基于无线传感网络的校园水电系统开发

摘要：目前，建筑节能是实现节能减排目标任务中一个重要的环节。本文应用了无线传感网络的特点及优越性，利用Zigbee无线传输技术，将底层的采集终端，通过Zigbee无线传输网路传输，再由串口服务器将数据传输到数据中心，然后从数据中心调取数据后，进行分析监管。

关键词：能耗 Zigbee 无线传感网络 信息管理

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0180-02

1 引言

随着人类社会的发展，人们向大自然索取的资源越来越多，能源消耗日趋巨大，这种消耗往往都是不可逆转的，所以当今社会以及全球越来越重视节能减排。欧美等国家先后出台了很多节能策略，并且取得了很多成就。

校园作为社会的一部分，同时也占能耗消耗的重大比重[1]。校园内资源的浪费现象严重，长明灯、长流水等现象比比皆是，而且学校内人员众多，建筑能耗[2]多，这就使得在校园内开展节能工作成为重要的环节，并且大学生素质高，只要很好的制定一个节能策略，就会很好的起到节能的作用，节能潜力巨大。

2 校园水电管理系统硬件设计

2.1 系统总体设计

本系统分为三个子模块：（1）终端监测；（2）数据传输；（3）平台软件。①终端监测：主要是对水、电信息的采集，终端安装智能表具。对电计量监测，重点建筑根据各楼实际情况监管到楼分项支路、层分项支路；水计量监测点对楼宇总体一级计量监测，对供水源头（泵房）消耗进行计量监测，并设置过滤装置；②数据传输：主要依托于无线传感网络，采用Zigbee的传输技术进行数据的传输。配置并安装好接口服务器、数据库服务器等；终端采用具备远传功能的电子智能水表、电表的数据和控制线路布线、网络布线、串口服务器、服务器等安装，并接入校园网。③平台软件：系统实现基于节能监管平台的多系统集成，系统集成遵循“三个统一”的原则——统一门户信息、统一身份认证、统一数据平台。系统要求采用BS架构，用户在任何联网的计算机上经过授权都可以进行数据查询、分析和管理操作。系统采用树形结构进行对象选择操作，对象可以选择楼、层、间，也可以选择部门、学院，操作界面风格清新大方，易于操作，支持多业务操作。

2.2 系统总体解决方案和技术架构

本文设计的系统终端装有支持RS485接口的智能表具，然后将终端表采集的电量、水量信息通过RS485转Zigbee模块，将信息转化成Zigbee网络无线信号，ZigBee终端节点（或路由节点）将信息传递到Zigbee网络的协调器，Zigbee协调器带有RS485接口，再通过RS485转TCP/IP模块相结合，通过校园现有以太网网络实现数据远传。IT基础设施有：校园网络、主机存储、操作系统、数据库及应用服务。本系统以标准规范，信息安全，运维保障体系健全的要求设计。

2.3 设备远程监控

目前，校园网络信息化建设已到达较高水平，校园局域网遍布校内各个建筑。具备使用校园以太网作为通讯线路的基础条件。针对学校各建筑的水表的监测，将每个水表（RS485接口）的信号通过串口转换Zigbee网络，然后Zigbee网络通过RS485接口接到串口服务器，串口服务器将信号转换到以太网学校网络，最终所有水表的数据汇集到一台服务器机上。

物理上，每个串口转换模块需要设置唯一的IP地址，将模块连接到接入网络的交换机即可。作为数据最终汇集的PC机，可以放在任何位置，只需保证网络中所有模块及PC机上网即可。在PC机上，可以使用相关软件进行数据统计及图表显示等功能。

由于Zigbee是一种短距离无线传输，虽然通过多级跳以及增加功率放大器的方式也能实现上千米的传输距离，但是就校园网络目前的状况而言，第一，由于校园楼宇众多，还有两个校区，两个校区相距较远，如果设置一个无线网络会增加中心协调器的负载，而且信号传输质量也得不到保证。第二，目前校园网的铺设已经完善，学校各个教学楼、寝室楼、实验室等都有校园网络的铺设。第三，水、电监测点监测多，有些节点还很隐蔽，直接用有线传输的方式难以实现。

综上所述，本文设计了Zigbee无线网络与校园网络相结合的方式来实现，数据的采集。将每个校园里的建筑单独划分为一个独立的单元，在这个单元里设计一个Zigbee无线网络，将楼里的多个智能电表采集的信息统一发送到Zigbee协调器中，协调器带有RS485接口，通过RS485将其与串口服务器连接转换成以太网连接到校园网，数据中心直接通过ip地址就能读取到各个表所采集的信息。如图1所示，为数据传输体系结构图。

3 结论

本文应用了无线传感网络的特点及优越性，利用Zigbee无线传输技术，将底层的采集终端，通过Zigbee无线传输网路传输，再由串口服务器将数据传输到数据中心，然后从数据中心调取数据后，用网站的形式进行分析监管。系统用户交互界面友好、操作简单方便、设计方法逻辑思维强，后期维护方便，节省人力，能够准确的对校园水电进行管理和统计。目前系统运行良好，对日后的节能控制策略的研究具有深远的意义。

参考文献

[1]马金星.节约型校园节能监管平台关键技术开发与建筑能耗特性评价：[硕士学位论文].大连：大连理工大学，2011，13～18.

[2]钟伯成.建筑能耗智能监控与管理系统研究.上海工程技术大学学报，2012，3：200～204.