基于无线传感器的大型公共建筑用电分项计量技术的研究.docx

基于无线传感器的大型公共建筑用电分项计量技术的研究摘要：目前我国大型公共建筑耗电量呈逐年增加趋势为降低公共建筑的不合理用电在公共建筑中建立分布式自组织的无线传感器用电监控网络是实现智能节电的重要方式。无线传感器网络与分项计量相结合的智能控电系统可以动态的对公共建筑中的用电设施设备进行控制实现了用电信息及时可靠的传输发挥了无线网络迅捷、准确的技术特点。关键词：无线传感器网络建筑分项节电数据传输系统设计0.引言目前大型公共建筑用电主要分为常规用电和特殊用电其分项计量一般采用计量表进行计量。但挂表计量具有如下缺陷：一是对供用电线路改动较大改造成本较高；二是建筑内部负荷类型较多无法进行准确区分；三是无法实时反映建筑内用电的动态变化。为实现公共建筑的有效节能实时监测用电设施设备的变化在大型公共建筑中构建无线电力监测网络是实现智能节电的发展方向。而无线传感器的使用使电力监测系统管理起来更加简单便捷易于维护具有较强的技术优势和节能前景。1.系统总体架构无线传感器节能系统具有高智能化、数据采集同步、覆盖区域广、可远程调控等特点。系统易于安装造价较低利用无线传感器对用电设施设备及用电环境进行感知将信息数据通过无线网络传送至服务器是目前智能建筑节能的主流技术。无线传感分项计量系统可以通过智能决策对建筑内部的用电进行有效控制系统决策者可以对其中某个设备和节点进行直接干预。系统主要由无线传感器、路由节点、分项节点、监测中心等组成。无线传感器分项计量系统主要分为数据采集和智能控制两个部分运行方式如图1所示。无线传感器和路由节点布置于监控区域内根据用电设施设备的实际情况予以排布将采集的数据传至分项节点并最终传至监控中心。监控中心的软件系统对接收的数据进行分析、汇总、显示和报警实现公用建筑分项计量的实时在线监控。2.无线传感器网络的硬件设计无线传感器网络由分项节点、路由节点、传感器节点等组成传感器采集的数据经由路由节点、分项节点传递至监控中心服务器而监控中心的指令则下行至分项节点、路由节点和传感器。2.1传感器节点传感器节点通常由传感器模块、无线通信模块、采集处理模块及电源模块组成。传感器模块包含环境感知芯片和信号调理芯片采用光强、气体、温度等传感器通过各种传感器对周边物理环境的温度、湿度、光照强度等能耗参数进行感知并通过实时监测来采集数据。采集处理器可以采用低电压、低功率的单片机芯片；无线通信芯片也要尽量选用低功耗内建空闲与关机模式的芯片以实现远程传输、低能耗、抗干扰能力强的需求。考虑到能耗成本问题电源采用磷酸铁锂电池供电。2.2路由节点与分项节点路由节点一般由通信模块构成主要的作用是中转传感器与分项节点、分项节点与监测中心之间的数据。分项节点一般具有较强的数据汇聚和处理能力以及一定的数据存储能力。分项节点可以以一个具有计算分项能力和采集能力的无线传感器节点代替也可以是一个仅具备无线通信接口的网关设备。2.3网关接入与服务器决策控制为了实现无线传感器节点与网络服务器的接入需要借助网关设备实现可以使用GSM、CDMA等方式接入。对于服务器端在接收到网关设备转换的无线传感器节点感知的信息数据后对数据进行相应的分析和处理最终做到决策的智能化。3.无线传感器网络的软件设计在无线传感网络中依据传输数据的不同将其分为三类。一是通讯数据即传感器对能耗周边环境周期性采集到的光照强度、温湿度等信息其数据量较为庞大；二是传输数据这部分数据包括路由信息、网络状况等在传输过程中存在一定的延时及丢包率；三是指令数据包括服务器端传递的指令、监控任务及报警等信息属于关键性数据。为保证上述数据的高效有序传输以及系统的稳定应合理设计其软件。3.1节点软件节点软件由传感器节点、路由节点和分项节点软件构成以单片机C语言做为编程语音面向节点各硬件进行程序开发。路由节点、传感器节点一般只需要传输数据而分项节点做为中转控制点需要向传感器节点、路由节点发送同步信息同时将收集到的数据发送至监测中心服务器端。软件的编程采用模块化设计包括硬件的初始化、数据采集与处理、无线通讯等模块。以传感器节点为例节点按设定的采集时间间隔进行数据采集。该节点可以同时接收并转发其它节点的数据在接收到分项节点的高级信息后可以对传感器状态进行调整在结束调整任务后进入停歇状态并关闭传感器电源以节约能耗直至下一采集阶段的开始。3.2监测中心软件监控中心通过GPRS等网络通信模块获得传输到本地服务器的采集数据。本地工作人员可以实时调用查看整个系统内的运行数据各分级用户可以实时根据