導(dǎo)語：如何才能寫好一篇能耗監(jiān)測系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：公共建筑；能耗監(jiān)測系統(tǒng)；分項計量；電氣設(shè)計；智能建筑設(shè)計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU111 文章編號：1009-2374（2016）34-0116-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.057

1 概述

隨著公共建筑數(shù)量的迅速增加，公共建筑使用過程中運行和管理不當，造成了巨大的能源浪費。為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部早在2007年便頒布了近10項有關(guān)建立國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系的指導(dǎo)性文件。通過對建筑能耗數(shù)據(jù)的采集，掌握用能情況，分析用能特征，不僅能夠有針對性地對既有建筑進行節(jié)能改造，更有利于國家從宏觀層面上制定能源政策與節(jié)能措施。為指導(dǎo)和規(guī)范西安市公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)、運行及管理工作，為西安市各類公共建筑能耗統(tǒng)計、能源審計、建筑節(jié)能管理和節(jié)能改造提供科學(xué)可靠的技術(shù)支持，西安市于2015年了陜西省工程建設(shè)標準《西安市公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》。該技術(shù)規(guī)范用于西安市各類新建、改建、擴建和既有公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計、施工、驗收、運行和維護。本文以西安市某高校實訓(xùn)大樓為例，地下1層，地上12層?？偨ㄖ娣e26517m2，建筑物高度48.8m。本工程屬于二類高層辦公樓。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程是新建建筑物，能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計由建筑設(shè)計院隨電氣施工圖同步考慮。對建筑的機電系統(tǒng)安裝分類、分項的能耗計量儀表，由此得到建筑物總能源消耗與不同能源種類、不同功能系統(tǒng)的分項能耗，實現(xiàn)建筑能耗的分類計量和電能耗的分項計量。

2 本工程能耗分項計量與數(shù)據(jù)設(shè)置

2.1 本工程能耗分類與分項計量

分類能耗是根據(jù)公共建筑消耗的主要能源種類劃分的能耗數(shù)據(jù)，如電、燃氣、水、集中供熱、集中供冷、其他能源（集中熱水供應(yīng)量、煤、油、可再生能源）等。分項能耗是根據(jù)公共建筑消耗的電力的主要用途劃分的能耗數(shù)據(jù)。分類能耗中，電量應(yīng)分為4項分項，包括照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電和特殊用電。電量的4項分項是必分項，各分項可根據(jù)建筑用能系統(tǒng)的實際情況靈活細分為一級子項和二級子項，是選分項。其他分類能耗不應(yīng)分項。本項目建筑能耗分類、分項計量如圖1所示：

2.2 能耗數(shù)據(jù)采集點的確定

由于水、燃氣、熱的能耗計量相對簡單，電氣專業(yè)只需做好相應(yīng)的通信線路設(shè)計，故本文重點探討用電分項能耗監(jiān)測的施工圖設(shè)計方法。在設(shè)計電氣系統(tǒng)干線圖和照明/動力配電系統(tǒng)圖的基礎(chǔ)上，確定各用電回路的名稱及供電范圍、負荷性質(zhì)等，才能確定能耗數(shù)據(jù)采集點。

本項目共確定能耗數(shù)據(jù)采集點68個，其中用電分項計量采集點56個，其他分類能耗計量采集點12個。電能耗分項計量采集點分別為：10kV高壓柜4個；變壓器低壓出線柜6個；低壓柜電力線載波1個；實訓(xùn)樓第一層～第十二層照明插座配電箱12個；第一層～第十二層公共及應(yīng)急照明配電箱12個；屋頂動力配電箱8個；地下一層（車庫和設(shè)備房）照明插座配電箱2個，應(yīng)急照明配電箱2個，動力配電箱2個，熱幕配電箱1個；南/北廠房照明插座配電箱2個，動力配電箱2個，熱幕配電箱2個。其他分類能耗計量采集點分別為：實驗樓遠傳冷水表/遠傳熱水表/遠傳總?cè)細獗?遠傳總暖表各1個；南/北廠房遠傳冷水表/遠傳熱水表/遠傳總?cè)細獗?遠傳總暖表各1個。

2.3 能耗數(shù)據(jù)采集點編號與數(shù)據(jù)編碼

能耗數(shù)據(jù)編碼規(guī)則為細則層次代碼結(jié)構(gòu)，主要按7類細則進行編碼，包括行政區(qū)劃代碼編碼、建筑類別編碼、建筑識別編碼、分類能耗指編碼、分項能耗編碼、分項能耗一級子項編碼、分項能耗二級子項編碼。編碼后能耗數(shù)據(jù)由15位符號組成。若某一項目無須使用某編碼時，則用相應(yīng)位數(shù)的“0”代替。根據(jù)技術(shù)規(guī)范，制定能耗數(shù)據(jù)編碼和能耗數(shù)據(jù)采集點識別編碼，如表1所示：

3 能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 能耗監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目能耗監(jiān)測系統(tǒng)由用戶管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層、現(xiàn)場設(shè)備層三部分組成，完成能耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、管理等功能，見圖2?，F(xiàn)場設(shè)置的電能表采用屏蔽雙紋線連接至各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器，各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)分類處理后，上傳到網(wǎng)絡(luò)交換機，再通過網(wǎng)線上傳至能耗監(jiān)測系統(tǒng)主機實現(xiàn)能耗監(jiān)測管理功能。

3.2 10kV高壓配電系統(tǒng)能耗監(jiān)測

三相多功能電能儀表DSSD25用于10kV開關(guān)柜能耗的計量和監(jiān)測。用于分時計量正、反向有功/無功電能，計量有功/無功總電能，分相有功/無功電能，分時計量正、反向有功，正、反向無功的最大需量及發(fā)生時間等。

3.3 變壓器0.4/0.23kV系統(tǒng)能耗監(jiān)測

3.3.1 三項電能監(jiān)測。三相多功能電能儀表DD521用于0.4kV/10kV開關(guān)柜能耗的計量和監(jiān)測。用于測量單回路的三相電壓、三相電流、功率因數(shù)、頻率及視在功率，記錄分相/總有功功率/無功功率/有功電量/無功電量。

根據(jù)配電柜的出線數(shù)量可選用三相多回路電能監(jiān)測儀表DD504（4回路），DD505（5回路），DD507（7回路），DD509（9回路）用于0.4kV配電柜能耗的計量和監(jiān)測。能夠測量每回路的三相電壓、三相電流、功率因數(shù)、頻率及視在功率，記錄分相/總有功功率/無功功率/有功電量/無功電量。

3.3.2 電力能耗終端采集器。三相載波智能采集終端DDJ03對建筑能耗監(jiān)測末端有載波型計量和監(jiān)測儀表進行采集。安裝在低壓0.4kV進線柜。終端通過電力載波接口可以實現(xiàn)對電能表的召測、抄收及暫存電能表數(shù)據(jù)，并用以太網(wǎng)通訊的方式將儲存的數(shù)據(jù)按主臺的命令發(fā)向主臺。

電力能耗采集器DDJ01是對建筑能耗監(jiān)測末端的監(jiān)測儀表計進行采集，安裝在每個低壓0.4kV出線柜，主要用于采集各種類型的能耗儀表的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)對電能表的召測、抄收及暫存電能表數(shù)據(jù)，并將儲存的數(shù)據(jù)向上一級的采集器。

3.4 能耗數(shù)據(jù)采集

電力能耗采集器DDJ02對電力能耗終端采集器的數(shù)據(jù)進行采集，安裝于開關(guān)柜。通過RS485接口對電力能耗采集器的數(shù)據(jù)進行采集或直接采集電能儀表的數(shù)據(jù)，抄收并暫存電能表數(shù)據(jù)，并將儲存的數(shù)據(jù)向監(jiān)控主機發(fā)送。

水、氣型智能采集器DDJ04用于對供暖、冷水、熱水、燃氣等能耗終端的數(shù)據(jù)進行采集，對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控主機。通過RS485接口可以實現(xiàn)對各類能耗監(jiān)測表的召測、抄收及暫存能耗監(jiān)測表數(shù)據(jù)，并將儲存的數(shù)據(jù)向上一級的采集器。能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖（部分）如圖3所示：

4 結(jié)語

本文以西安市某高校實訓(xùn)大樓為工程實例，根據(jù)國家和地方相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則和技術(shù)規(guī)范，確定該建筑能耗分類和分項計量的設(shè)置范圍。能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計隨電氣施工圖同步考慮，完成了能耗監(jiān)測系統(tǒng)的電氣設(shè)計。

參考文獻

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于加強國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見（建科[2007]245號）[S].

[2] 陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.西安市公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（DBJ61/T97-2015）[S].2015.

篇2

關(guān)鍵詞：電氣 ； 系統(tǒng) ；大型公建 ；節(jié)能

在當今世界能源日益緊缺的前提下，人類社會在更努力地開發(fā)新能源，盡可能地節(jié)約能源，降低能源的消耗?！豆矙C構(gòu)節(jié)能條例》中明確指出：公共機構(gòu)應(yīng)當實行能源消費計量制度，區(qū)分用能種類、用能系統(tǒng)實行能源消費分戶、分類、分項計量，并對能源消耗狀況實行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費現(xiàn)象。

能耗監(jiān)測系統(tǒng)是通過對建筑安裝分類和分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸?shù)仁侄渭皶r采集能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑能耗的實時監(jiān)測和動態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心三部分組成。監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包含兩個方面的內(nèi)容：分類能耗和分項能耗。其中，分類能耗是指根據(jù)建筑消耗的主要能源種類劃分進行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)。分項能耗是指根據(jù)建筑消耗的各類能源的主要用途劃分進行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)。

1.分類能耗

2.用電量

3.用水量

4.燃氣量

5.集中供熱耗熱量

6.集中供冷耗冷量

其他能源

其中分析用電量可以得到以下分項能耗：

1.照明插座用電

2.空調(diào)用電

3.動力用電

4.特殊用電

實例應(yīng)用：

某商場基本信息

建筑面積(m2)：22000

建筑層數(shù)：地下1層；地上4層

變壓器：3臺 1000KVA

功率因數(shù): 0.93/0.94/1.00

以下是供電局采集的數(shù)據(jù):

2009年：用電量7699210(kWh)，單位建筑面積用電量350(kWh/(m2·a))

2010年：用電量7452783(kWh)，單位建筑面積用電量339(kWh/(m2·a))

2009~2010年逐月用電量

根據(jù)分項能耗的要求，我們對3臺低壓柜的28條低壓出線回路進行了監(jiān)測。

共設(shè)了內(nèi)置多功能表3臺(可計量無功，諧波)，三相電能表28臺。

冷量表1臺(本工程不涉及熱量表)，數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)關(guān)1臺。

將電能表箱直接設(shè)于變配電房內(nèi)，方便監(jiān)測及走線。當采集后的用能數(shù)據(jù)通過RJ-485雙絞線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)通訊網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)關(guān)再通過網(wǎng)絡(luò)端口將能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器，由服務(wù)器實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的分類存儲，并能將能耗數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng)，用能單位及上級單位可以通過遠程WEB訪問實時了解建筑用能情況。

照明插座用電：

該建筑插座用電設(shè)備主要包括臺式電腦、復(fù)印機、打印機、傳真機、飲水機及其他臨時插座用電設(shè)備，上班時間由使用人員自行開啟。

商場區(qū)域照明主要采用T5熒光燈和雙U型節(jié)能筒燈兩種燈具形式，T5熒光燈單管功率為14W，節(jié)能筒燈單盞功率為13W。超市區(qū)域照明采用T5熒光燈，單管功率為28W。商場內(nèi)辦公室照明采用T8熒光燈，單管功率為40W。

室外照明采用射燈，室外照明總安裝功率為19.2kW。

照明控制方式：商場及超市區(qū)域照明為手動控制，一般早上上班由工作人員自主開啟，晚上下班手動關(guān)閉；辦公室照明及插座用電設(shè)備一般早上上班時由員工自主開啟，下午下班時手動關(guān)閉。室外景觀照明為定時控制，不同季節(jié)根據(jù)天氣情況設(shè)定開啟時間。

空調(diào)用電：

空調(diào)冷源系統(tǒng)設(shè)置在地下一層，共3臺螺桿式4機頭冷水機組，單臺機組總制冷量為1305 kW，總裝機容量為3915 kW，每臺輸入功率為4×90kW；冷凍水泵共4臺，單臺功率45kW；冷卻水泵共4臺，單臺功率45kW；冷卻塔置于屋頂，共六組，風機電機功率為7.5kW/臺。

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為一次泵系統(tǒng)，冷凍水供回水溫度為7/12℃，冷凍水供應(yīng)商場以及超市兩個區(qū)域。系統(tǒng)采用兩管制，水平管路同程。冷水機組和水泵分別并列后通過管道相連。

空調(diào)風系統(tǒng)為一次回風全空氣系統(tǒng)，每層均設(shè)置四臺空氣處理機組。其中三臺額定制冷量為458.7kW，電機輸入功率為11kW；另外一臺額定制冷量為394.8kW，電機輸入功率為11kW。四層設(shè)有新風機，新風由新風機引入，送至各樓層空調(diào)機房與回風混合，經(jīng)空氣處理機組熱濕處理后送至空調(diào)區(qū)域。全年沒有根據(jù)季節(jié)調(diào)節(jié)新風比和新風量。

動力用電：

(1)該商場配有貨梯2臺，扶梯6臺，平板梯1臺。貨梯功率為11kW/臺；扶梯功率為11kW/臺；平板梯功率為11W/臺。所有電梯均未設(shè)變頻控制裝置。

(2)該商場設(shè)有一臺生活水泵供應(yīng)商場日常用水，水泵功率為5.5kW。

從監(jiān)測結(jié)果以及供電局提供的資料分析，

該建筑為商場類建筑，建筑內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)主要3~11月運行(其他時段根據(jù)需要開啟)而照明和電梯設(shè)備全年運行。從2009~2010年逐月用電量統(tǒng)計結(jié)果，可以看出，6~10月份用電量較高，因為這段期間空調(diào)系統(tǒng)運行時間較長，且負荷率較高。此外，1月份用電量也很高，這主要是源于節(jié)假日(圣誕、元旦、春節(jié))商場客流量的增加帶來的用電量的增加。2~4月和11月用電量較低，因這段期間屬于非空調(diào)季，室內(nèi)外氣溫比較舒適，且節(jié)假日較少，空調(diào)系統(tǒng)開啟時間較短。

篇3

關(guān)鍵詞：機關(guān)辦公建筑 公共建筑 能耗監(jiān)測

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0109-01

1 概述

目前全國在廣泛推進節(jié)能減排工作，隨著社會的發(fā)展全社會對能耗需求越來越高，節(jié)能的意識也從國家貫徹到各級政府及每個公民。社會生產(chǎn)生活需要有能耗，如何在全面保障社會生產(chǎn)生活的前提下降低能耗，讓能耗更加合理，這就是當下要做的事情。

天津市的所有公共建筑需要進行能耗的監(jiān)控與監(jiān)測。如果要做好能耗的管理與控制，就需要對這些建筑的耗能情況進行采集與分析。隨著公共建筑的不斷出現(xiàn)，能耗的監(jiān)控與檢測越來越重要，未來的發(fā)展趨勢將是對所有公共建筑及設(shè)施進行能耗的監(jiān)控與管理。

2 建設(shè)目標

運用計算機控制、通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、智能計量和采集等計算機技術(shù)，以服務(wù)于天津機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗采集和分析為主要目的，通過對各類能耗數(shù)據(jù)的采集，建立一個分布于天津市行政區(qū)域內(nèi)所有機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑的能耗采集網(wǎng)絡(luò)，為公建能耗的分析和節(jié)能趨勢分析提供服務(wù)的，具有先進水平的建筑能耗監(jiān)控分析系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下目標：（1）設(shè)計、建立能耗監(jiān)控數(shù)據(jù)庫；（2）建設(shè)各類數(shù)掘傳輸系統(tǒng)；完成信息中心與各監(jiān)控點的網(wǎng)絡(luò)連接；（3）搭建建筑能耗采集的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運行狀況監(jiān)控系統(tǒng)；（4）搭建建筑能耗采集設(shè)備的預(yù)警及報警系統(tǒng)及應(yīng)用平臺；（5）輸出工作所需的文字報告和數(shù)據(jù)報告；（6）實現(xiàn)對建筑所屬單位開放的能耗查詢系統(tǒng)；（7）對現(xiàn)有系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)進行保留，并轉(zhuǎn)化到新系統(tǒng)中；（8）最大限度的保證原有投資。

3 設(shè)計、開發(fā)原則

（1）實用性與先進性的統(tǒng)一；（2）緊密圍繞能耗監(jiān)測管理的業(yè)務(wù)；（3）注重系統(tǒng)易操作與標準化的特點；（4）保證系統(tǒng)具有開放性、可擴充性和較長的使用期；（5）遵循安全性、保密性和共享性的原則；（6）繼承性原則：系統(tǒng)在設(shè)計過程中要充分考慮繼承不臥利用己有的硬件設(shè)備和開發(fā)完；（7）成的軟件系統(tǒng)，在原有基礎(chǔ)上進行整合，在整合的基礎(chǔ)上提高；（8）系統(tǒng)設(shè)計需要遵循可持續(xù)、可操作的原則，系統(tǒng)采用分級結(jié)構(gòu)逐級上傳數(shù)據(jù)，并由各中心及區(qū)縣二級平臺匯總后上傳到數(shù)據(jù)中心。

4 編制依據(jù)

（1）《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》；（2）《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》；（3）《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)樓宇分項計量設(shè)計安裝技術(shù)導(dǎo)則》；（4）《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與維護技術(shù)導(dǎo)則》；（5）《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)、驗收與運行管理規(guī)范》；（6）《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件開發(fā)指導(dǎo)說明書》。

5 業(yè)務(wù)需求

（1）監(jiān)控系統(tǒng)軟件提供建筑能耗信息、查詢實時監(jiān)控情況、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測點信息。（2）采用基于B/S架構(gòu)的設(shè)計和開發(fā)，客戶端使用瀏覽器完成全部操作。（3）支持預(yù)警和報警，報警方式包括短信報警、郵件報警，報警范圍和對象可自由設(shè)定。（4）具備獨立的能耗數(shù)據(jù)采集平臺，數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容及格式符合國家要求及天津市關(guān)于建筑能耗的有關(guān)規(guī)定。（5）以動態(tài)圖形方式實現(xiàn)公共建筑能耗狀況。（6）支持與GIS系統(tǒng)的接口，將建筑能耗信息傳輸?shù)紾IS系統(tǒng)中。

6 系統(tǒng)體系構(gòu)架

（1）硬件及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)。雖然從能耗監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上看，全系統(tǒng)分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、區(qū)縣級數(shù)據(jù)中心、市級數(shù)據(jù)中心，但考慮到區(qū)縣級數(shù)據(jù)中心與市級數(shù)據(jù)中心之間數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)簡單，因此硬件及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)主要考慮的目標集中于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、區(qū)縣級數(shù)據(jù)中心層面。（2）軟件體系構(gòu)架。能耗監(jiān)測應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用成熟、標準的J2EE企業(yè)平臺架構(gòu)搭建，具有高擴展性、可用性、安全性、可伸縮性、可靠性及跨平臺運行等優(yōu)點。為了適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜、業(yè)務(wù)規(guī)則變化、系統(tǒng)擴展的需要，采用多層次松耦合結(jié)構(gòu)、組件復(fù)用技術(shù)、一體化的安全模型以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)引擎，使得系統(tǒng)具備良好的適應(yīng)性及彈性。應(yīng)用軟件系統(tǒng)自底向上可分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層四個層次，各個層次間通過標準化的程序接口、服務(wù)接口實現(xiàn)，達到系統(tǒng)松耦合及模塊復(fù)用的目的。系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)參見“圖1能耗監(jiān)測系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)圖”。

篇4

關(guān)鍵詞：電能特征參數(shù)；模式識別；智能控制；節(jié)能

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）08-0070-03

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，以及人們對物質(zhì)生活享受的要求不斷提高，智能家居成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。傳統(tǒng)的智能家居仍是獨立運行的，各種電器的用電存在著非常不合理的浪費，缺少節(jié)能的功能。即便有的用戶具有良好的節(jié)能意識，卻往往沒有很有效的節(jié)能措施。然而，當我們的節(jié)能意識和用戶的體驗度相矛盾時，往往會放棄節(jié)能措施，致使家用電器存在著大量電能浪費[1]。同時，在家居電器的使用中，處于待機狀態(tài)的家用電器產(chǎn)生了大量的待機功耗，這些都造成了電能的大量浪費。

目前，家庭能耗管理系統(tǒng)的研究主要分為兩個方向：家庭能耗管理策略的研究和家庭能耗管理系統(tǒng)總體構(gòu)架的研究[2]。在能耗管理策略上，本文提出電能的多種特征參數(shù)，并提出一種智能預(yù)測算法。在系統(tǒng)總體構(gòu)架上，本文采用ZigBee組網(wǎng)，S3C2440作為主控器，采用Web頁面對系統(tǒng)進行管理。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)由采集節(jié)點，ZigBee局域網(wǎng)，主控器和Web網(wǎng)頁控制頁面組成。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1中采集節(jié)點負責智能插座上的電能參數(shù)采集，采集到的參數(shù)包括電器的電流、電壓、功率、功率因數(shù)及能耗總量，并由電流的采樣值得到電流的相關(guān)系數(shù)和電流的波動系數(shù)。

家庭內(nèi)部的無線組網(wǎng)采用ZigBee的星型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點，終端節(jié)點負責接收來自采集節(jié)點的數(shù)據(jù)和傳送協(xié)調(diào)器發(fā)送的控制命令，協(xié)調(diào)器節(jié)點負責接收來自采集節(jié)點的電能參數(shù)和轉(zhuǎn)發(fā)主控器的控制命令。ZigBee與采集節(jié)點和主控器間的通信都采用的是串口協(xié)議。

主控器的設(shè)計采用的的三星公司的S3C2440芯片，Linux操作系統(tǒng)，主控器主要負責命令的發(fā)送，數(shù)據(jù)的分析，以及預(yù)測算法的計算，是整個系統(tǒng)的核心部分。

數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)采用的是Web網(wǎng)頁形式，由CGI腳本語言來執(zhí)行網(wǎng)頁的請求，并從嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite中讀取數(shù)據(jù)，作出處理后把結(jié)果以網(wǎng)頁形式返回。系統(tǒng)做到了實時的監(jiān)測電器的電能參數(shù)，并能夠作出分析，給出用戶用電建議。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 家用電器的多特征參數(shù)提取

一個家庭的家用電器有十幾種。大致有照明設(shè)備、電視、空調(diào)、洗衣機、冰箱、微波爐、電飯煲、洗浴電器以及各種充電設(shè)備[3]。通過對以上電器的電能參數(shù)特性分析，可以提取以下四種特征參數(shù)：電流互相關(guān)系數(shù)R（xi，yi）、有功功率P，功率因數(shù)cosφ（其中φ為功率因數(shù)角）以及電流波形的波動系數(shù)BD。相關(guān)系數(shù)是衡量兩個變量間相關(guān)程度的統(tǒng)計量[4]，其定義公式為：

2.2 家用電器的模式識別

家用電器的模式識別分為電器的狀態(tài)識別和電器的類型識別。其中狀態(tài)識別包括電器的開關(guān)狀態(tài)和多種工作模式；而電器的類型識別要求根據(jù)電器的特征參數(shù)識別出電器的具體類型[6]。

2.2.1 電器的狀態(tài)識別

本系統(tǒng)能主要是識別電啟動的開關(guān)狀態(tài)，對于電器的多狀態(tài)識別方法可以類比。對于開關(guān)狀態(tài)的識別首先要對電器的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)區(qū)域做出識別。給出幾種電器的電流包絡(luò)圖像，具體如圖2、圖3所示。

由圖2可以觀察到，電器的電流分為穩(wěn)態(tài)區(qū)和暫態(tài)區(qū)。電器啟動的過程中電流的波動比較大，位于暫態(tài)區(qū)，因此應(yīng)該首先識別出采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)區(qū)。本文通過對多種電器的暫態(tài)區(qū)域和穩(wěn)態(tài)區(qū)域的電流波形的分析可知：電器的暫態(tài)區(qū)域一般不超過90個采樣點，并且穩(wěn)態(tài)區(qū)域的電流波動一般不超過0.05A。因此，本文在狀態(tài)識別過程中，為了保守起見選取120個采樣點的數(shù)據(jù)進行分析。首先，求出第i+1個采樣電流值與第i個采樣電流值之差：

如果此時的電流波動值大于0.05，則本次采樣的電流處于暫態(tài)區(qū)，進行重新采樣，否則電器處于穩(wěn)態(tài)區(qū)。然后，求出穩(wěn)態(tài)區(qū)電流的最小值和電器的平均功率，如果電器的電流的最小值小于0.1 A，并且平均功率小于5 W則電器處于關(guān)斷狀態(tài)，否則處于運行狀態(tài)。在這里，通過電器的特征參數(shù)的觀察電器的待機功耗一般小于5 W，而大于5 W的待機功耗我們等價為一個節(jié)能燈設(shè)備。

2.2.2 電器類型的識別

電器類型的識別包括不同類型的電器識別和不同品牌的電器識別[7]。本文家用電器的類型識別是依據(jù)本文提出的電器的多特征參數(shù)，在進行類型辨別之前建立起家用電器的樣本庫，通過計算與樣本庫最相似的電器類型作為本次識別的結(jié)果。由于各種電器間的多特征參數(shù)存在著很大的相似性，所以本文采用參數(shù)的交叉賦值法來進行識別。

2.3 智能預(yù)測算法設(shè)計

為了達到節(jié)能的目的，系統(tǒng)采用了智能預(yù)測算法，能夠提前預(yù)知電器的預(yù)測值，進而提前給出開關(guān)動作。

2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計分為以下幾個部分：數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，無線收發(fā)模塊，主控器部分。其中無線收發(fā)模塊和主控器部分是系統(tǒng)研究重點，這里給予詳細說明。

2.4.1 無線收發(fā)模塊設(shè)計

本文中的無線收發(fā)模塊采用的是ZigBee無線傳輸協(xié)議，芯片選擇的是TI公司的CC2530。ZigBee是一種低功耗、短距離、可自組網(wǎng)的無線通信技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò)模型分為星型網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，本系統(tǒng)采用了星型網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)模型具有維護簡單、重新配置靈活、故障隔離和檢測容易等優(yōu)點。

2.4.2 主控器模塊設(shè)計

主控器采用的是ARM+Linux的架構(gòu)，其中ARM芯片選擇的是三星公司的S3C2440芯片。該芯片的外設(shè)支持豐富，工作頻率最高可達533 MHz，可以滿足算法的需要。網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用的是DM9000網(wǎng)卡芯片，該芯片支持10/100M網(wǎng)絡(luò)傳輸，與S3C2440采用16為總線通信。主控器與ZigBee無線模塊采用串口通信，通信頻率在9 600 b/s的波特率。有SD卡電路，用于保存數(shù)據(jù)庫的信息。

2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括電器狀態(tài)識別、電器類型識別、電器的智能預(yù)測以及電器的數(shù)據(jù)存儲與呈現(xiàn)。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)初始化之后，檢測到有新設(shè)備加入時會進入中斷1。中斷1的主要工作是進行電器狀態(tài)和電器類型的識別，并把結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)有命令發(fā)送時，進入中斷2。中斷2的主要工作是將命令通過串口傳給協(xié)調(diào)器，然后協(xié)調(diào)器下發(fā)至終端節(jié)點，并控制繼電器做出相應(yīng)動作。

3 實驗與分析

3.1 電器開關(guān)狀態(tài)識別

電器開關(guān)狀態(tài)識別主要步驟為：首先，對電器的電能參數(shù)進行采樣，讀取120個采樣點的數(shù)據(jù)，然后按下式進行計算：

3.2 電器類型識別

電器類型識別的主要步驟為：首先，判斷電器是否進入穩(wěn)態(tài)區(qū)。如果進入穩(wěn)態(tài)區(qū)，則進行類型識別。然后，計算特征參數(shù)，與模型庫進行對比計算，得出識別參數(shù)：d_r[i]，d_p[i]，d_pf[i]，d_fc[i]，并據(jù)此得出電器類型識別矩陣d_num[i][j]，然后按權(quán)值矩陣：

4 結(jié) 語

隨著人類生活水平的提高和智能家居的普及，家居電器的模式識別和節(jié)能控制是我們必須面對的問題[10]。本文提出的一種基于電器多特征參數(shù)的模式識別能夠辨識種類繁多的電器，這將對于家居電器類大數(shù)據(jù)的分析提供豐富的數(shù)據(jù)來源，對于家電公司具有十分現(xiàn)實的經(jīng)濟價值。節(jié)能控制系統(tǒng)能夠智能的管理家居電器，減少能耗，具有一定的發(fā)展前景。

參 考 文 獻

[1]彭金華，舒少龍，林峰. 家庭能耗管理系統(tǒng)研究綜述[J]. 電力需求側(cè)管理，2011（1）：35-38.

[2]楊毅，苗升伍. 能源管理系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用研究[J]. 智能建筑與城市信息，2012（1）：70-74.

[3]王曉曼. 智能家居無線監(jiān)控與節(jié)能管理系統(tǒng)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2011.

[4]侍必勝. 家庭能耗管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2012.

[5]劉志敏. 智能住宅中電器的節(jié)能控制算法的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

[6]雷冬梅. 非侵入式電路故障診斷及家用電器用電狀況在線監(jiān)測算法研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[7] ZHOU Suyang， WU Zhi， LI Jianing . Real-time Energy Control Approach for Smart Home Energy Management System [J]. Electric Power Components and Systems，2014，5341 5344.

[8]崔茭. 基于ARM和ZIGBEE的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計[D].上海：東華大學(xué)，2013.

篇5

關(guān)鍵詞:建筑節(jié)能 監(jiān)管 監(jiān)測 分類分項 節(jié)能措施

中圖分類號:F206 文獻標識碼:A

文章編號:1004-4914(2010)05-062-01

一、前言

隨著人口危機、能源危機、環(huán)境危機日趨嚴重,人們越來越注重環(huán)境保護和能源節(jié)約,節(jié)能環(huán)保成為21世紀社會的主題。世界各國越來越重視節(jié)能減排工作的開展,并在世界范圍內(nèi)展開協(xié)作,共同應(yīng)對能源危機、全球變暖等人類共同面臨的課題。

二、節(jié)能減排的現(xiàn)實意義

20世紀我國經(jīng)濟增長快速,各項建設(shè)取得巨大成就,但同時也付出了巨大的資源和環(huán)境代價,經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳,環(huán)境污染問題嚴重。這種狀況與經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理、增長方式粗放直接相關(guān)。不加快調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式,將導(dǎo)致資源支撐不住,環(huán)境容納不下,社會承受不起,經(jīng)濟發(fā)展也必然難以為繼。

節(jié)能減排意義深遠,是關(guān)乎子孫后代的一項政策措施。節(jié)能減排就是減少能源消耗,降低廢氣排放。節(jié)能減排和環(huán)境保護緊密相關(guān),相互統(tǒng)一相互促進。

只有堅持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展,才能實現(xiàn)經(jīng)濟快速可持續(xù)發(fā)展。同時,溫室氣體排放引起全球氣候變暖,加強節(jié)能減排工作,也是應(yīng)對全球氣候變化的迫切需要,是我們應(yīng)該承擔的國際社會責任。

三、節(jié)能減排目標實現(xiàn)的保證

我國“十一五”規(guī)劃綱要提出,“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右、主要污染物排放總量減少10%。這是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀,構(gòu)建社會主義和諧社會的重大舉措,是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇,是推進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整,轉(zhuǎn)變增長方式的必由之路,是維護中華民族長遠利益的必然要求。

要實現(xiàn)節(jié)能減排目標,筆者認為,可從以下幾個方面采取措施:一是調(diào)整優(yōu)化結(jié)構(gòu),控制高能耗、高污染行業(yè)增長,淘汰落后生產(chǎn)能力;二是鼓勵創(chuàng)新模式,發(fā)展循環(huán)型經(jīng)濟,推進資源綜合利用,全面發(fā)展清潔生產(chǎn);三是發(fā)展科技,加快節(jié)能技術(shù)研發(fā)和推廣,建立節(jié)能技術(shù)服務(wù)體系,加強合作交流;四是完善節(jié)能減排政策,建立完善監(jiān)測考核體系及制度;五是健全法制,加強宣傳,完善節(jié)能環(huán)保標準,提高全民節(jié)約意識。

四、建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)

開展建筑樓宇節(jié)能降耗行動,提高建筑能源利用率是減少能源消耗、保護環(huán)境的有效途徑之一,也是我國走綠色建筑,低能耗建筑道路的重要內(nèi)容。這對于提高能源利用效率,緩解社會經(jīng)濟發(fā)展面臨的能源和環(huán)境約束,完成“十一五”規(guī)劃目標有著十分重要的意義。

建筑節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)就是依據(jù)《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《公共機構(gòu)節(jié)能條例》、《關(guān)于加強國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見》、《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》、《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑樓宇分項計量設(shè)計安裝技術(shù)導(dǎo)則》等政策文件提出的需求而研發(fā)出的。

1.節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)的作用。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng),針對建筑能源消耗特點,通過采集能耗實時數(shù)據(jù),即時監(jiān)測及記錄每棟建筑用能狀況;通過數(shù)據(jù)挖掘分析,降低待機能耗,提高系統(tǒng)設(shè)備效率,達到管理節(jié)能目標;同時監(jiān)測和統(tǒng)計每個部門能耗實際用量,作為各單位部門考核指標,約束各單位部門行為節(jié)能;另外,又能為評價改造前后用能效果,提供可靠詳實的數(shù)據(jù)。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)對于節(jié)能降耗的國家戰(zhàn)略具有極其重要的意義。

節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)改變過去能源使用的粗放型管理模式,能夠?qū)崟r監(jiān)測建筑用電、用氣、用油、用水等各種參數(shù),包括三相電壓、三相電流、三相有功電度、功率因素、水量、油量等,這將使能源使用的時間、環(huán)境和使用量清晰地展現(xiàn)在人們的面前,幫助人們能夠及時發(fā)現(xiàn)能源使用過程中出現(xiàn)的問題,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)的使用將使節(jié)能改造工程能夠得到準確的效果驗證,通過對改造前后用能量的測量和對比分析,可以準確地計算出節(jié)能量,使物業(yè)提高能源利用效率,提升競爭力。

2.節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)的組成。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)按功能劃分為:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)應(yīng)用。(1)數(shù)據(jù)采集層。各計量點儀表,通過RS485總線方式組網(wǎng),將實時數(shù)據(jù)發(fā)送至能源管理工作站。(2)數(shù)據(jù)存儲層。采集到的能耗數(shù)據(jù)存儲在能源管理工作站,再經(jīng)過預(yù)處理程序,按照分類能耗、分項能耗、分戶能耗等實際需要的數(shù)據(jù)格式永久保存在數(shù)據(jù)庫中。(3)系統(tǒng)應(yīng)用層。應(yīng)用軟件層,可實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)實時巡檢、能源消耗監(jiān)視、能源消耗圖形顯示、記錄打印、報警、趨勢分析等功能,通過賬號和權(quán)限管理,能夠按責任分成不同的領(lǐng)域。經(jīng)過授權(quán)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)異地瀏覽功能,可以對數(shù)據(jù)遠程調(diào)用、存儲、并進行顯示。

3.節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能模塊。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)平臺軟件為決策層、管理層和操作層分別提供了不同的功能做到能源的逐級管理(如下圖),使不同職位職責明晰,分工明確,可以有效監(jiān)測節(jié)能目標。

監(jiān)管平臺可實現(xiàn)如下功能:實時采集監(jiān)測、分類、分項、分戶能耗分析,待機能耗分析、趨勢分析、能源診斷、節(jié)能潛力挖掘、能耗報警、運行日志管理、登錄權(quán)限管理。

對于節(jié)能管理監(jiān)測信息中心,還要實現(xiàn)以下功能:能源審計功能、能耗監(jiān)測功能、能耗公示功能、制度建設(shè)功能。

五、節(jié)能監(jiān)管平臺監(jiān)測指導(dǎo)下的節(jié)能措施

通過節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè),可隨時監(jiān)測到建筑的用能異常、用能超標以及節(jié)能效果,監(jiān)管系統(tǒng)通過橫向縱向的對比,全面細致地分析、挖掘節(jié)能空間,給出節(jié)能方向。

針對“跑、冒、滴、漏”造成的能源消耗,可以及時告知值班人員處理;對于因為人員使用造成的能耗超標,可以采取行政措施,定時限電,按量供水,以及通過獎懲制度進行引導(dǎo);采用節(jié)能新產(chǎn)品,如更換高效節(jié)能燈管、采用高效流體泵等;采用系統(tǒng)化的新技術(shù),如冰蓄冷技術(shù)、太陽能供電、太陽能熱水系統(tǒng)等;通過技術(shù)創(chuàng)新,進行系統(tǒng)節(jié)能改造,如循環(huán)水泵的變頻控制改造、中央空調(diào)機組系統(tǒng)智能模糊控制等;通過以上行政手段和諸多技術(shù)手段的綜合運用,來實現(xiàn)節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測平臺給出的節(jié)能潛力挖掘。

六、結(jié)語

節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)是在節(jié)能減排的國際大形勢下應(yīng)運而生,其功能也會在綜合應(yīng)用中得到不斷發(fā)展和完善,結(jié)合不斷發(fā)展的節(jié)能新技術(shù)運用,必將在節(jié)能環(huán)保大業(yè)中作出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻:

1.金振星.大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管制度設(shè)計研究.暖通空調(diào),2007(8)

2.馬秀力.公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系探討.門窗,2009(11)

篇6

1 模擬目標項目概況

實際模擬的高校屬于我國重點高校，隨著建設(shè)規(guī)模的不斷增大能源消耗量非常大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先該校園處于建設(shè)發(fā)展時期，因此每年用能量均處在不斷增長中。例如，不斷改善校園環(huán)境以及辦公、科研、后勤軟硬件等，均導(dǎo)致耗能的增加。另外，學(xué)校不但從事正常的教學(xué)工作，而且在服務(wù)社會以及科技創(chuàng)新方面的投入不斷增加致使能源消耗增加。當前學(xué)校年用電量超過2300萬kWh，其中生活用電占40%，科研用電將近48%，其余為教學(xué)用電；其次，學(xué)校擁有多個校區(qū)且多數(shù)小區(qū)年代已久很多設(shè)備性能老化，一方面增加了管理難度，另一方面耗能量較為嚴重。

模擬高校建筑分類參照已經(jīng)公布的大型公共建筑分類方法，結(jié)合校園特點進行修訂。即在大型公共建筑的關(guān)于建筑分類的“學(xué)校建筑”編碼后增設(shè)子項編碼，以對應(yīng)校園建筑的不同使用功能和用途。子項編碼分為以下14類。

a.行政辦公建筑

b.教學(xué)樓建筑

c.實驗實訓(xùn)樓建筑

d.學(xué)術(shù)報告廳建筑

e.綜合樓建筑

f.信息中心樓建筑

g.校企合作科研實驗室、工廠

h.體育場館類建筑

i.食堂餐廳

j.學(xué)生活中心

k.學(xué)生宿舍

l.學(xué)生創(chuàng)業(yè)園

m.醫(yī)療中心

n.其他

2 節(jié)能監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計目標

通過合理的規(guī)劃和設(shè)計主要實現(xiàn)以下目標：利用數(shù)字電表采集用電數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)過智能電表網(wǎng)關(guān)傳送到能耗管理中心，管理人員借助相關(guān)軟件對用電信息進行處理和分析，進而為校園各用電部門提供參考。另外，設(shè)計時為了減少投資成本，要求以“因校制宜，簡約可靠”為原則，充分利用已有資源。

3 節(jié)能監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)

節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)主要適用于對校園建筑設(shè)施能耗的計量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、節(jié)能分析及節(jié)能指標管理，區(qū)別與一般以對建筑設(shè)備系統(tǒng)進行自動控制為主要目的的建筑智能控制系統(tǒng)（BA系統(tǒng)）和以收費管理為主要目的的水電氣表遠程集抄系統(tǒng)。但鼓勵共享建筑智能控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)由計量表具、數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換裝置（本導(dǎo)則簡稱網(wǎng)關(guān)設(shè)備）、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理軟件組成。

系統(tǒng)應(yīng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、采用BS軟件構(gòu)架。

系統(tǒng)應(yīng)具備能耗數(shù)據(jù)實時采集和通訊、遠程傳輸、自動分類統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、指標比對、圖表顯示、報表管理、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)上傳等功能；滿足校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求。

3.1 計量類型

為了滿足國家相關(guān)部門制定的節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)要求，前端計量裝置應(yīng)進行分類、分區(qū)、分戶的電能統(tǒng)計。因此，應(yīng)將校園用電劃分為不同的類型，并根據(jù)不同類型配備專門電能計量設(shè)備。該校園用電類型主要分為照明、空調(diào)、動力以及特殊用電四種類型，其中照明用電包括各建筑物以及照明區(qū)域中的用電；空調(diào)用電指為校園各建筑物提供采暖、空調(diào)服務(wù)的設(shè)備用電，例如鍋爐、冷凍機組等；動力用電指生活用水、自來水加壓、電梯等能夠提供動力服務(wù)的用電；特殊用電指校園常規(guī)用電之外的用電，例如洗衣房、信息中心、實驗設(shè)備等。

3.2 劃分計量單元

根據(jù)該校園建筑分布特點，在參考不同的計量分類的基礎(chǔ)上劃分不同的計量單元。

首先，為了實現(xiàn)對用電負荷運行情況的實時監(jiān)測，為電能的計量和管理提供方便，學(xué)校后勤應(yīng)結(jié)合教學(xué)區(qū)樓群分布和樓層的實際情況，劃分合理的計量單元；其次，將辦公區(qū)、院系樓、學(xué)科等部門劃分不同的計量單元。該校辦公區(qū)大部分為單相用戶，因此應(yīng)根據(jù)不同的房間劃分計量單元，尤其應(yīng)注重細節(jié)方面的設(shè)計。例如在不同的辦公室安裝剩余電流保護裝置，并在不同樓層集中安裝數(shù)字電表，而在群樓安裝三相數(shù)字電表，進而能夠評估和掌握不同單元耗能情況。該校實驗室安裝有動力配電箱，從而能夠為室內(nèi)的動力裝置和空調(diào)提供電能，為此需要對該部分電路進行一定的改造，即將室內(nèi)的插座和照明負荷均接入動力配電箱中，并將三相和單相數(shù)字電表集中安裝在不同樓層中，將三相數(shù)字電表設(shè)置在樓群中。針對實驗室公共部分的用電應(yīng)進行分開計量；最后，劃分學(xué)生宿舍、服務(wù)實體、教學(xué)生活輔助用房計量單元。其中考慮到學(xué)生宿舍不同房間已安裝計量裝置，設(shè)計時為實現(xiàn)對原有設(shè)施用電情況的計量，應(yīng)安裝三相數(shù)字電表進而能夠?qū)⒂秒姅?shù)據(jù)傳輸?shù)接秒姽芾碇行?；餐廳、禮堂、圖書館服務(wù)實體以及生活輔助用房，均應(yīng)在樓群中按照三相數(shù)字電表。

4 監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.1 監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了保證監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計的合理性，應(yīng)對其整體結(jié)構(gòu)進行全面的把握。該校園節(jié)能監(jiān)測準備利用集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由管理中心、通信網(wǎng)絡(luò)、采集設(shè)備三部分構(gòu)成。其中管理中心在遵守TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上連接在校園網(wǎng)絡(luò)中，其較為重要的部分為計費系統(tǒng)。計費系統(tǒng)主要負責用電信息的統(tǒng)計和用電費用的結(jié)算，另外，還能對網(wǎng)損、線損以及電量平衡等進行考核；為實現(xiàn)自動化通信，數(shù)字電表的接口方式為異步半雙工RS485接口，在該接口下每個智能電表網(wǎng)關(guān)可接入256×128臺數(shù)字電報，并按照Modbus-RTU協(xié)議要求進行通信，距離可達一千米。通信網(wǎng)絡(luò)架設(shè)主要利用較為經(jīng)濟的雙絞線結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場電能信息的采集是整個監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)由數(shù)字電表和斷路器組成，其中數(shù)字電表分布在不同房間和樓層、樓中，設(shè)置在配電柜中并通過電表網(wǎng)關(guān)連接在校園上。

4.2 監(jiān)測系統(tǒng)硬件評估

首先，經(jīng)過全面的分析，設(shè)計時系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)符合國家規(guī)范關(guān)于建設(shè)節(jié)約型校園的要求；其次，智能電表網(wǎng)關(guān)通信方式多種多樣，不管用電信息的采集還是傳輸優(yōu)勢較為明顯。另外數(shù)據(jù)信息傳輸主要以有線和無線結(jié)合方式進行，因此保證了用電信息傳輸?shù)目煽啃裕辉俅?，智能電表網(wǎng)擁有較高的數(shù)據(jù)采集速度，能夠接入不同計量設(shè)備的接入。而且數(shù)字電表和位于網(wǎng)關(guān)中的數(shù)字采集器連接形式為星形，該結(jié)構(gòu)不但工作性能穩(wěn)定，而且當有大量數(shù)字電表接入時，能夠有效解決可變波特率、沖突、尋址等問題；最后，通常情況下，不同類型的數(shù)字電表采用的通信協(xié)議和串口參數(shù)不同，而智能電表網(wǎng)關(guān)可以接入不同類型的數(shù)字電表，并且不同端口之間的工作互不影響。

5 監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)軟件設(shè)計

5.1 監(jiān)測系統(tǒng)軟件體系

節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)中管理系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮能浖M行管理，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用功能將服務(wù)對象劃分不同的類型。設(shè)計時最為重要的部分為將服務(wù)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)框架搭建完成，接著在其中加載各種服務(wù)對象。另外，在節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，管理平臺可對框架中的數(shù)據(jù)進行更新，以滿足節(jié)能的各項要求。

5.2 監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成

監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件能夠提供數(shù)據(jù)采集通信、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理、分項能耗結(jié)算服務(wù)。其中數(shù)據(jù)采集通信服務(wù)接收和存儲智能電表網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，主要通過Socket協(xié)議實現(xiàn)（軟件流程如圖1所示）；數(shù)據(jù)解析服務(wù)主要任務(wù)在于讀取智能電網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包，并將其解析成結(jié)構(gòu)化的記錄，并將解析后的數(shù)據(jù)信息存儲在對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)處理主要負責三個方面工作：首先，讀取出解析后的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；其次，對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的準確性和合理性進行檢查；最后，將用電設(shè)備的日結(jié)算記錄以及各項能耗用量計算出來；分項能耗結(jié)算服務(wù)負責分項能耗用量的讀取以及能耗日志記錄的計算工作。

6 預(yù)測節(jié)能目標

根據(jù)模擬建筑可能的不同用電運行模式，通過制定節(jié)能工作計劃，應(yīng)用節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)并結(jié)合使用加強供電設(shè)備維護，不斷優(yōu)化低成本控制措施等方法，對該系統(tǒng)節(jié)能目標進行計算評估可知該體系可節(jié)約能耗超過20%，累計節(jié)約用電2100萬kWh，能為學(xué)校節(jié)省大量用電成本開支，符合建設(shè)節(jié)約型校園的目標要求。

篇7

關(guān)鍵詞： 傳感器網(wǎng)絡(luò)； 節(jié)點能耗監(jiān)測； 軟件設(shè)計； 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號： TN931+.3?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）12?0053?03

Abstract： A new software for node energy consumption monitoring in sensor network was design for prolong the working life of the node. The hardware of the node energy consumption monitoring system for sensor network is mainly composed of FPGA and control board. The designed software controls the working process of both FPGA and control board. FPGA carries out continuous acquisition and analog?to?digital conversion of node energy consumption data in sensor network by means of the collection program and the node energy consumption identification code given by the software. The node energy consumption data converted into digital signal is packaged according to the collection procedures， and transferred to the control panel. The control panel is used to reconstruct the encapsulated data according to the data reading process to obtain and parse the complete node energy consumption data， and then give out some suggestions about node energy consumption adjustment to realize the monitoring of energy consumption of sensor network nodes. The experimental verification result shows that the designed software has remote monitoring distance， and can prolong the working life of sensor nodes.

Keywords： sensor network； node energy consumption monitoring； software design； data acquisition

0 引 言

近年來，隨著學(xué)術(shù)界對傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的逐漸加深，傳感器網(wǎng)絡(luò)已被廣泛應(yīng)用于溫濕度、城市光污染、速度和壓力等方面的探測中，對改善居民生活方式、增強企業(yè)效益具有重要作用。在未來，傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將會更加廣泛[1?3]。在國家大力提倡節(jié)能的當今社會，學(xué)術(shù)界開始關(guān)注到傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能耗問題。在以往設(shè)計出的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件中，由于受到傳感器網(wǎng)絡(luò)中龐大的節(jié)點規(guī)模限制，軟件的監(jiān)測距離較短，并無法有效延長節(jié)點工作壽命，高性能的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件仍待開發(fā)[4?6]。

1 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能耗監(jiān)測軟件設(shè)計

1.1 FPGA軟件設(shè)計

采集程序利用規(guī)格為50 MHz的看門狗計時器為FPGA的采集工作計時，這種計時器能夠為FPGA提供0.02 μs的采集間隔。也就是說，加入50 MHz看門狗計時器的采集程序能夠使FPGA每隔0.02 μs便采集到一個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)。這種采集工作的效率非常高，為了避免效率過高造成的節(jié)點能耗數(shù)據(jù)丟失和亂碼情況，所設(shè)計的采集程序?qū)?jié)點能耗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)封裝，具體封裝格式于表1中給出。

由表1可知，一個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)的字節(jié)共有16位，所設(shè)計的采集程序?qū)⑦@16位字節(jié)分成4段。封裝時，在每段字節(jié)的前面放置2位特定字節(jié)、后面放置6位計算字節(jié)。當需要提取被封裝后的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)時，應(yīng)先對其進行逆向字節(jié)刪除，再重構(gòu)4段字節(jié)，即可獲取FPGA采集到的、完整的節(jié)點能耗數(shù)據(jù)。

節(jié)點能耗識別碼的作用是：保護FPGA采集到的節(jié)點能耗數(shù)據(jù)免受網(wǎng)絡(luò)入侵，維持數(shù)據(jù)的自身完整性和傳輸穩(wěn)定性，圖1為節(jié)點能耗識別碼寫入原理圖。

由圖1可知，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件所提供的節(jié)點能耗識別碼包括復(fù)位碼、計時碼、A/D碼和輸出控制碼，這些節(jié)點能耗識別碼能夠幫助軟件獲取到更遠的監(jiān)測距離。當FPGA根據(jù)采集程序采集到傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)，并經(jīng)由輸出控制碼通過串口輸出后，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件將使用A/D碼對其進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，計時碼在模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程中提供計時服務(wù)。復(fù)位碼為FPGA串口提供初始化服務(wù)，通常與軟件的初始化共同進行。

1.2 控制板軟件設(shè)計

經(jīng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件控制FPGA后，控制板所接收到的每個節(jié)點能耗數(shù)據(jù)均為4段，這導(dǎo)致控制板在讀取節(jié)點能耗數(shù)據(jù)時，將不可避免地出現(xiàn)4段數(shù)據(jù)順序錯亂的情況。為此，需要對控制板數(shù)據(jù)讀取流程進行軟件控制，如圖2所示。

由圖2可知，在表1中，采集程序為節(jié)點能耗數(shù)據(jù)中4段數(shù)據(jù)的前兩位均賦予了不同的前端字節(jié)，依次是03，05，13和15。在控制器讀取流程中，所設(shè)計的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件根據(jù)前端字節(jié)的不同，對節(jié)點能耗數(shù)據(jù)中的4段數(shù)據(jù)進行排序，進而延長節(jié)點工作壽命。控制器讀取流程對每個節(jié)點能耗數(shù)據(jù)運行4次循環(huán)，以獲取完整的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)。

2 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測的軟件實現(xiàn)

當傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)被完整獲取后，控制板將對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)進行解析，給出節(jié)點能耗調(diào)節(jié)建議。所設(shè)計的傳感器W絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件將對控制板節(jié)點能耗監(jiān)測工作的功能進行實現(xiàn)，如圖3所示。

由圖3可知，為了實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點能耗監(jiān)測，軟件給予控制板兩項功能，分別是能耗監(jiān)測對比功能和通信功能。通信功能使用傳感器網(wǎng)絡(luò)接口以及軟件、硬件連接接口，將節(jié)點能耗數(shù)據(jù)輸入到能耗監(jiān)測對比功能中的傳感器網(wǎng)絡(luò)模型。對該模型的不同節(jié)點進行對比可獲取對比數(shù)據(jù)集合1，再將模型與軟件內(nèi)置的傳感器網(wǎng)絡(luò)模型進行相同位置同一節(jié)點的能耗對比，可獲取對比數(shù)據(jù)集合2。

將2個對比數(shù)據(jù)集合匯總，經(jīng)由功能軟件接口中的實現(xiàn)代碼進行解析，可獲取最終的節(jié)點能耗調(diào)節(jié)建議，進而實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗的有效監(jiān)測。

3 實驗驗證

3.1 實驗平臺的搭建

將三種軟件分別安裝在如圖4所示的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測系統(tǒng)上。實驗采取圓形區(qū)域監(jiān)測方式，方便數(shù)據(jù)記錄。

3.2 監(jiān)測距離實驗結(jié)果分析

監(jiān)測距離包含監(jiān)控距離和探測距離。在本文實驗中，監(jiān)控距離是指能夠采集到傳感器網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)的軟件延伸半徑，而探測距離則是指能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進行有效重構(gòu)的軟件延伸半徑。實驗中，依次增加圓形監(jiān)測區(qū)域半徑，三種軟件的監(jiān)控距離和探測距離曲線如圖5、圖6所示。

由圖5可知，本文軟件監(jiān)控距離曲線的橫縱坐標數(shù)值幾乎一致，證明本文軟件能夠準確采集到傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效數(shù)據(jù)，監(jiān)控距離較遠。而TOSSIM軟件和DUTTA軟件的監(jiān)控距離均不如本文軟件。

由圖6可知，TOSSIM軟件和DUTTA軟件的探測距離曲線均存在較大的波動，且數(shù)值較低，表明這兩種軟件的探測性能不強，因此檢測距離較近。本文軟件的探測距離曲線則僅存在微小波動，與監(jiān)控距離相比并無較大的下降。

以上實驗結(jié)果能夠驗證，本文軟件具有較遠的監(jiān)測距離。

4 結(jié) 論

在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA負責進行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗數(shù)據(jù)的持續(xù)采集，控制板對節(jié)點能耗數(shù)據(jù)進行解析，給出節(jié)點能耗調(diào)節(jié)建議。本文設(shè)計的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗監(jiān)測軟件可為FPGA和控制板的工作流程提供優(yōu)良的軟件控制。實驗對比了本文軟件、TOSSIM軟件和DUTTA軟件的監(jiān)測距離和節(jié)點工作壽命延長性能。結(jié)果表明，本文所設(shè)計的軟件監(jiān)測距離較遠、節(jié)點工作壽命延長性能頗佳。

參考文獻

[1] 王改云，胡錦艷.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蟻群的WSN分簇算法的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（17）：45?48.

[2] 張其，袁縱橫，梁丁，等.基于MPU6000的低功耗無線人體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計[J].計算機測量與控制，2014，22（2）：539?541.

[3] 程明月，馬婭婕，趙蕾，等.一種基于空間相關(guān)性的WSNs節(jié)點睡眠調(diào)度算法[J].傳感器與微系統(tǒng)，2015，34（11）：143?146.

[4] 張聚偉，劉亞闖.基于信度勢場算法的水下傳感網(wǎng)絡(luò)部署及仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2015，27（5）：1030?1037.

篇8

1分布式電力監(jiān)測系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)的要求

對于分布式電力監(jiān)測系統(tǒng)，聯(lián)系各個智能裝置的通信網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，通信網(wǎng)絡(luò)的選擇將直接影響系統(tǒng)的安全性、實時性、可靠性.(1)可靠性和安全性由于電力供應(yīng)的連續(xù)性和重要性，通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性應(yīng)是第一位的.(2)良好的實時性由于電力系統(tǒng)中故障保護、開關(guān)變位、遙控返校等信息要快速傳遞，所以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有良好的實時性。(3)良好的環(huán)境適應(yīng)性能適應(yīng)變電站的強電磁干擾和電磁污染.

2現(xiàn)場總線CANBUS的特點

CAN總線是英文ControlAre。Net的縮寫，該網(wǎng)絡(luò)最初是為汽車電子系統(tǒng)開發(fā)的，專為強干擾環(huán)境下實時監(jiān)控系統(tǒng)使用，具有許多其他網(wǎng)絡(luò)無可比擬的優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用.現(xiàn)INTEL、PHILIPS、MOTOROLA等公司都有支持CAN網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品投放市場.

2.1多主工作方式

CANBUS可以多主方式工作，網(wǎng)上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活.利用這一特點可方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng).

2.2沖突避免(CA)技術(shù)

CANBUS采用沖突避免技術(shù)，既一旦發(fā)現(xiàn)沖撞，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止發(fā)送，優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，大大節(jié)省了總線沖突裁決時間.這一點對保證重要數(shù)據(jù)的實時性有重大意義.例如:變電站中開關(guān)變位、事故跳閘、遙控返校等信息需要立即發(fā)送，可以占有較高優(yōu)先級.CANBUS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有128個優(yōu)先級.

2.3強有力的錯誤控制及錯誤盆發(fā)功能

采用CRC校驗方式，每幀數(shù)據(jù)不可檢查的錯誤小于10一”，具有很高的可靠性.CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。

2.4通信距離

通信距離長，CANBUS的最大通信距離為10km.

2.5通信速率通信速率高，CANBUS的最大通信速率為IMb/s.

3分布式電力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

分布式電力監(jiān)測系統(tǒng)由CANBUS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場智能儀表、上位監(jiān)控軟件構(gòu)成，以下結(jié)合廣州港新沙機械化糧庫電力監(jiān)測系統(tǒng)的實例進行分析。廣州港新沙機械化糧庫電力監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1新沙糧庫電力監(jiān)測系統(tǒng)概況

廣州港新沙機械化糧庫是國家“九五”重點建設(shè)項目，糧庫工作塔安裝的斗提取料機生產(chǎn)能力為5。。t/h，它的配套低壓電機容量為132kw，這在低壓電機中屬大容量電機.同時應(yīng)用場合為糧食提升，有空載、重載、負載變化等工況，甚至有重載啟動等特殊工況.在這些工況下，為保證電機的正常工作，需要實時監(jiān)測電機的工作狀態(tài)，因此我們設(shè)計安裝了基于CAN現(xiàn)場總線的電力監(jiān)測系統(tǒng).本電力監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備分布于綜合樓八層的中央控制室和樓房倉二層低壓電氣室，兩地電纜距離220m，其中監(jiān)控計算機安裝于中央控制室，電力監(jiān)測智能儀表安裝于低壓室低壓電器柜附近的電力監(jiān)測柜，兩部分通過屏蔽雙紋線通信。監(jiān)控計算機上配t組態(tài)監(jiān)控軟件，可直觀的顯示各被監(jiān)測電機的工作情況，并作詳細記錄.

3.2CANBUS網(wǎng)絡(luò)

CANBUS網(wǎng)絡(luò)由分布于現(xiàn)場、控制室的各個節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)組成。3.么1網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用的CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)為二線總線制串行網(wǎng)絡(luò)，上位監(jiān)控計算機采用雙機冗余熱備方式，當主機出現(xiàn)故障時，自動切換至從機，實現(xiàn)不間斷監(jiān)控.各現(xiàn)場節(jié)點按需要設(shè)置于變電所或機側(cè)，通過網(wǎng)絡(luò)通信線串行連接，可任意增加或刪除節(jié)點.網(wǎng)絡(luò)通信距離可延伸至10km，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點可達到110個，當需要監(jiān)測更多的節(jié)點時，可通過加設(shè)網(wǎng)絡(luò)控制器增加網(wǎng)段數(shù)來實現(xiàn).3.2.2節(jié)點現(xiàn)場的節(jié)點具體為智能電力監(jiān)測儀表內(nèi)的智能CAN通信接口卡，控制室的節(jié)點具體為插入監(jiān)控計算機的智能CAN通信接口卡。智能CAN通信接口卡由CPU、雙口RAM、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器組成，可獨立地完成通信工作.智能CAN通信接口卡實現(xiàn)的功能為和主CPU交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)CAN協(xié)議規(guī)范，完成物理電平轉(zhuǎn)換.

3.2.3網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)

網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為屏蔽雙絞線，網(wǎng)絡(luò)兩端安裝終端匹配電阻，每個節(jié)點配置TVP瞬變電壓抑制二極管，可有效地抑制串入網(wǎng)絡(luò)線的浪涌脈沖，防止瞬變電壓損壞CAN接口器件，使網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行于電磁干擾強的變電站環(huán)境或露天長距離傳輸環(huán)境.

3.3現(xiàn)場電力監(jiān)測智能儀表

電力監(jiān)測智能儀表的型號為Aucutech一100，具有CANBUS通信接口，安裝在變電所開關(guān)柜、MCC柜內(nèi)，監(jiān)測一回輸電線路，完成PT、CT信號的采集，并進行電量的運算和顯示，通過掛接開關(guān)量輸入/輸出模塊和模擬量輸入模塊，可實現(xiàn)遙測和遙控功能.

3.4上位監(jiān)控軟件

監(jiān)控計算機硬件為奔騰級PC機，內(nèi)插智能CAN通信接口卡，采用wIN95操作系統(tǒng).監(jiān)控軟件由通信監(jiān)控軟件和電力監(jiān)控組態(tài)軟件組成。

3.4.1通信監(jiān)控軟件

通信監(jiān)控軟件的功能為完成網(wǎng)絡(luò)通信的收發(fā)和監(jiān)控，軟件設(shè)計為開放式結(jié)構(gòu)，可通過DDE服務(wù)程序和流行的人機界面軟件(如INTOUCH、FIX)動態(tài)雙向交換數(shù)據(jù).

篇9

關(guān)鍵詞:體域網(wǎng);體征監(jiān)測;異構(gòu)的生理傳感器;低功耗調(diào)度

中圖分類號: TP212.9 文獻標志碼:A

Lowpower scheduling scheme for wireless physiological monitoring system

LIU Hao*, LI Weimin, LI Xiaoli

(

Engineering Research Center of Digitized Textile and Fashion Technology (Donghua University),

Ministry of Education, Shanghai 201620, China

)

Abstract:

Based on UltraWideBand (UWB) Body Area Network (BAN) and heterogeneous biosensors, a kind of wireless physiological monitoring system was designed, which could acquire and process multiple physiological signals. For reducing the total energy consumption, a lowpower scheduling scheme was further proposed so as to provide longterm continuous sensing for wearers health and safety. According to the physiological state machine of the monitoring system, a coordinator could adaptively determine the biosensor set for next monitoring cycle, and those selected biosensors can cooperatively process the heterogeneous data. The simulation results show that with the same monitoring conditions, the proposed scheme can effectively reduce the biosensors invalid operation and wireless data transmission, and thus extend the operational lifetime of the BANbased monitoring system.

Key words:

Body Area Network (BAN); physiological monitoring; heterogeneous biosensor; lowpower scheduling

0 引言

近年來,隨著可穿戴計算和生物信息傳感技術(shù)的飛速發(fā)展,無線體征監(jiān)測系統(tǒng)(Wireless Physiological Monitoring System, WPMS)能夠在人體自然狀態(tài)下對體征狀況進行長期的無創(chuàng)連續(xù)監(jiān)測,并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置進行實時的狀態(tài)指示或異常體征告警[1-2]。一方面,人體的病變與康復(fù)是一個日積月累的過程,無線體征監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)地檢測各種生理信息,可對生理趨勢或治療效果進行跟蹤分析,有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)或康復(fù)治療,并在體征異常的情況下做出應(yīng)急反應(yīng)[3]。為了實現(xiàn)長期監(jiān)測的目標,Chen等[4]針對無線體征監(jiān)測應(yīng)用提出了一種低功耗的微控制器設(shè)計方案,有效降低了電路系統(tǒng)的功耗。另一方面,心臟病發(fā)作或跌倒中風等異常體征狀況具有很大的偶然性和突發(fā)性。為此,秦曉華等[5]采用分層體系結(jié)構(gòu)開發(fā)了一種可穿戴的體征監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了心率檢測、跌倒檢測、緊急呼叫與GPS定位等功能,以幫助減少異常體征狀況對穿戴者生命的威脅。未來,無線體征監(jiān)測系統(tǒng)一方面將能夠監(jiān)測更多的生理信息,以實現(xiàn)全方位的體征監(jiān)測;另一方面系統(tǒng)將朝著舒適、安全、易用等方向發(fā)展[6]。

體域網(wǎng)(Body Area Network, BAN)又稱體域傳感網(wǎng)(Body Sensor Network, BSN),通常由分布在人體上或植入體內(nèi)的一個協(xié)調(diào)器和若干生理傳感器組成,且依賴于電池供電[7]。不同于一般的無線傳感網(wǎng)絡(luò),體域網(wǎng)僅在人體區(qū)域內(nèi)進行近距離的通信,協(xié)調(diào)器作為其中心節(jié)點,與多個生理傳感器構(gòu)成星形的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),不需要耗能的路由操作。針對醫(yī)療保健類應(yīng)用,IEEE 802.15.6等國際組織正在進行體域網(wǎng)的標準化工作,以期實現(xiàn)低生理負荷、低心理負擔的無線體征監(jiān)測[8]。目前,體域網(wǎng)主要采用3種短距無線通信技術(shù):超寬帶(UltraWideBand, UWB)、Bluetooth和ZigBee。相對于Bluetooth與ZigBee,UWB使用500 MHz以上的傳輸帶寬,具有傳輸視線無限制、抗干擾性強、功耗低和對人體影響小等諸多優(yōu)勢,因此UWB體域網(wǎng)有望成為未來各種無線體征監(jiān)測系統(tǒng)的通信平臺[9]。

無線體征監(jiān)測系統(tǒng)需要持續(xù)地獲取各種生理信息,多個生理傳感器的聯(lián)合調(diào)度對于延長此類系統(tǒng)的工作壽命是非常重要的[10]。在通常的無線體征監(jiān)測系統(tǒng)中[11],各個生理傳感器按照給定的感知模式獨立地進行監(jiān)測,由協(xié)調(diào)器循環(huán)地調(diào)度各生理傳感器的數(shù)據(jù)傳輸。無線通信研究表明,每比特數(shù)據(jù)的平均傳輸功耗隨著瞬時傳輸速率的增加而減少。因此對于無線體征監(jiān)測,Ghasemzadeh等[12]提出通過貪婪緩存分配算法對各生理傳感器的無線數(shù)據(jù)傳輸進行聯(lián)合調(diào)度,在延時約束下使無線數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸,以減少整個系統(tǒng)的功耗。在已有的調(diào)度方法中,無論穿戴者的體征狀況如何,所有生理傳感器都會周期性地向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù),這可能導(dǎo)致大量無效的生理數(shù)據(jù)。

本文的目標在于針對現(xiàn)有調(diào)度機制的不足,為無線體征監(jiān)測系統(tǒng)提供一種較低功耗的調(diào)度方法?；赨WB體域網(wǎng)和異構(gòu)的生理傳感器,本文針對該類系統(tǒng)提出了一種基于體征狀態(tài)機的低功耗調(diào)度方法,以滿足長期體征監(jiān)測的需求。

1 無線體征監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)

在完成穿戴者的個人特征輸入之后,無線體征監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N生理信息進行連續(xù)監(jiān)測,并通過體域網(wǎng)將生理數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器對收到的異構(gòu)數(shù)據(jù)進行分析和存儲,隨后向各生理傳感器發(fā)送控制信令。圖1給出了無線體征監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),該系統(tǒng)需要部署一個協(xié)調(diào)器以及b1~b6等6個異構(gòu)的生理傳感器,無線通信采用星形拓撲的UWB體域網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)配置完成之后,協(xié)調(diào)器負責無線網(wǎng)絡(luò)的維護和管理,包括信道共享、通信同步、數(shù)據(jù)提取等;生理傳感器負責各種生理信息的采集和監(jiān)測,并對生理信號進行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換(AnalogDigital conversion, A/D)、壓縮編碼等處理,然后通過無線接口向協(xié)調(diào)器傳輸。協(xié)調(diào)器是一個具有多模無線收發(fā)功能的數(shù)據(jù)匯聚點,負責調(diào)度各生理傳感器的工作時間,并通過異構(gòu)多源信息融合技術(shù)來分析當前的體征狀況;同時,協(xié)調(diào)器還能與3G/4G等廣域外網(wǎng)連接,當穿戴者出現(xiàn)危險情況時自動向家人或急救中心報警。

典型的生理傳感器包括心電、腦電、脈搏、體溫、呼吸、血壓、血氧、陀螺儀、加速度、肌電等。對于無線體征監(jiān)測系統(tǒng),圖2給出了多種生理傳感器與協(xié)調(diào)器在人體上進行布局的應(yīng)用示意圖,各生理傳感器分別安置于穿戴者的某一部位,并將采集的生理數(shù)據(jù)通過體域網(wǎng)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。穿戴式設(shè)計必須綜合考慮臨床醫(yī)學(xué)、人體工學(xué)和系統(tǒng)電磁特性等因素,例如,系統(tǒng)可將重量較大的協(xié)調(diào)器部署在人體腰外側(cè),心電傳感器、脈搏傳感器和體溫傳感器分別安置于胸部、手腕和腋下。

1.1 生理傳感器

生理傳感器由采集模塊、處理器模塊、體域通信模塊和電源模塊4部分組成,各模塊協(xié)調(diào)工作。采集模塊負責生理信息的獲取,并進行放大、濾波、A/D等信號預(yù)處理。生理信號的采集技術(shù)尚不成熟,本系統(tǒng)可采用的技術(shù)包括:心電采用織物電極方式,脈搏基于壓電傳感機理,呼吸采用體積描記法,血壓采用無創(chuàng)袖套間接方式,血氧采用指脈式透射血氧探頭,人體姿態(tài)檢測采用三軸加速度計或陀螺儀。處理器模塊負責控制各個模塊,并對采集數(shù)據(jù)進行壓縮編碼與緩存。體域通信模塊負責將生理數(shù)據(jù)通過UWB無線方式傳輸給協(xié)調(diào)器,并接收來自協(xié)調(diào)器的控制信令。電源模塊負責提供各模塊所需能量,且?guī)Ｓ嗄芰款A(yù)警功能。系統(tǒng)默認生理傳感器無須發(fā)送不變的生理數(shù)據(jù),這樣就減少了無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。此外,生理傳感器還可設(shè)置啟動與否、采樣率、A/D精度、壓縮比等感知模式,從而以較低的數(shù)據(jù)量獲取生理信息。

1.2 協(xié)調(diào)器

協(xié)調(diào)器是無線體征監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)度中樞,它在開機后首先創(chuàng)建一個UWB體域網(wǎng),接納各生理傳感器的入網(wǎng)請求。在網(wǎng)絡(luò)建立后,協(xié)調(diào)器需要根據(jù)當前監(jiān)測情況控制各生理傳感器的運行,盡量避免不必要的能量消耗。協(xié)調(diào)器主要負責如下任務(wù):1)與生理傳感器進行通信,包括收集生理數(shù)據(jù)和發(fā)送控制信令;2)利用多源生理數(shù)據(jù)進行體征評估,將處理獲得的特征值與正常門限進行比較,以便監(jiān)測到可能的健康風險。當監(jiān)測到異常體征狀況時,協(xié)調(diào)器能提醒穿戴者或采取其他醫(yī)療預(yù)警措施。例如,在穿戴者生命危急時,協(xié)調(diào)器將告警信息上傳給急救中心,方便定位穿戴者的位置,并及時給予急救。

1.3 UWB體域網(wǎng)的通信機制

能量受限一直是體域網(wǎng)所面臨的主要挑戰(zhàn),無線數(shù)據(jù)傳輸消耗了大部分的系統(tǒng)能量,從而縮短了系統(tǒng)的工作壽命。對緩存數(shù)據(jù)進行高速傳輸是降低無線通信功耗的有效方法,而UWB體域網(wǎng)本質(zhì)上就具有數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸?shù)奶匦浴Ｔ谘訒r允許的前提下,生理數(shù)據(jù)可在緩沖區(qū)中積累到一定程度時,再以突發(fā)數(shù)據(jù)形式和更高的瞬時速度進行發(fā)送,以降低系統(tǒng)功耗。一個高效的突發(fā)通信機制應(yīng)在延時允許的情況下,最大限度地減少無線傳輸次數(shù)及無線傳輸數(shù)據(jù)量。為保障多路數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性,UWB體域網(wǎng)采用保留通道的時分多址方式,保留通道占用時隙的相關(guān)信息在信標時段傳送,各個生理傳感器使用信標幀來同步傳輸,傳感器之間不會相互干擾。

2 系統(tǒng)調(diào)度建模

在無線體征監(jiān)測系統(tǒng)中,監(jiān)測周期的長度可根據(jù)應(yīng)用場景進行設(shè)定,通常為1s~60s。為敘述方便,先對要用到的符號進行定義:假定系統(tǒng)總共包含K個異構(gòu)的生理傳感器,分別監(jiān)測K種生理信息;V={1,2,…,K}表示這K個生理傳感器組成的最大集合,k∈V表示其中某一生理傳感器的索引值;t表示按時間順序的第t個監(jiān)測周期,T表示能量耗盡時的總監(jiān)測周期數(shù)。傳感器集合V(t)是由第t個監(jiān)測周期正常運行的生理傳感器組成,即V(t)V;Eb(t)表示V(t) 在第t個監(jiān)測周期的運行能耗,Ec(t)表示協(xié)調(diào)器在第t個監(jiān)測周期的運行能耗,E表示整個系統(tǒng)的總能量。進一步地,U(t)表示在第t個監(jiān)測周期取得的體征監(jiān)測效用,系統(tǒng)調(diào)度的目標就是在總能耗約束下去最大化總的體征監(jiān)測效用,以獲取更有價值的體征信息。這樣,本文研究的問題可以用式(1)表示:

max ∑Tt=1U(t)(1)

s.t. ∑Tt=1Eb(t)+∑Tt=1Ec(t)≤E

對于上述受限最優(yōu)化問題,準確地解析表達式難以實現(xiàn),本文試圖找出一種實際可行的解決方案。因此,本文進一步假定每個監(jiān)測周期的體征監(jiān)測效用均相等,且Ec(t)取決于V(t)。這樣,式(1)就轉(zhuǎn)化為如下問題:如何有效地選取傳感器集合V(t)來增加總監(jiān)測周期數(shù)T。

3 基于體征狀態(tài)機的調(diào)度

無線體征監(jiān)測系統(tǒng)并不為穿戴者提供精確的體征診斷,而是作為一種輔助的醫(yī)療手段。盡管一個人的體征狀況本質(zhì)上具有模糊性,但仍可根據(jù)人類的認知水平進行一定的分類。本文將體征狀況簡單地分成如下五種體征狀態(tài)機:

健康狀態(tài)S1 體征狀況滿足醫(yī)學(xué)意義上健康的生理指標,且與過去收集的特異性生理信息進行比較分析,呈現(xiàn)規(guī)律性的生物周期;

亞健康狀態(tài)S2 體征狀況滿足醫(yī)學(xué)意義上一般的生理指標,但比較分析得到的生物周期呈現(xiàn)不規(guī)律性;

疾病狀態(tài)S3 體征狀況不滿足醫(yī)學(xué)意義上一般的生理指標;

重癥狀態(tài)S4 體征狀況嚴重偏離醫(yī)學(xué)意義上的生理指標;

突發(fā)危險狀態(tài)S5 體征狀況突然發(fā)生危險的改變,例如跌倒、中風等意外傷害。

在本文中,Sn∈{S1,S2,S3,S4,S5}表示體征狀況的某一體征狀態(tài)機。體征狀態(tài)機的改變通常是一個漸進的、復(fù)雜的過程,但也存在跌倒、撞擊、心臟病突發(fā)等導(dǎo)致的急速轉(zhuǎn)變。圖3給出了反映體征狀況改變的體征狀態(tài)機模型,每個體征狀態(tài)機分別代表一種體征狀況,監(jiān)測系統(tǒng)可在各種體征狀態(tài)機之間進行轉(zhuǎn)換。當多源生理信息沒有實質(zhì)性的變化時,系統(tǒng)保持同一體征狀態(tài)機;當多源生理信息有實質(zhì)變化時,系統(tǒng)將更新體征狀態(tài)機。例如,假定穿戴者的體征狀態(tài)機最初在健康狀態(tài)S1,隨后他的血壓水平開始逐漸下降,脈搏率開始增加,體征狀態(tài)機在某一監(jiān)測周期過渡到亞健康狀態(tài)S2,進而病情加重過渡到疾病狀態(tài)S3;在意外跌倒等突發(fā)狀況下,健康狀態(tài)S1會立即轉(zhuǎn)到突發(fā)危險狀態(tài)S5,并產(chǎn)生預(yù)警;在康復(fù)或警報解除的情況下,體征狀態(tài)機又會回到健康狀態(tài)S1。

異構(gòu)的多生理數(shù)據(jù)之間具有一定的相關(guān)性,每種體征狀態(tài)機應(yīng)選取一個精簡的傳感器集合,例如心電、血壓、血氧和加速度等傳感器結(jié)合起來可以確定是心臟病發(fā)作還是跳躍、咳嗽等正?；顒?。因此,本文提出了一種基于體征狀態(tài)機的系統(tǒng)調(diào)度方法,該方法根據(jù)當前監(jiān)測周期的體征狀態(tài)機確定下一監(jiān)測周期的傳感器集合,其他傳感器則進入休眠狀態(tài),以便降低整個系統(tǒng)的功耗。根據(jù)當前監(jiān)測周期的體征狀態(tài)機,體征狀況越接近“危險”,系統(tǒng)應(yīng)在下一監(jiān)測周期開啟更多的生理傳感器來進行相對重要的監(jiān)測。例如,健康狀態(tài)S1只須開啟少量的生理傳感器,亞健康狀態(tài)S2增加生理傳感器,疾病狀態(tài)S3開啟更多的生理傳感器,重癥狀態(tài)S4開啟絕大部分的生理傳感器,突發(fā)危險狀態(tài)S5開啟所有的生理傳感器。在系統(tǒng)完成初始化后,圖4給出了基于體征狀態(tài)機的調(diào)度流程,它主要包括以下步驟:

1)獲取生理數(shù)據(jù)。在第t個監(jiān)測周期,傳感器集合V(t)采集并處理穿戴者的生理信息,隨后通過UWB體域網(wǎng)傳輸給協(xié)調(diào)器;各傳感器具有一定的預(yù)判能力,如果生理數(shù)據(jù)不變,則默認不向協(xié)調(diào)器傳輸。特別地,在第1個監(jiān)測周期,所有生理傳感器V均進行數(shù)據(jù)采集與傳輸。

篇10

關(guān)鍵詞：地下水位 動態(tài)監(jiān)測 系統(tǒng)研究

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0011-01

對于地下水位動態(tài)監(jiān)測過程的實現(xiàn)對于促進人們提升水資源的利用率以及水資源利用的合理性都有一定意義。本文就建設(shè)地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的必要性以及地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)要點進行了分析。

1 建設(shè)地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

地下水位動態(tài)監(jiān)測的信息直接影響人們生活以及農(nóng)業(yè)模式的選擇。對于地下水狀況的掌握需要測量多個和地下水資源有關(guān)系的多個參數(shù)，其中最重要的就是水位的測量，水位一旦發(fā)生某些輕微的變動就會對人們生活生產(chǎn)造成極大的影響。因此加強水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立和完善對于促進區(qū)域內(nèi)水資源合理利用有著重要作用。但是就我國目前地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立情況來看，其還存在這許多的問題。目前對于地下水測量的主要方式還以傳統(tǒng)簡單的方式為主，即在被測量地運用手工放線或者簡單測量儀器等對水位進行測量，這種方式受外界因素的影響較大，不利于相關(guān)部門對于水位精確變化的掌握。

2 地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)要點

2.1 系統(tǒng)建設(shè)的總體目標

地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立最主要的目的就是為了實現(xiàn)簡單、高效的對地下水位進行自動實時監(jiān)測。在此系統(tǒng)中水位測量數(shù)據(jù)的采集主要運用的就是相關(guān)傳感器，當各個監(jiān)測點經(jīng)由傳感器獲得水位數(shù)據(jù)之后利用相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸方式把其傳至系統(tǒng)終端，從而為相關(guān)人員對于數(shù)據(jù)的分析創(chuàng)造條件。在對水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立過程中需要公共電信網(wǎng)通訊技術(shù)的支撐，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞娇梢砸訥SM技術(shù)為核心。對于各個監(jiān)測點水位數(shù)據(jù)的采集可以采用無線控制技術(shù)，像ZIGBEE等。一個完善的水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)改能夠?qū)崿F(xiàn)每天都能對水位進行采集并把所采集的數(shù)據(jù)進行自我儲存的功能，從而為水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能的發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。

2.2 地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分

地下水監(jiān)測系統(tǒng)所檢測的對象主要為地下水位的高度以及埋藏的長度，所檢測的地下水位的數(shù)據(jù)應(yīng)該能夠自己錄入相關(guān)的數(shù)據(jù)庫中并能夠經(jīng)處理之后以報表和曲線等形式得以體現(xiàn)。一般情況下一個完整的地下水位檢測系統(tǒng)應(yīng)該由傳感器、檢測主機RTU以及通信網(wǎng)絡(luò)等組成。

（1）傳感器。

根據(jù)傳感器的作用機理傳感器也叫做換能器、變送器以及探測器等。其在地下水位動態(tài)監(jiān)測過程中所具有的最主要的作用就是對水位的變化情況進行檢測和感知，并把所感知的變化情況以數(shù)據(jù)信號的形式得以體現(xiàn)。在地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中所運用的傳感器的類型為水位傳感器，在對傳感器類型進行選擇時要把傳感器的自身性能、傳感器被使用的環(huán)境以及成本等因素納入考慮范圍之內(nèi)。一般情況下，所采用的水位傳感器的具體參數(shù)如下。

測量范圍（FS）：0--50mH2o；

允許過壓：2倍滿量程壓力；

測量介質(zhì)：與316不銹鋼兼容的液體；

綜合精度：±0.25%FS；

長期穩(wěn)定性：典型為±0.1%FS/年；

使用溫度范圍：一體式為-20～70℃；

零點溫度漂移：典型為±0.02%FS/℃， 最大為±0.05%FS/℃；

靈敏度溫度漂移：典型為±0.02%FS/℃， 最大為±0.05%FS/℃；

供電范圍：12～36VDC（一般24VDC）；

信號輸出：4～20mA；

負載電阻：≤（U-12）/0.02Ω；

結(jié)構(gòu)材料：外殼為不銹鋼1Cr18Ni9Ni， 膜片不銹鋼316L，密封為氟橡膠，電纜為Φ7.2mm聚氯乙烯專用電纜；

絕緣電阻：100MΩ，500VDC；

防雷：三級防雷設(shè)計（1萬V/5kA）；特殊可（2萬V/1萬A）；

防護等級：外殼防護等級IP68；

安全防爆：ExiaⅡ CT5；

分辨率：無限?。ɡ碚摚?/100000（通常）。

（2）監(jiān)測主機RTU。

在對監(jiān)測主機RTU進行選擇時一定要綜合考量其各種性能，尤其是可靠性以及低能耗性要最大程度的滿足于系統(tǒng)設(shè)計的要求，在主機上要具有各種通信接口以及傳感器接口，能夠?qū)崿F(xiàn)查詢--應(yīng)答式和自報式的混合工作制式。另外主機還應(yīng)該具有定時自檢發(fā)送、死機自動復(fù)位、站址設(shè)定、掉電數(shù)據(jù)保護、實時時鐘校準、直觀現(xiàn)場顯示和設(shè)備測試等功能；可顯示、主動發(fā)送電源電壓、端口工作狀態(tài)；能接受中心站的遠程自動校時，計時誤差不超過2min/年；能接受中心站的按時段遠程下載存儲數(shù)據(jù)等功能。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)。

在地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立過程中所采用的通信網(wǎng)絡(luò)主要為公共運營通信網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中需要遵循一定的原則，為了使這種原則能夠?qū)崿F(xiàn)標準化相關(guān)部門則定義了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，當數(shù)據(jù)在傳輸過程中，相關(guān)數(shù)據(jù)壓縮和打包過程就需要把設(shè)定的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為依據(jù)，并按照數(shù)據(jù)協(xié)議的標準對數(shù)據(jù)進行封裝，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝崿F(xiàn)創(chuàng)造條件。在把數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端之后，經(jīng)過相關(guān)設(shè)備對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換可以使得數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為人們能夠理解的形式。另外為了獲取最準確的水位測量信息，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)水位測量要求對通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率進行設(shè)定，一般情況下8 h采集一次數(shù)據(jù)，每條數(shù)據(jù)中記錄至少20個字節(jié)，一天傳輸3條。這樣下來，一個月所需要的數(shù)據(jù)流量也不過6KB左右，加上系統(tǒng)運行所需要的必要的心跳包，整體算下來，一個月的數(shù)據(jù)流量也會小于4M，這能夠極大程度的降低數(shù)據(jù)傳輸成本以及提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

3 某地地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實例分析

為了更好的了解地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的過程，該文以某地地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)過程為例，對地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)要點進行分析。

在實例中地下水位檢測系統(tǒng)所采用的傳感器為文中所述傳感器。

主機參數(shù)如下所示：

值守功耗：≤2mA

傳感器供電5V、12V可選，設(shè)備工作電壓交流220V；

輸數(shù)模轉(zhuǎn)換：16位高精度ADC采集芯片，轉(zhuǎn)換誤差

可靠性指標：在正常維護條件下，設(shè)備的MTBF≥25000h；

工作環(huán)境：溫度-30～+60℃。

可以看出，地下水位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立和完善不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)檢測地的水位的測量還能夠?qū)ο嚓P(guān)區(qū)域的水量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。另外整個系統(tǒng)有多個子系統(tǒng)構(gòu)成，這對于相關(guān)人員對于相關(guān)數(shù)據(jù)的準確查詢提供了一定的便利條件。

4 結(jié)語

通過該文的論述我們可以發(fā)現(xiàn)建立一個完善的地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的，地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立能夠為人們對于水資源的管理以及利用提供最為可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。