hth下载地址 陳聰

摘要：隨著社會(hui) 經濟的快速發展，我國建築能耗的總量逐年上升，在社會(hui) 能源總消費量占比接近三成。而國際上發達國家建設部科技司相關(guan) 研究表明，隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善，我國建築耗能占比將上升至35%左右。如何降低建築能耗已經成為(wei) 目前急需解決(jue) 的問題。基於(yu) 這個(ge) 問題，設計和開發一套基於(yu) 物聯網的建築物綜合能耗監測管理係統，從(cong) 而對建築物的能耗進行動態監測，為(wei) 用戶提供節能管理方案，從(cong) 而解決(jue) 建築的高能耗問題。

關(guan) 鍵詞:物聯網；建築物；綜合環境；能耗監測

0引言

我國建築節能水平遠遠落後於(yu) 發達國家。我國大部分企業(ye) 和事業(ye) 單位由於(yu) 對節能意識不強，特別是辦公大樓能耗嚴(yan) 重。但隨著經濟社會(hui) 的發展，單位能耗逐漸增加，其用能支出也越來越多。這就需要研究一個(ge) 降低建築物能耗的方法，當前雖有較多學者研究了能耗監測係統，但是建築物內(nei) 能耗監測點位較多且綜合布線複雜，導致監測效果不好，不能有效降低建築物能耗，基於(yu) 這個(ge) 問題，有必要開發一套基於(yu) 物聯網技術的建築物綜合環境能耗監測管理係統來解決(jue) 上述問題。

1能耗監測管理係統架構設計

1.1管理平台係統架構設計

建築綜合環境能耗監測管理主要是由感知層，網絡層和應用層三層次結構組成。

（1）感知層。建築體(ti) 內(nei) 控製設備分散，需要在各個(ge) 能耗設備終端加入能耗計量采集裝置，根據現場情況，采集裝置的通信技術可以采用現場總線技術，以太網傳(chuan) 輸或無線傳(chuan) 輸方式。通過傳(chuan) 感器以及采集設備對相關(guan) 目標物體(ti) 的參數進行實時采集，網關(guan) 或基站節點及其接入設備，按照相關(guan) 通信協議和規約，將采集的信息數據或用戶需求指令傳(chuan) 輸到網絡或信息數據采集層。傳(chuan) 感器以及采集網絡的部署，能及時有效地獲得到所監控物體(ti) 的數據，這是物聯網的一個(ge) 重要特征。

（2）網絡層。網絡層以應用服務器組和數據服務器集群等為(wei) 硬件基礎。采用大數據平台軟件為(wei) 建設載體(ti) ，針對采集的數據開展清理、存儲(chu) 、建模、分析等工作。各前端采集係統與(yu) 中心服務器之間采用高速以太網通信機製，可以順利采集到遍布全島的各類物聯網信息、視頻監控畫麵等，再經過各種智能信息處理，如信息融合、信息挖掘等，通過可視化大屏等終端以展現。

（3）應用層。智慧的管理決(jue) 策與(yu) 應用層包括多個(ge) 方麵：數據展示據分析、設備管理、應急管理等，基於(yu) 數據平台的應用對能耗進行實時展示和分析數據展示據：數據的可視化是對數據價(jia) 值直接應用形式，通過物聯網技術采集的數據對設備進行定位，對設備狀態進行分析，可以直觀地了解到各設備的能耗狀態以及趨勢；設備管理是采集層所連接的設備終端不但有設備的能耗數據，同時對設備的運行狀態數據以及故障告警等數據也同時采集，這些數據的應用，可以為(wei) 節能降耗的策略提供數據支撐。

正常狀態下的建築物內(nei) 的各種能量也可通過能耗感知係統的數據呈現頁麵隨時查看、監測其能量的損耗和功能的轉化，可以利用現有的數據，通過分析有效實現耗能的優(you) 化組合，從(cong) 一定程度上節約可利用資源，幫助用戶解決(jue) 耗能問題。

建築物的能耗監測管理係統是在ZigBee網絡結構與(yu) 區間局域網結構的基礎上建立的，若要加入用戶的反饋就可以接入外用Internet網絡接入雲(yun) 係統，這不但可以直接連接本地各個(ge) 係統終端，同時可以兼顧廣域內(nei) 各個(ge) 不同建築的能耗管控。

監測管理係統是一個(ge) 離不開互聯網的應用平台，對建築物體(ti) 的耗能情況的監控與(yu) 實施的具體(ti) 措施都是建立在無線局域網絡正常運行的狀態下，與(yu) 此同時，係統可以同時管控多個(ge) 建築物，形成一個(ge) 自控聯合監測係統。該係統基於(yu) 多層單一分布的網絡結構，其功能層是由網絡通信層、設備終端層與(yu) 站控管理層共同組成。

1.1.1網絡通信層

網絡通信層是係統的連接的樞紐，其能起到溝通訪問的功能，其結構由以太網結構、自動化傳(chuan) 感器、

ZigBee、4G/5G等網絡聯合組成，將其運用在用戶與(yu) 係統之間的溝通上，不但可以及時下發指令，還可以接收上層發送來的信息，同時徘徊在兩(liang) 者之間，在係統功能結構中起到重要的連接作用。

1.1.2設備終端層

設備終端層還可以稱為(wei) 信息傳(chuan) 送終端，主要的作用是接收通信層傳(chuan) 遞過來的數據信息，利用設備的感應功能分析數據，保留可用的設備數據，再經過網絡中轉站，完成數據信息互相轉換，使數據完整的到達下一個(ge) 功能層，達到耗能監測終端，利用能耗監測儀(yi) 表設備，得到耗能的數值，準確迅速地將建築物數據傳(chuan) 送到網絡平台。

1.1.3站控管理層

站控管理層主要受製於(yu) 操作人員，作用於(yu) 所有用戶，是係統框架的部分，是連接人類與(yu) 機器的橋梁，是實現係統自動化的核心。其結構主要是由建築物本身、無線傳(chuan) 感器、雙向通信軟件與(yu) 耗能監測設備構成，例如無線網絡平台、傳(chuan) 輸係統、顯示屏幕、UPS設備等。不僅(jin) 可以通過數據來表達建築物的耗能情況，還可以利用係統分析軟件采集物體(ti) 的實際信息與(yu) 正常運行時的數據，經過特殊處理，以圖像、信號和數字等形式表現出來。

1.1.4采集設備

采集設備是監測係統中重要的一部分，主要用於(yu) 耗能數據的收集、轉換和傳(chuan) 輸。輸出設備：打印設備及耗能設備，根據係統的指令處理接收到的數據、數字、圖像等。顯示屏：均以表格、圖片等形式來展現整個(ge) 係統的運行狀態。

1.2無線傳(chuan) 感網絡設計

能量監測管理係統是基於(yu) 無線局域網通信平台與(yu) 通信互動平台和其他輔助管理平台共同協作的基礎上的，三者聯合合作，相互製約。

（1）通信互動平台：將各個(ge) 傳(chuan) 感器所屬的控製中心緊緊相連，一對一地實行嚴(yan) 格管控，確保係統的通信平台正常運行，其功能如下：

①基礎管理：與(yu) 局域網結構和數據連接形成一個(ge) 環形的網格結構，遍布建築物的耗能數據，保證各個(ge) 感應器的傳(chuan) 感效果能夠準確識別並係統正常運行。

②滿足用戶需求：平台上征求用戶的意見，快速提供處理方法，不錯的質量控製，達到用戶的標準。

③能量管理：隻有合理的進行能量管理才可以維持傳(chuan) 感器的準確識別，順利獲得各種能量的代碼，明確係統下發的指令。

④網絡管理：有效的檢測平台上的數據信息，將不同數據分散到相應的係統區域，到達相對應的感應係統與(yu) 設備。

⑤移動控製：對每個(ge) 移動的節點進行跟蹤定位，分析節點上所存在的信息數據，將所有的數據匯總，形成移動控製。

⑥安全管理：係統的結構複雜、框架多變，各種軟件硬件均可能出現差錯，致使數據泄露，對用戶產(chan) 生不利的影響，因此要加入安全管理軟件，在每個(ge) 結構都要設有安全密碼，增加安全保障。

（2）應用輔助平台：作為(wei) 係統的輔助平台，主要為(wei) 係統提供一些輔助的技術手段，包括數據的查詢、采集和後續管理等等，服務於(yu) 用戶，從(cong) 用戶的角度處理問題，提高係統質量服務。

①時間管理：主要致力於(yu) 時間的管控，使所有節點在同一時間，同時移動，傳(chuan) 遞不同的數據，促使各個(ge) 環節共同工作，準確定位節點的位置，獲取節點的信息，在係統中起著至關(guan) 重要的作用。

②管理接口：符合管理協議，傳(chuan) 輸數據到功能層。

③服務接口：在不同的環境中發揮著不同的作用，利用局域網平台傳(chuan) 遞係統指令，提供數據信息查詢。

（3）分層網絡通信協議：通過無線網進行分層通信，提出了通信協議的新模型，其功能層分為(wei) 基礎應用層、數據傳(chuan) 輸層和網絡層。

①基礎應用層：利用視覺與(yu) 聽覺的識別軟件來鞏固通信框架，減少網絡負擔，使無線網絡加速運行。

②數據傳(chuan) 輸層：主要是將數據完整地傳(chuan) 輸到下一個(ge) 結構層，保證平台內(nei) 的數據不出現缺失、混亂(luan) 等狀況。

③網絡層：保護移動的節點不受阻礙，正常活動，攜帶的數據完整的上傳(chuan) 平台，使用戶能夠快速檢索和查詢。

1.3能耗監測係統無線傳(chuan) 感網絡節點設計與(yu) 實現

建築物中可消耗的能源包括電、水、熱量等，每時每刻都在影響著周圍的環境監測，其物理原因有地表的溫度、人類的活動、各種災害等等，由於(yu) 現代社會(hui) 的不斷進步，大量的設備儀(yi) 器都在影響著環境的耗能監測，這些儀(yi) 器遵循著各自的工作模式，與(yu) 係統之間維持著緊密的聯係，所以為(wei) 了解決(jue) 建築物密集、設備幹擾的問題，對係統中的傳(chuan) 感節點采用ZigBee的技術進行設計。

（1）數據處理單元：包括傳(chuan) 感器、處理器與(yu) 儲(chu) 存器等，嚴(yan) 格管理節點數據的處理過程，同時可以將內(nei) 外之間的數據進行交換。

（2）數據采集單元：工作核心處理器是A/D轉換器，主要是將重要節點攜帶的數據進行篩選，包括各種圖像、聲音等信息，同時轉化成數字與(yu) 符號。

（3）數據傳(chuan) 輸單元：與(yu) 係統的通信軟件相關(guan) ，通過通信平台將節點數據傳(chuan) 輸到網絡平台，之後再接受上一個(ge) 節點信息，周而複始，完成一個(ge) 周期。

（4）電源連接單元：係統的起始都離不開穩定的電源結構，它可以持續工作，持續充電，保證係統穩定運行。

2監測係統網關(guan) 服務器的設計

2.1能耗監測管理係統網關(guan) 服務器體(ti) 係結構

在構建能耗監測係統過程中，要使用智能服務器作為(wei) 各個(ge) 結構之間的載體(ti) ，不但符合係統的運行特點，還緊跟現代科技潮流，按照係統的結構與(yu) 功能設計了龍芯1B處理器，通過智能技術，直接下達監測指令，實時監測建築物周圍設備的使用情況和耗能情況，有效進行安全管理。

2.2控製終端網關(guan) 硬件設計

根據用戶的需求與(yu) 係統的功能選擇龍芯1B處理器來作為(wei) 監測管理係統的核心處理器，可以一定限度地實現Linux的優(you) 勢，該處理器是產(chan) 於(yu) 中國，是利用SMIC0.13μm製作，其特點是造價(jia) 低，性能良好，具有不錯的安全性，適合大批量生產(chan) 。將其芯片與(yu) 係統的處理器相連，不但可以擴大其兼容性，還在一定程度上增加了無線網絡的傳(chuan) 輸速率。本文中設計的係統就是通過JTAG接口來調試核心處理器，實現了數據的儲(chu) 存，對係統畫麵的控製。

3係統軟件設計

3.1數據處理

傳(chuan) 感器的結構不同，就會(hui) 導致數據的處理方式產(chan) 生變化，具有特異性特征，隨著各種各樣的傳(chuan) 感器的升級，要想數據保持相同的處理方式就要首先將傳(chuan) 感器歸一化處理，為(wei) 係統的基礎結構打好基礎。近年來常用的融合方法是異構化融合方法：第三，利用其特異性構建關(guan) 係模型圖，以其中的關(guan) 聯度作為(wei) 前提進行融合與(yu) 處理。傳(chuan) 統的傳(chuan) 感器雖然安全穩定，但儲(chu) 存空間比較小，麵對大量數據就會(hui) 導致係統崩潰，數據流失，而文中選用的傳(chuan) 感器傳(chuan) 輸速度快、儲(chu) 存空間大，適合現代係統設計。

3.2應用服務

應用服務層主要是基於(yu) 用戶需求、信息查詢與(yu) 數據處理三個(ge) 層次，不止適用單一的設備耗能情況的監測，還可以用在公共場合建築物周圍環境的監測；主要是監測其能量消耗情況、周圍影響因素的分析、耗能設備的排查等，針對耗能量大小可以自動生成一個(ge) 解決(jue) 方案，推進社會(hui) 節能減排工作。

（1）能耗監測：包括自然環境的消耗與(yu) 人類活動的消耗，主要是大型設備的耗電與(yu) 耗熱等，係統將會(hui) 針對這一情況進行製止，並繪製耗能曲線圖等。

（2）智能控製：專(zhuan) 家會(hui) 根據係統製定的曲線圖提出解決(jue) 的措施，包括減少電能的消耗、調低室內(nei) 的溫度、通風換氣。

（3）節能分析：找到建築物環境中耗能的特點，大型設備儀(yi) 器的使用時間、關(guan) 閉時間，盡量錯開使用高峰，節約能源。

（4）耗能預測：查找建築物以往的使用頻率與(yu) 特點，預測未來的耗能情況，構架耗能監測模型圖，提出節能減排的策略，為(wei) 城市的生態建設做出貢獻。

4Acrel-EIOT能源物聯網雲(yun) 平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平台是一套基於(yu) 物聯網數據中台，建立統一的上下行數據標準，為(wei) 互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平台。用戶僅(jin) 需購買(mai) hth下载地址物聯網傳(chuan) 感器，選配網關(guan) ，自行安裝後掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(ye) 數據服務。

該平台提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，並支持多平台、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

本平台適用於(yu) 公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管係統集成商、小型物業(ye) 、智慧城市、變配電站、建築樓宇、通信基站、工業(ye) 能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平台結構

（4）平台功能

電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方麵實現供配電監控係統的遙測'、遙信、遙控控製，對係統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方麵，可以顯示或查詢供配電室內(nei) 各設備運行（包括曆史和實時參數，並根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從(cong) 能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chan) 以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與(yu) 分析技術，進行離線生產(chan) 分析與(yu) 管理，實現全廠能源係統的統一調度，優(you) 化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體(ti) 能源管理水平的目的。

能耗概況

預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看係統日誌等功能；

2）係統配置：對建築、通訊管理機、儀(yi) 表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、衝(chong) 正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本係統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

充電樁管理

通過物聯網技術，對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內(nei) 照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關(guan) 策略配置及後台遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，並達到一定節能減掛的效果。

監控頁麵

安全用電

安全用電采用剩餘(yu) 電流互感器、溫度傳(chuan) 感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩餘(yu) 電流）進行不間斷的數據跟蹤與(yu) 統計分析，並將發現的各種隱患信息及時推送給企業(ye) 管理人員，指導企業(ye) 實現時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患於(yu) 未然"的目的。

智慧消防

通過雲(yun) 平台進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。彌補了原先針對“九小場所"和危化品生產(chan) 企業(ye) 無法有效監控的空白，適應於(yu) 所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“係統化"、用電管理“精細化"的實際需求。

（5）係統硬件配置

5結束語

本文研究了一個(ge) 基於(yu) 物聯網的建築物綜合環境能耗監測管理係統，此係統能夠實時監測建築能耗數據，用戶能夠實時動態的監測建築物內(nei) 部耗能，並且能夠對運行狀態存儲(chu) ，實現能耗評估、能耗診斷的功能。並且，還大大減少了綜合布線環節，減少工作量，滿足了係統的設計需求。但是由於(yu) 研究時間有限，所研究係統難免有不足之處，在後續研究中將進一步優(you) 化此係統，為(wei) 相關(guan) 領域提供幫助。

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