1能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)架構設計
1.1管理平臺系統(tǒng)架構設計
建筑綜合環(huán)境能耗監(jiān)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。建筑體內控制設備分散，需要在各個能耗設備終端加入能耗計量采集裝置，根據現(xiàn)場情況，采集裝置的通信技術可以采用現(xiàn)場總線技術，以太網傳輸或無線傳輸方式。通過傳感器以及采集設備對相關目標物體的參數進行實時采集，網關或基站節(jié)點及其接入設備，按照相關通信協(xié)議和規(guī)約，將采集的信息數據或用戶需求指令傳輸到網絡或信息數據采集層。傳感器以及采集網絡的部署，能及時有效地獲得到所監(jiān)控物體的數據，這是物聯(lián)網的一個重要特征。
（2）網絡層。網絡層以應用服務器組和數據服務器集群等為硬件基礎。采用大數據平臺軟件為建設載體，針對采集的數據開展清理、存儲、建模、分析等工作。各前端采集系統(tǒng)與中心服務器之間采用高速以太網通信機制，可以順利采集到遍布全島的各類物聯(lián)網信息、視頻監(jiān)控畫面等，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(xiàn)。
（3）應用層。智慧的管理決策與應用層包括多個方面：數據展示據分析、設備管理、應急管理等，基于數據平臺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值直接應用形式，通過物聯(lián)網技術采集的數據對設備進行定位，對設備狀態(tài)進行分析，可以直觀地了解到各設備的能耗狀態(tài)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(tài)數據以及故障告警等數據也同時采集，這些數據的應用，可以為節(jié)能降耗的策略提供數據支撐。
正常狀態(tài)下的建筑物內的各種能量也可通過能耗感知系統(tǒng)的數據呈現(xiàn)頁面隨時查看、監(jiān)測其能量的損耗和功能的轉化，可以利用現(xiàn)有的數據，通過分析有效實現(xiàn)耗能的優(yōu)化組合，從一定程度上節(jié)約可利用資源，幫助用戶解決耗能問題。
建筑物的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)是在ZigBee網絡結構與區(qū)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網絡接入云系統(tǒng)，這不但可以直接連接本地各個系統(tǒng)終端，同時可以兼顧廣域內各個不同建筑的能耗管控。
監(jiān)測管理系統(tǒng)是一個離不開互聯(lián)網的應用平臺，對建筑物體的耗能情況的監(jiān)控與實施的具體措施都是建立在無線局域網絡正常運行的狀態(tài)下，與此同時，系統(tǒng)可以同時管控多個建筑物，形成一個自控聯(lián)合監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于多層單一分布的網絡結構，其功能層是由網絡通信層、設備終端層與站控管理層共同組成。
1.1.1網絡通信層
網絡通信層是系統(tǒng)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、自動化傳感器、
ZigBee、4G/5G等網絡聯(lián)合組成，將其運用在用戶與系統(tǒng)之間的溝通上，不但可以及時下發(fā)指令，還可以接收上層發(fā)送來的信息，同時徘徊在兩者之間，在系統(tǒng)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信息傳送終端，主要的作用是接收通信層傳遞過來的數據信息，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功能層，達到耗能監(jiān)測終端，利用能耗監(jiān)測儀表設備，得到耗能的數值，準確迅速地將建筑物數據傳送到網絡平臺。
1.1.3站控管理層
站控管理層主要受制于操作人員，作用于所有用戶，是系統(tǒng)框架的部分，是連接人類與機器的橋梁，是實現(xiàn)系統(tǒng)自動化的核心。其結構主要是由建筑物本身、無線傳感器、雙向通信軟件與耗能監(jiān)測設備構成，例如無線網絡平臺、傳輸系統(tǒng)、顯示屏幕、UPS設備等。不僅可以通過數據來表達建筑物的耗能情況，還可以利用系統(tǒng)分析軟件采集物體的實際信息與正常運行時的數據，經過特殊處理，以圖像、信號和數字等形式表現(xiàn)出來。
1.1.4采集設備
采集設備是監(jiān)測系統(tǒng)中重要的一部分，主要用于耗能數據的收集、轉換和傳輸。輸出設備：打印設備及耗能設備，根據系統(tǒng)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(xiàn)整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
1.2無線傳感網絡設計
能量監(jiān)測管理系統(tǒng)是基于無線局域網通信平臺與通信互動平臺和其他輔助管理平臺共同協(xié)作的基礎上的，三者聯(lián)合合作，相互制約。
（1）通信互動平臺：將各個傳感器所屬的控制中心緊緊相連，一對一地實行嚴格管控，確保系統(tǒng)的通信平臺正常運行，其功能如下：
①基礎管理：與局域網結構和數據連接形成一個環(huán)形的網格結構，遍布建筑物的耗能數據，保證各個感應器的傳感效果能夠準確識別并系統(tǒng)正常運行。
②滿足用戶需求：平臺上征求用戶的意見，快速提供處理方法，不錯的質量控制，達到用戶的標準。
③能量管理：只有合理的進行能量管理才可以維持傳感器的準確識別，順利獲得各種能量的代碼，明確系統(tǒng)下發(fā)的指令。
④網絡管理：有效的檢測平臺上的數據信息，將不同數據分散到相應的系統(tǒng)區(qū)域，到達相對應的感應系統(tǒng)與設備。
⑤移動控制：對每個移動的節(jié)點進行跟蹤定位，分析節(jié)點上所存在的信息數據，將所有的數據匯總，形成移動控制。
⑥安全管理：系統(tǒng)的結構復雜、框架多變，各種軟件硬件均可能出現(xiàn)差錯，致使數據泄露，對用戶產生不利的影響，因此要加入安全管理軟件，在每個結構都要設有安全密碼，增加安全保障。
（2）應用輔助平臺：作為系統(tǒng)的輔助平臺，主要為系統(tǒng)提供一些輔助的技術手段，包括數據的查詢、采集和后續(xù)管理等等，服務于用戶，從用戶的角度處理問題，提高系統(tǒng)質量服務。
①時間管理：主要致力于時間的管控，使所有節(jié)點在同一時間，同時移動，傳遞不同的數據，促使各個環(huán)節(jié)共同工作，準確定位節(jié)點的位置，獲取節(jié)點的信息，在系統(tǒng)中起著至關重要的作用。
②管理接口：符合管理協(xié)議，傳輸數據到功能層。
③服務接口：在不同的環(huán)境中發(fā)揮著不同的作用，利用局域網平臺傳遞系統(tǒng)指令，提供數據信息查詢。
（3）分層網絡通信協(xié)議：通過無線網進行分層通信，提出了通信協(xié)議的新模型，其功能層分為基礎應用層、數據傳輸層和網絡層。
①基礎應用層：利用視覺與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數據傳輸層：主要是將數據完整地傳輸到下一個結構層，保證平臺內的數據不出現(xiàn)缺失、混亂等狀況。
③網絡層：保護移動的節(jié)點不受阻礙，正常活動，攜帶的數據完整的上傳平臺，使用戶能夠快速檢索和查詢。
1.3能耗監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感網絡節(jié)點設計與實現(xiàn)
建筑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(huán)境監(jiān)測，其物理原因有地表的溫度、人類的活動、各種災害等等，由于現(xiàn)代社會的不斷進步，大量先進的設備儀器都在影響著環(huán)境的耗能監(jiān)測，這些儀器遵循著各自的工作模式，與系統(tǒng)之間維持著緊密的聯(lián)系，所以為了解決建筑物密集、設備干擾的問題，對系統(tǒng)中的傳感節(jié)點采用ZigBee的技術進行設計。
（1）數據處理單元：包括傳感器、處理器與儲存器等，嚴格管理節(jié)點數據的處理過程，同時可以將內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(jié)點攜帶的數據進行篩選，包括各種圖像、聲音等信息，同時轉化成數字與符號。
（3）數據傳輸單元：與系統(tǒng)的通信軟件相關，通過通信平臺將節(jié)點數據傳輸到網絡平臺，之后再接受上一個節(jié)點信息，周而復始，完成一個周期。
（4）電源連接單元：系統(tǒng)的起始都離不開穩(wěn)定的電源結構，它可以持續(xù)工作，持續(xù)充電，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
2監(jiān)測系統(tǒng)網關服務器的設計
2.1能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)網關服務器體系結構
在構建能耗監(jiān)測系統(tǒng)過程中，要使用智能服務器作為各個結構之間的載體，不但符合系統(tǒng)的運行特點，還緊跟現(xiàn)代科技潮流，按照系統(tǒng)的結構與功能設計了龍芯1B處理器，通過智能技術，直接下達監(jiān)測指令，實時監(jiān)測建筑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控制終端網關硬件設計
根據用戶的需求與系統(tǒng)的功能選擇龍芯1B處理器來作為監(jiān)測管理系統(tǒng)的核心處理器，可以一定限度地實現(xiàn)Linux的優(yōu)勢，該處理器是產于中國，是利用SMIC0.13μm制作，其特點是造價低，性能良好，具有不錯的安全性，適合大批量生產。將其芯片與系統(tǒng)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輸速率。本文中設計的系統(tǒng)就是通過JTAG接口來調試核心處理器，實現(xiàn)了數據的儲存，對系統(tǒng)畫面的控制。
3系統(tǒng)軟件設計
3.1數據處理
傳感器的結構不同，就會導致數據的處理方式產生變化，具有特異性特征，隨著各種各樣的傳感器的升級，要想數據保持相同的處理方式就要首先將傳感器歸一化處理，為系統(tǒng)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系模型圖，以其中的關聯(lián)度作為前提進行融合與處理。傳統(tǒng)的傳感器雖然安全穩(wěn)定，但儲存空間比較小，面對大量數據就會導致系統(tǒng)崩潰，數據流失，而文中選用的傳感器傳輸速度快、儲存空間大，完全適合現(xiàn)代系統(tǒng)設計。
3.2應用服務
應用服務層主要是基于用戶需求、信息查詢與數據處理三個層次，不止適用單一的設備耗能情況的監(jiān)測，還可以用在公共場合建筑物周圍環(huán)境的監(jiān)測；主要是監(jiān)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解決方案，推進社會節(jié)能減排工作。
（1）能耗監(jiān)測：包括自然環(huán)境的消耗與人類活動的消耗，主要是大型設備的耗電與耗熱等，系統(tǒng)將會針對這一情況進行制止，并繪制耗能曲線圖等。
（2）智能控制：專家會根據系統(tǒng)制定的曲線圖提出解決的措施，包括減少電能的消耗、調低室內的溫度、通風換氣。
（3）節(jié)能分析：找到建筑物環(huán)境中耗能的特點，大型設備儀器的使用時間、關閉時間，盡量錯開使用高峰，節(jié)約能源。
（4）耗能預測：查找建筑物以往的使用頻率與特點，預測未來的耗能情況，構架耗能監(jiān)測模型圖，提出節(jié)能減排的策略，為城市的生態(tài)建設做出貢獻。
4Acrel-EIOT能源物聯(lián)網云平臺
（1）概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網開放平臺是一套基于物聯(lián)網數據中臺，建立統(tǒng)一的上下行數據標準，為互聯(lián)網用戶提供能源物聯(lián)網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)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，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。
（2）應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
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