安科瑞 劉芳 18860995107

自從物聯(lián)網(wǎng)概念提出以來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對(duì)目前校園電能監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的校園電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中感知層的電能采集終端從用電設(shè)備上采集電能參數(shù)；傳輸層中的智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)完成Rs485總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的協(xié)議轉(zhuǎn)換，并通過校園網(wǎng)把數(shù)據(jù)上傳給應(yīng)用層；應(yīng)用層的監(jiān)測(cè)中心完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析處理，并向客戶端提供Web服務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)融入工程化、模塊化的設(shè)計(jì)思想。后臺(tái)完成設(shè)備建模方法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備的管理，以組織建模的方法完成設(shè)備所屬組織關(guān)系的管理，滿足系統(tǒng)對(duì)設(shè)備多維化、精細(xì)化管理需求。同時(shí)后臺(tái)利用設(shè)備模板、組織模板的擴(kuò)展功能屬性和復(fù)用屬性，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)數(shù)智能化存儲(chǔ)?？茖W(xué)的工程化后臺(tái)管理是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是穩(wěn)定、極速、人性化的前臺(tái)根本保障。

1.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

一個(gè)完整的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)電力系統(tǒng)中各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程發(fā)布，本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)主要分為設(shè)備層、傳輸層和應(yīng)用層三個(gè)層次，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所

設(shè)備層的電能采集終端的作用是將原始電壓、電流信號(hào)采集并轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，完成電能參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，并通過RS485總線將數(shù)據(jù)上傳到智能網(wǎng)關(guān)。本設(shè)計(jì)的電能采集終端可以支持多種電表，如三相四線電子式有功電能表、單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表、智能電網(wǎng)多功能電表等。系統(tǒng)中一些功能是建立在特定表具上的，例如：電流、電壓的趨勢(shì)分析，對(duì)應(yīng)的表具要存在供采集的電流、電壓參數(shù)；功率趨勢(shì)分析也需要可提供功率變量的表具。

傳輸層的功能是把來自感知層的信息進(jìn)行接入和傳輸，通過校園網(wǎng)上傳給應(yīng)用層。智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)通過RS485總線接收數(shù)據(jù)，完成RS485總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，將終端電表上傳來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地分析，并通過校園網(wǎng)將數(shù)據(jù)壓縮打包上傳至應(yīng)用層。網(wǎng)關(guān)根據(jù)系統(tǒng)策略分整點(diǎn)數(shù)據(jù)上報(bào)、異常數(shù)據(jù)上報(bào)與修復(fù)、網(wǎng)關(guān)離線處理等，同時(shí)網(wǎng)關(guān)還可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，當(dāng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器斷開連接時(shí)，電表上報(bào)的數(shù)據(jù)將暫時(shí)存儲(chǔ)在網(wǎng)關(guān)中，當(dāng)連接正常后再將這些數(shù)據(jù)上報(bào)上去。

應(yīng)用層的監(jiān)測(cè)中心由平臺(tái)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和客戶端組成。監(jiān)測(cè)中心使用以太網(wǎng)通信協(xié)議接收智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)采集上來的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。應(yīng)用服務(wù)層采用B/S開發(fā)架構(gòu)，平臺(tái)服務(wù)器完成與智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)保存工作，并向客戶端提供Web服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)和查詢等任務(wù)?？蛻舳斯┯脩舴奖愕赝瓿蒞eb瀏覽。本系統(tǒng)支持多種客戶端終端設(shè)備如計(jì)算機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)等，可供用戶隨時(shí)監(jiān)測(cè)校園內(nèi)的用電情況。同時(shí)，平臺(tái)服務(wù)器還可以把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，提供云服務(wù)，方便用戶的遠(yuǎn)程訪問。

2.系統(tǒng)功能模塊組成

本設(shè)計(jì)的功能模塊分為數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊、前臺(tái)展示模塊和后臺(tái)工程管理模塊三個(gè)部分，系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示。后臺(tái)的工程管理模塊支持前臺(tái)的展示和管理整個(gè)電能計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)采集模塊完成與智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的通信、數(shù)據(jù)采集、解析和保存工作，采用自動(dòng)、手動(dòng)相結(jié)合的采集方式，并對(duì)通信過程提供完善的日志管理、事件管理和故障檢測(cè)機(jī)制。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊根據(jù)上報(bào)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分項(xiàng)存儲(chǔ)，根據(jù)存儲(chǔ)策略，平臺(tái)服務(wù)器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和遠(yuǎn)程(云存儲(chǔ))數(shù)據(jù)中心?？蛻舳藢⒄?qǐng)求信息發(fā)送給平臺(tái)服務(wù)器，平臺(tái)服務(wù)器在和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間交互后，將處理結(jié)果返回給客戶端。

2.2前臺(tái)展示模塊

前臺(tái)展示模塊設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示、用電明細(xì)、用電統(tǒng)計(jì)、用電分析、電能定額管理、綜合信息管

（1）校園電力監(jiān)控與運(yùn)維

（2）能源管理系統(tǒng)

針對(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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。

（3）智能照明管理

通過對(duì)高校路燈的全局監(jiān)測(cè)，提供對(duì)路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí)開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)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。

（4）智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)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(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)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(dá)相關(guān)人員。

（5）后勤計(jì)費(fèi)管理

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、賬單統(tǒng)計(jì)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(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。

宿舍用電管理

針對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；

可進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別，檢測(cè)違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄；

商鋪水電收費(fèi)

針對(duì)校園超市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理

充電樁運(yùn)維平臺(tái)

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。

2.3后臺(tái)工程管理模塊

后臺(tái)工程管理完成從數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)整理、采集設(shè)備的管理、設(shè)備模板的配置、組織管 理、系統(tǒng)使用者的權(quán)限分配、系統(tǒng)維護(hù)等。設(shè)備管理、組織管理好壞直接影響到前臺(tái)數(shù)據(jù)展示的合理性、科學(xué)性，及數(shù)據(jù)展示的效果。設(shè)備管理、組織管理的核心又是設(shè)備管理建模的設(shè)計(jì)和組織管理模板建模的設(shè)計(jì)。

（1）設(shè)備模板

設(shè)備模板功能屬性及方法設(shè)計(jì)如圖3所示。

（2）設(shè)備管理

設(shè)備管理功能屬性及方法設(shè)計(jì)如圖4所示。

（3）組織機(jī)構(gòu)

組織機(jī)構(gòu)中的設(shè)備在系統(tǒng)中的映射，組織機(jī)構(gòu)是現(xiàn)實(shí)中的組織機(jī)構(gòu)(學(xué)院、部門、科室等)在系統(tǒng)中的映射。通過組織機(jī)構(gòu)的建立，可以對(duì)不同的組織分配不同的權(quán)限，管理相應(yīng)的設(shè)備。

（4）系統(tǒng)維護(hù)

系統(tǒng)維護(hù)選項(xiàng)用于維護(hù)系統(tǒng)。校園的系統(tǒng)管理者查看在線網(wǎng)關(guān)、在線設(shè)備等，觀察其運(yùn)行信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決；查看在線用戶，觀察用戶的登錄狀態(tài)信息；查看在線設(shè)備和在線網(wǎng)關(guān)的實(shí)時(shí)報(bào)文，以判斷這些網(wǎng)關(guān)或設(shè)備所處的狀態(tài)，可以在平臺(tái)上調(diào)試數(shù)據(jù)庫(kù)信息，查看數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)。

3.硬件選型

4.結(jié)語

文中提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的校園電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案，該方案重點(diǎn)以基于后臺(tái)工程化管理，用設(shè)備建模、組織建模的方式來管理整個(gè)電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，供施工單位、管理人員使用。前臺(tái)頁面用于展示和數(shù)據(jù)分析供系統(tǒng)管理者分析使用。本方案在軟件設(shè)計(jì)的角度和電能監(jiān)測(cè)管理的角度上具有一定的先進(jìn)性和科學(xué)性。