摘要：基于無線傳感器網絡能耗監(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、供熱等設備和分支系統(tǒng)中，測量所有設備和分支系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，并通過網關將能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_服務器，在服務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)了高校能耗設備能耗的主要原因。在此基礎上，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)通常使用有線網絡進行監(jiān)測。如果舊校園改造，設備種類繁多，布線復雜，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)的測控設備應用軟件。

無線傳感器網絡采用總線結構，設備可共享，品種少，無需布線，現(xiàn)有建筑物無損壞，網絡靈活。因此，基于無線傳感器網絡的大學能源消耗監(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總體設計結構

1.1總體設計

該系統(tǒng)采用4G無線數(shù)據(jù)傳輸技術將傳感器連接到網關、主機、互聯(lián)網服務器、移動終端和其他設備。高校舊校區(qū)現(xiàn)有的校園能源調度監(jiān)控系統(tǒng)進行了改造，實現(xiàn)了覆蓋全校無線傳感器網絡的能量自動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線傳感器環(huán)境的測量節(jié)點、網關和互聯(lián)網（傳輸網絡）服務器組成。互聯(lián)網（傳輸網絡）服務器由互聯(lián)網終端用戶（計算機和移動應用程序）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)點和網絡服務器組成，試圖收集和傳輸電力消耗、水資源利用、小環(huán)境等相關參數(shù)（如室內溫度、光強度等）。通過無線傳感器技術，數(shù)據(jù)可以通過網關實時傳輸?shù)皆破脚_，并根據(jù)地址將這些數(shù)據(jù)存儲在服務器的數(shù)據(jù)庫中。轉換后，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)送到相應的網絡節(jié)點，以減少無線傳感器網絡上的數(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和網絡技術的大學能耗實時監(jiān)測系統(tǒng)，利用無線傳感器網絡、云平臺等*技術，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，及時向相關人員報告

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

2.功能模塊設計

2.1傳感器節(jié)點

傳感器測試節(jié)點包括無線通信設備、內置核心處理器、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、流量監(jiān)控、人員監(jiān)控和其他傳感器。每個傳感器網絡節(jié)點都具有數(shù)據(jù)采集模式和相關設備控制的基本功能。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，然后通過網絡將其發(fā)送到相關網關。

（2）控制相關設備的功能。當傳感器的某些節(jié)點檢測到室內溫度和相對濕度時，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)境相關參數(shù)控制設備，如自動和智能關閉或重新打開控制設備，增加或減少風扇的速度，調節(jié)室內溫度，引入無線網絡技術，以實現(xiàn)各種設備的智能化和控制。智能應用電源開關通過無線局域網的各種信號在網絡服務器上獲取控制命令，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。內置的雙敏感元件接收器具有較高的可見光響應范圍，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，關閉所有照明供電設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.內置空調傳感器

(1)溫度傳感器

空調機組是中國常用的生活用電溫度控制設備，在節(jié)能管理中起著主要作用。當室內環(huán)境溫度低于10時，空調高效節(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并聯(lián)組成°C時，微處理器將控制低溫開關的自動關閉；當室外環(huán)境溫度高于25c時，微處理器可以控制高溫開關的自動關閉，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斷開。

(2)空調故障傳感器

空調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的工作狀態(tài)。用于確定空調是否處于正常運行狀態(tài)的壓縮機壓力測量傳感器。如果空調系統(tǒng)脫機，壓縮機系統(tǒng)無法正常運行，或者壓縮機空轉，壓縮機系統(tǒng)轉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動壓縮機旋轉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鍵瓶頸問題。工作原理是傳感器隔膜內部的生成，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，如果空調系統(tǒng)需要改變室內環(huán)境溫度，整個空調裝置的工作運行和狀態(tài)可以通過溫度開關進行控制，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將斷開；當有人可以進入檢測器時，主電源開關將關閉。

2.2無線網絡節(jié)點和云平臺管理系統(tǒng)

無線傳感器網絡節(jié)點和云平臺管理系統(tǒng)也是介于無線傳感器網絡節(jié)點和高速以太網系統(tǒng)之間的無邊界設備，在系統(tǒng)架構中始終起著重要的橋梁作用。無線網絡節(jié)點主要由網絡協(xié)調器、核心處理器模塊、無線射頻能量控制模塊、內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)點設備和網絡服務器通電啟動后，無線傳感器和網絡將自動建立。接收數(shù)據(jù)后，核心處理器模塊將使用串行端口監(jiān)控無線傳感器和網絡的響應數(shù)

核心處理器模塊的是通過無線傳感器網絡和云平臺將協(xié)調器發(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_服務器，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_服務器。特殊軟件使用設置的閾值來處理能耗數(shù)據(jù)，并直接將消息發(fā)送到相應的命令中。網關收到命令數(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)送到相應的多個傳感器和控制設備節(jié)點，控制節(jié)點上各種設備的運行狀態(tài)。

2.3移動應用

軟件開發(fā)完成了一套移動應用系統(tǒng)專業(yè)軟件，具有與云平臺服務器系統(tǒng)基本使用功能相同的功能。移動應用程序具有與云平臺服務器系統(tǒng)相同的一些基本網絡功能。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控制設備的工作。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*的網絡抄表付費管理技術，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設置、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、荷、儲、充”信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*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)校園內任一線路，任一個路燈的定時 開關、強制開關、亮度調節(jié)，以及定時控制方案靈活設置，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。

構建符合校園節(jié)能監(jiān)管內容及要求的數(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)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，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、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態(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)科學預警火災、網格化管理、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。從火災預防，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，相關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電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

7 結束語

基于無線傳感器網絡能耗監(jiān)測系統(tǒng)在網絡中使用*的無線傳感器，并實時監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過互聯(lián)網上傳到服務器，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，設備可以共享，成本低，并且在建設中對現(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)建設節(jié)能校園的目標需要一定的時間，隨著傳感技術和網絡技術的應用也將會盡快實現(xiàn)該目標。

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