(jìn)企業(yè)和居民社區(qū)的節(jié)能工作，具有良好的市場(chǎng)前景。

4.2技術(shù)合理性

目前，隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷快速健康發(fā)展，通過互聯(lián)網(wǎng)添加各種硬件處理設(shè)備技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)，可以通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速上傳監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)到服務(wù)器。任何計(jì)算機(jī)電腦或手機(jī)都可以通過寬帶互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)訪問能源和消耗計(jì)量管理部門的工作人員登錄能源和消耗管理網(wǎng)站。運(yùn)行數(shù)據(jù)信息也可以通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控查詢系統(tǒng)隨時(shí)查詢，實(shí)際能耗可以準(zhǔn)確分析。

5高校綜合能效解決方案

校園電力監(jiān)控與運(yùn)維；物流收費(fèi)管理；能源管理系統(tǒng)；智能消防系統(tǒng)

6平臺(tái)部署硬件選擇

7結(jié)束語

基于無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)能源消耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中使用先進(jìn)的無線傳感器，并實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?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源消耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，查詢能源消耗數(shù)據(jù)、分析能源消耗等操作，wan全實(shí)現(xiàn)能源消耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用總線技術(shù)，設(shè)備共享，成本低，對(duì)現(xiàn)有建筑的破壞程度小，施工強(qiáng)度低，布線少，維護(hù)量小。

本系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析舊校區(qū)的能源消耗，利用現(xiàn)代化管理手段進(jìn)行能源配額管理，逐步培養(yǎng)教師和學(xué)生的節(jié)能意識(shí)，雖然實(shí)現(xiàn)建設(shè)節(jié)能校園的目標(biāo)需要一定的時(shí)間，隨著傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也將會(huì)盡快實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】 夏文才，王展展，高浩 等，基于節(jié)能減排措施下的建筑建造能耗分析[J].山西建筑,2018,11(33）：167-168.

【2】 楊旭．綠色校園能源利用實(shí)踐[J].墻材革新與建筑節(jié)能,2018.11(45):57-59.

【3】 郭文會(huì).基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高校老校區(qū)建設(shè)的研究[J].蘭州信息科技學(xué)院 2022版.

【4】 安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

【5】 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.