導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，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(cè)系統(tǒng)；分項(xiàng)計(jì)量；電氣設(shè)計(jì)；智能建筑設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TU111 文章編號(hào)：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(guò)程中運(yùn)行和管理不當(dāng)，造成了巨大的能源浪費(fèi)。為實(shí)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(xiàng)有關(guān)建立國(guó)家機(jī)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(guò)對(duì)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(duì)性地對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，更有利于國(guó)家從宏觀(guān)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(cè)系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行及管理工作，為西安市各類(lèi)公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)、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(biāo)準(zhǔn)《西安市公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》。該技術(shù)規(guī)范用于西安市各類(lèi)新建、改建、擴(kuò)建和既有公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)行和維護(hù)。本文以西安市某高校實(shí)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(lèi)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由建筑設(shè)計(jì)院隨電氣施工圖同步考慮。對(duì)建筑的機(jī)電系統(tǒng)安裝分類(lèi)、分項(xiàng)的能耗計(jì)量?jī)x表，由此得到建筑物總能源消耗與不同能源種類(lèi)、不同功能系統(tǒng)的分項(xiàng)能耗，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的分類(lèi)計(jì)量和電能耗的分項(xiàng)計(jì)量。

2 本工程能耗分項(xiàng)計(jì)量與數(shù)據(jù)設(shè)置

2.1 本工程能耗分類(lèi)與分項(xiàng)計(jì)量

分類(lèi)能耗是根據(jù)公共建筑消耗的主要能源種類(lèi)劃分的能耗數(shù)據(jù)，如電、燃?xì)狻⑺?、集中供熱、集中供冷、其他能源（集中熱水供?yīng)量、煤、油、可再生能源）等。分項(xiàng)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(lèi)能耗中，電量應(yīng)分為4項(xiàng)分項(xiàng)，包括照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電和特殊用電。電量的4項(xiàng)分項(xiàng)是必分項(xiàng)，各分項(xiàng)可根據(jù)建筑用能系統(tǒng)的實(shí)際情況靈活細(xì)分為一級(jí)子項(xiàng)和二級(jí)子項(xiàng)，是選分項(xiàng)。其他分類(lèi)能耗不應(yīng)分項(xiàng)。本項(xiàng)目建筑能耗分類(lèi)、分項(xiàng)計(jì)量如圖1所示：

2.2 能耗數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的確定

由于水、燃?xì)?、熱的能耗?jì)量相對(duì)簡(jiǎn)單，電氣專(zhuān)業(yè)只需做好相應(yīng)的通信線(xiàn)路設(shè)計(jì)，故本文重點(diǎn)探討用電分項(xiàng)能耗監(jiān)測(cè)的施工圖設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)干線(xiàn)圖和照明/動(dòng)力配電系統(tǒng)圖的基礎(chǔ)上，確定各用電回路的名稱(chēng)及供電范圍、負(fù)荷性質(zhì)等，才能確定能耗數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。

本項(xiàng)目共確定能耗數(shù)據(jù)采集點(diǎn)68個(gè)，其中用電分項(xiàng)計(jì)量采集點(diǎn)56個(gè)，其他分類(lèi)能耗計(jì)量采集點(diǎn)12個(gè)。電能耗分項(xiàng)計(jì)量采集點(diǎn)分別為：10kV高壓柜4個(gè)；變壓器低壓出線(xiàn)柜6個(gè)；低壓柜電力線(xiàn)載波1個(gè)；實(shí)訓(xùn)樓第一層～第十二層照明插座配電箱12個(gè)；第一層～第十二層公共及應(yīng)急照明配電箱12個(gè)；屋頂動(dòng)力配電箱8個(gè)；地下一層（車(chē)庫(kù)和設(shè)備房）照明插座配電箱2個(gè)，應(yīng)急照明配電箱2個(gè)，動(dòng)力配電箱2個(gè)，熱幕配電箱1個(gè)；南/北廠(chǎng)房照明插座配電箱2個(gè)，動(dòng)力配電箱2個(gè)，熱幕配電箱2個(gè)。其他分類(lèi)能耗計(jì)量采集點(diǎn)分別為：實(shí)驗(yàn)樓遠(yuǎn)傳冷水表/遠(yuǎn)傳熱水表/遠(yuǎn)傳總?cè)細(xì)獗?遠(yuǎn)傳總暖表各1個(gè)；南/北廠(chǎng)房遠(yuǎn)傳冷水表/遠(yuǎn)傳熱水表/遠(yuǎn)傳總?cè)細(xì)獗?遠(yuǎn)傳總暖表各1個(gè)。

2.3 能耗數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號(hào)與數(shù)據(jù)編碼

能耗數(shù)據(jù)編碼規(guī)則為細(xì)則層次代碼結(jié)構(gòu)，主要按7類(lèi)細(xì)則進(jìn)行編碼，包括行政區(qū)劃代碼編碼、建筑類(lèi)別編碼、建筑識(shí)別編碼、分類(lèi)能耗指編碼、分項(xiàng)能耗編碼、分項(xiàng)能耗一級(jí)子項(xiàng)編碼、分項(xiàng)能耗二級(jí)子項(xiàng)編碼。編碼后能耗數(shù)據(jù)由15位符號(hào)組成。若某一項(xiàng)目無(wú)須使用某編碼時(shí)，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(diǎn)識(shí)別編碼，如表1所示：

3 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由用戶(hù)管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層、現(xiàn)場(chǎng)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(jiàn)圖2?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的電能表采用屏蔽雙紋線(xiàn)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(lèi)處理后，上傳到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，再通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)上傳至能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)管理功能。

3.2 10kV高壓配電系統(tǒng)能耗監(jiān)測(cè)

三相多功能電能儀表DSSD25用于10kV開(kāi)關(guān)柜能耗的計(jì)量和監(jiān)測(cè)。用于分時(shí)計(jì)量正、反向有功/無(wú)功電能，計(jì)量有功/無(wú)功總電能，分相有功/無(wú)功電能，分時(shí)計(jì)量正、反向有功，正、反向無(wú)功的最大需量及發(fā)生時(shí)間等。

3.3 變壓器0.4/0.23kV系統(tǒng)能耗監(jiān)測(cè)

3.3.1 三項(xiàng)電能監(jiān)測(cè)。三相多功能電能儀表DD521用于0.4kV/10kV開(kāi)關(guān)柜能耗的計(jì)量和監(jiān)測(cè)。用于測(cè)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(wú)功功率/有功電量/無(wú)功電量。

根據(jù)配電柜的出線(xiàn)數(shù)量可選用三相多回路電能監(jiān)測(cè)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(jì)量和監(jiān)測(cè)。能夠測(cè)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(wú)功功率/有功電量/無(wú)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(duì)建筑能耗監(jiān)測(cè)末端有載波型計(jì)量和監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行采集。安裝在低壓0.4kV進(jìn)線(xiàn)柜。終端通過(guò)電力載波接口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表的召測(cè)、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(chǔ)存的數(shù)據(jù)按主臺(tái)的命令發(fā)向主臺(tái)。

電力能耗采集器DDJ01是對(duì)建筑能耗監(jiān)測(cè)末端的監(jiān)測(cè)儀表計(jì)進(jìn)行采集，安裝在每個(gè)低壓0.4kV出線(xiàn)柜，主要用于采集各種類(lèi)型的能耗儀表的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表的召測(cè)、抄收及暫存電能表數(shù)據(jù)，并將儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)向上一級(jí)的采集器。

3.4 能耗數(shù)據(jù)采集

電力能耗采集器DDJ02對(duì)電力能耗終端采集器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，安裝于開(kāi)關(guān)柜。通過(guò)RS485接口對(duì)電力能耗采集器的數(shù)據(jù)進(jìn)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(chǔ)存的數(shù)據(jù)向監(jiān)控主機(jī)發(fā)送。

水、氣型智能采集器DDJ04用于對(duì)供暖、冷水、熱水、燃?xì)獾饶芎慕K端的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)。通過(guò)RS485接口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)能耗監(jiān)測(cè)表的召測(cè)、抄收及暫存能耗監(jiān)測(cè)表數(shù)據(jù)，并將儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)向上一級(jí)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(yǔ)

本文以西安市某高校實(shí)訓(xùn)大樓為工程實(shí)例，根據(jù)國(guó)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(lèi)和分項(xiàng)計(jì)量的設(shè)置范圍。能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)隨電氣施工圖同步考慮，完成了能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于加強(qiáng)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實(shí)施意見(jiàn)（建科[2007]245號(hào)）[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(cè)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(dāng)今世界能源日益緊缺的前提下，人類(lèi)社會(huì)在更努力地開(kāi)發(fā)新能源，盡可能地節(jié)約能源，降低能源的消耗?！豆矙C(jī)構(gòu)節(jié)能條例》中明確指出：公共機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)實(shí)行能源消費(fèi)計(jì)量制度，區(qū)分用能種類(lèi)、用能系統(tǒng)實(shí)行能源消費(fèi)分戶(hù)、分類(lèi)、分項(xiàng)計(jì)量，并對(duì)能源消耗狀況實(shí)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費(fèi)現(xiàn)象。

能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)建筑安裝分類(lèi)和分項(xiàng)能耗計(jì)量裝置，采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)仁侄渭皶r(shí)采集能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)。

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(cè)數(shù)據(jù)主要包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：分類(lèi)能耗和分項(xiàng)能耗。其中，分類(lèi)能耗是指根據(jù)建筑消耗的主要能源種類(lèi)劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)。分項(xiàng)能耗是指根據(jù)建筑消耗的各類(lèi)能源的主要用途劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)。

1.分類(lèi)能耗

2.用電量

3.用水量

4.燃?xì)饬?/p>

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(xiàng)能耗：

1.照明插座用電

2.空調(diào)用電

3.動(dòng)力用電

4.特殊用電

實(shí)例應(yīng)用：

某商場(chǎng)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(tái) 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(xiàng)能耗的要求，我們對(duì)3臺(tái)低壓柜的28條低壓出線(xiàn)回路進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

共設(shè)了內(nèi)置多功能表3臺(tái)(可計(jì)量無(wú)功，諧波)，三相電能表28臺(tái)。

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

將電能表箱直接設(shè)于變配電房?jī)?nèi)，方便監(jiān)測(cè)及走線(xiàn)。當(dāng)采集后的用能數(shù)據(jù)通過(guò)RJ-485雙絞線(xiàn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)端口將能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器，由服務(wù)器實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的分類(lèi)存儲(chǔ)，并能將能耗數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng)，用能單位及上級(jí)單位可以通過(guò)遠(yuǎn)程WEB訪(fǎng)問(wèn)實(shí)時(shí)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(tái)式電腦、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、飲水機(jī)及其他臨時(shí)插座用電設(shè)備，上班時(shí)間由使用人員自行開(kāi)啟。

商場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)及超市區(qū)域照明為手動(dòng)控制，一般早上上班由工作人員自主開(kāi)啟，晚上下班手動(dòng)關(guān)閉；辦公室照明及插座用電設(shè)備一般早上上班時(shí)由員工自主開(kāi)啟，下午下班時(shí)手動(dòng)關(guān)閉。室外景觀(guān)照明為定時(shí)控制，不同季節(jié)根據(jù)天氣情況設(shè)定開(kāi)啟時(shí)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(tái)螺桿式4機(jī)頭冷水機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組總制冷量為1305 kW，總裝機(jī)容量為3915 kW，每臺(tái)輸入功率為4×90kW；冷凍水泵共4臺(tái)，單臺(tái)功率45kW；冷卻水泵共4臺(tái)，單臺(tái)功率45kW；冷卻塔置于屋頂，共六組，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為7.5kW/臺(tái)。

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(chǎng)以及超市兩個(gè)區(qū)域。系統(tǒng)采用兩管制，水平管路同程。冷水機(jī)組和水泵分別并列后通過(guò)管道相連。

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)為一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，每層均設(shè)置四臺(tái)空氣處理機(jī)組。其中三臺(tái)額定制冷量為458.7kW，電機(jī)輸入功率為11kW；另外一臺(tái)額定制冷量為394.8kW，電機(jī)輸入功率為11kW。四層設(shè)有新風(fēng)機(jī)，新風(fēng)由新風(fēng)機(jī)引入，送至各樓層空調(diào)機(jī)房與回風(fēng)混合，經(jīng)空氣處理機(jī)組熱濕處理后送至空調(diào)區(qū)域。全年沒(méi)有根據(jù)季節(jié)調(diào)節(jié)新風(fēng)比和新風(fēng)量。

動(dòng)力用電：

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

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

從監(jiān)測(cè)結(jié)果以及供電局提供的資料分析，

該建筑為商場(chǎng)類(lèi)建筑，建筑內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)主要3~11月運(yùn)行(其他時(shí)段根據(jù)需要開(kāi)啟)而照明和電梯設(shè)備全年運(yùn)行。從2009~2010年逐月用電量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出，6~10月份用電量較高，因?yàn)檫@段期間空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，且負(fù)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(chǎng)客流量的增加帶來(lái)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(kāi)啟時(shí)間較短。

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關(guān)鍵詞：機(jī)關(guān)辦公建筑 公共建筑 能耗監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）12-0109-01

1 概述

目前全國(guó)在廣泛推進(jìn)節(jié)能減排工作，隨著社會(huì)的發(fā)展全社會(huì)對(duì)能耗需求越來(lái)越高，節(jié)能的意識(shí)也從國(guó)家貫徹到各級(jí)政府及每個(gè)公民。社會(huì)生產(chǎn)生活需要有能耗，如何在全面保障社會(huì)生產(chǎn)生活的前提下降低能耗，讓能耗更加合理，這就是當(dāng)下要做的事情。

天津市的所有公共建筑需要進(jìn)行能耗的監(jiān)控與監(jiān)測(cè)。如果要做好能耗的管理與控制，就需要對(duì)這些建筑的耗能情況進(jìn)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(cè)越來(lái)越重要，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將是對(duì)所有公共建筑及設(shè)施進(jìn)行能耗的監(jiān)控與管理。

2 建設(shè)目標(biāo)

運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制、通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能計(jì)量和采集等計(jì)算機(jī)技術(shù)，以服務(wù)于天津機(jī)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(guò)對(duì)各類(lèi)能耗數(shù)據(jù)的采集，建立一個(gè)分布于天津市行政區(qū)域內(nèi)所有機(jī)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(shì)分析提供服務(wù)的，具有先進(jìn)水平的建筑能耗監(jiān)控分析系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）設(shè)計(jì)、建立能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)；（2）建設(shè)各類(lèi)數(shù)掘傳輸系統(tǒng)；完成信息中心與各監(jiān)控點(diǎn)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(yùn)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(bào)警系統(tǒng)及應(yīng)用平臺(tái)；（5）輸出工作所需的文字報(bào)告和數(shù)據(jù)報(bào)告；（6）實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑所屬單位開(kāi)放的能耗查詢(xún)系統(tǒng)；（7）對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)、開(kāi)發(fā)原則

（1）實(shí)用性與先進(jìn)性的統(tǒng)一；（2）緊密?chē)@能耗監(jiān)測(cè)管理的業(yè)務(wù)；（3）注重系統(tǒng)易操作與標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)；（4）保證系統(tǒng)具有開(kāi)放性、可擴(kuò)充性和較長(zhǎng)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(jì)過(guò)程中要充分考慮繼承不臥利用己有的硬件設(shè)備和開(kāi)發(fā)完；（7）成的軟件系統(tǒng)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行整合，在整合的基礎(chǔ)上提高；（8）系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要遵循可持續(xù)、可操作的原則，系統(tǒng)采用分級(jí)結(jié)構(gòu)逐級(jí)上傳數(shù)據(jù)，并由各中心及區(qū)縣二級(jí)平臺(tái)匯總后上傳到數(shù)據(jù)中心。

4 編制依據(jù)

（1）《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》；（2）《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》；（3）《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樓宇分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)安裝技術(shù)導(dǎo)則》；（4）《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與維護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》；（5）《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)、驗(yàn)收與運(yùn)行管理規(guī)范》；（6）《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)指導(dǎo)說(shuō)明書(shū)》。

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(xún)實(shí)時(shí)監(jiān)控情況、歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息。（2）采用基于B/S架構(gòu)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，客戶(hù)端使用瀏覽器完成全部操作。（3）支持預(yù)警和報(bào)警，報(bào)警方式包括短信報(bào)警、郵件報(bào)警，報(bào)警范圍和對(duì)象可自由設(shè)定。（4）具備獨(dú)立的能耗數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容及格式符合國(guó)家要求及天津市關(guān)于建筑能耗的有關(guān)規(guī)定。（5）以動(dòng)態(tài)圖形方式實(shí)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(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上看，全系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、區(qū)縣級(jí)數(shù)據(jù)中心、市級(jí)數(shù)據(jù)中心，但考慮到區(qū)縣級(jí)數(shù)據(jù)中心與市級(jí)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(jiǎn)單，因此硬件及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)主要考慮的目標(biāo)集中于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、區(qū)縣級(jí)數(shù)據(jù)中心層面。（2）軟件體系構(gòu)架。能耗監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用成熟、標(biāo)準(zhǔn)的J2EE企業(yè)平臺(tái)架構(gòu)搭建，具有高擴(kuò)展性、可用性、安全性、可伸縮性、可靠性及跨平臺(tái)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。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(kuò)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(gè)層次，各個(gè)層次間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的程序接口、服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)，達(dá)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(jiàn)“圖1能耗監(jiān)測(cè)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(shí)別；智能控制；節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)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(dú)立運(yùn)行的，各種電器的用電存在著非常不合理的浪費(fèi)，缺少節(jié)能的功能。即便有的用戶(hù)具有良好的節(jié)能意識(shí)，卻往往沒(méi)有很有效的節(jié)能措施。然而，當(dāng)我們的節(jié)能意識(shí)和用戶(hù)的體驗(yàn)度相矛盾時(shí)，往往會(huì)放棄節(jié)能措施，致使家用電器存在著大量電能浪費(fèi)[1]。同時(shí)，在家居電器的使用中，處于待機(jī)狀態(tài)的家用電器產(chǎn)生了大量的待機(jī)功耗，這些都造成了電能的大量浪費(fèi)。

目前，家庭能耗管理系統(tǒng)的研究主要分為兩個(gè)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(cè)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(yè)面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理。

1 系統(tǒng)概述

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

圖1中采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)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(dòng)系數(shù)。

家庭內(nèi)部的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)采用ZigBee的星型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收來(lái)自采集節(jié)點(diǎn)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(diǎn)負(fù)責(zé)接收來(lái)自采集節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)采用的的三星公司的S3C2440芯片，Linux操作系統(tǒng)，主控器主要負(fù)責(zé)命令的發(fā)送，數(shù)據(jù)的分析，以及預(yù)測(cè)算法的計(jì)算，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。

數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)采用的是Web網(wǎng)頁(yè)形式，由CGI腳本語(yǔ)言來(lái)執(zhí)行網(wǎng)頁(yè)的請(qǐng)求，并從嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite中讀取數(shù)據(jù)，作出處理后把結(jié)果以網(wǎng)頁(yè)形式返回。系統(tǒng)做到了實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)電器的電能參數(shù)，并能夠作出分析，給出用戶(hù)用電建議。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 家用電器的多特征參數(shù)提取

一個(gè)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(jī)、冰箱、微波爐、電飯煲、洗浴電器以及各種充電設(shè)備[3]。通過(guò)對(duì)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(dòng)系數(shù)BD。相關(guān)系數(shù)是衡量?jī)蓚€(gè)變量間相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量[4]，其定義公式為：

2.2 家用電器的模式識(shí)別

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

2.2.1 電器的狀態(tài)識(shí)別

本系統(tǒng)能主要是識(shí)別電啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)于電器的多狀態(tài)識(shí)別方法可以類(lèi)比。對(duì)于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的識(shí)別首先要對(duì)電器的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)區(qū)域做出識(shí)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(guān)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(dòng)的過(guò)程中電流的波動(dòng)比較大，位于暫態(tài)區(qū)，因此應(yīng)該首先識(shí)別出采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)區(qū)。本文通過(guò)對(duì)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(guò)90個(gè)采樣點(diǎn)，并且穩(wěn)態(tài)區(qū)域的電流波動(dòng)一般不超過(guò)0.05A。因此，本文在狀態(tài)識(shí)別過(guò)程中，為了保守起見(jiàn)選取120個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先，求出第i+1個(gè)采樣電流值與第i個(gè)采樣電流值之差：

如果此時(shí)的電流波動(dòng)值大于0.05，則本次采樣的電流處于暫態(tài)區(qū)，進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)。在這里，通過(guò)電器的特征參數(shù)的觀(guān)察電器的待機(jī)功耗一般小于5 W，而大于5 W的待機(jī)功耗我們等價(jià)為一個(gè)節(jié)能燈設(shè)備。

2.2.2 電器類(lèi)型的識(shí)別

電器類(lèi)型的識(shí)別包括不同類(lèi)型的電器識(shí)別和不同品牌的電器識(shí)別[7]。本文家用電器的類(lèi)型識(shí)別是依據(jù)本文提出的電器的多特征參數(shù)，在進(jìn)行類(lèi)型辨別之前建立起家用電器的樣本庫(kù)，通過(guò)計(jì)算與樣本庫(kù)最相似的電器類(lèi)型作為本次識(shí)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(lái)進(jìn)行識(shí)別。

2.3 智能預(yù)測(cè)算法設(shè)計(jì)

為了達(dá)到節(jié)能的目的，系統(tǒng)采用了智能預(yù)測(cè)算法，能夠提前預(yù)知電器的預(yù)測(cè)值，進(jìn)而提前給出開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，主控器部分。其中無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和主控器部分是系統(tǒng)研究重點(diǎn)，這里給予詳細(xì)說(shuō)明。

2.4.1 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊設(shè)計(jì)

本文中的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊采用的是ZigBee無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò)模型分為星型網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)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(hù)簡(jiǎn)單、重新配置靈活、故障隔離和檢測(cè)容易等優(yōu)點(diǎn)。

2.4.2 主控器模塊設(shè)計(jì)

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(dá)533 MHz，可以滿(mǎn)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(xiàn)通信。主控器與ZigBee無(wú)線(xiàn)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(kù)的信息。

2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括電器狀態(tài)識(shí)別、電器類(lèi)型識(shí)別、電器的智能預(yù)測(cè)以及電器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cè)到有新設(shè)備加入時(shí)會(huì)進(jìn)入中斷1。中斷1的主要工作是進(jìn)行電器狀態(tài)和電器類(lèi)型的識(shí)別，并把結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)有命令發(fā)送時(shí)，進(jìn)入中斷2。中斷2的主要工作是將命令通過(guò)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(diǎn)，并控制繼電器做出相應(yīng)動(dòng)作。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

3.1 電器開(kāi)關(guān)狀態(tài)識(shí)別

電器開(kāi)關(guān)狀態(tài)識(shí)別主要步驟為：首先，對(duì)電器的電能參數(shù)進(jìn)行采樣，讀取120個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后按下式進(jìn)行計(jì)算：

3.2 電器類(lèi)型識(shí)別

電器類(lèi)型識(shí)別的主要步驟為：首先，判斷電器是否進(jìn)入穩(wěn)態(tài)區(qū)。如果進(jìn)入穩(wěn)態(tài)區(qū)，則進(jìn)行類(lèi)型識(shí)別。然后，計(jì)算特征參數(shù)，與模型庫(kù)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，得出識(shí)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(lèi)型識(shí)別矩陣d_num[i][j]，然后按權(quán)值矩陣：

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著人類(lèi)生活水平的提高和智能家居的普及，家居電器的模式識(shí)別和節(jié)能控制是我們必須面對(duì)的問(wèn)題[10]。本文提出的一種基于電器多特征參數(shù)的模式識(shí)別能夠辨識(shí)種類(lèi)繁多的電器，這將對(duì)于家居電器類(lèi)大數(shù)據(jù)的分析提供豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源，對(duì)于家電公司具有十分現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(xiàn)

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[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.

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篇5

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

中圖分類(lèi)號(hào):F206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-4914(2010)05-062-01

一、前言

隨著人口危機(jī)、能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)日趨嚴(yán)重,人們?cè)絹?lái)越注重環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約,節(jié)能環(huán)保成為21世紀(jì)社會(huì)的主題。世界各國(guó)越來(lái)越重視節(jié)能減排工作的開(kāi)展,并在世界范圍內(nèi)展開(kāi)協(xié)作,共同應(yīng)對(duì)能源危機(jī)、全球變暖等人類(lèi)共同面臨的課題。

二、節(jié)能減排的現(xiàn)實(shí)意義

20世紀(jì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)快速,各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就,但同時(shí)也付出了巨大的資源和環(huán)境代價(jià),經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳,環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重。這種狀況與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理、增長(zhǎng)方式粗放直接相關(guān)。不加快調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式,將導(dǎo)致資源支撐不住,環(huán)境容納不下,社會(huì)承受不起,經(jīng)濟(jì)發(fā)展也必然難以為繼。

節(jié)能減排意義深遠(yuǎn),是關(guān)乎子孫后代的一項(xiàng)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(hù)緊密相關(guān),相互統(tǒng)一相互促進(jìn)。

只有堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展,才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速可持續(xù)發(fā)展。同時(shí),溫室氣體排放引起全球氣候變暖,加強(qiáng)節(jié)能減排工作,也是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的迫切需要,是我們應(yīng)該承擔(dān)的國(guó)際社會(huì)責(zé)任。

三、節(jié)能減排目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的保證

我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要提出,“十一五”期間單位國(guó)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(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān),構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的重大舉措,是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇,是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整,轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式的必由之路,是維護(hù)中華民族長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的必然要求。

要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo),筆者認(rèn)為,可從以下幾個(gè)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(zhǎng),淘汰落后生產(chǎn)能力;二是鼓勵(lì)創(chuàng)新模式,發(fā)展循環(huán)型經(jīng)濟(jì),推進(jìn)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(qiáng)合作交流;四是完善節(jié)能減排政策,建立完善監(jiān)測(cè)考核體系及制度;五是健全法制,加強(qiáng)宣傳,完善節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),提高全民節(jié)約意識(shí)。

四、建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)

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

建筑節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是依據(jù)《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》、《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》、《關(guān)于加強(qiáng)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實(shí)施意見(jiàn)》、《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》、《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑樓宇分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)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(cè)系統(tǒng)的作用。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng),針對(duì)建筑能源消耗特點(diǎn),通過(guò)采集能耗實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),即時(shí)監(jiān)測(cè)及記錄每棟建筑用能狀況;通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘分析,降低待機(jī)能耗,提高系統(tǒng)設(shè)備效率,達(dá)到管理節(jié)能目標(biāo);同時(shí)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)每個(gè)部門(mén)能耗實(shí)際用量,作為各單位部門(mén)考核指標(biāo),約束各單位部門(mén)行為節(jié)能;另外,又能為評(píng)價(jià)改造前后用能效果,提供可靠詳實(shí)的數(shù)據(jù)。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于節(jié)能降耗的國(guó)家戰(zhàn)略具有極其重要的意義。

節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改變過(guò)去能源使用的粗放型管理模式,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)能源使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用將使節(jié)能改造工程能夠得到準(zhǔn)確的效果驗(yàn)證,通過(guò)對(duì)改造前后用能量的測(cè)量和對(duì)比分析,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出節(jié)能量,使物業(yè)提高能源利用效率,提升競(jìng)爭(zhēng)力。

2.節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按功能劃分為:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、系統(tǒng)應(yīng)用。(1)數(shù)據(jù)采集層。各計(jì)量點(diǎn)儀表,通過(guò)RS485總線(xiàn)方式組網(wǎng),將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至能源管理工作站。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。采集到的能耗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在能源管理工作站,再經(jīng)過(guò)預(yù)處理程序,按照分類(lèi)能耗、分項(xiàng)能耗、分戶(hù)能耗等實(shí)際需要的數(shù)據(jù)格式永久保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。(3)系統(tǒng)應(yīng)用層。應(yīng)用軟件層,可實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)巡檢、能源消耗監(jiān)視、能源消耗圖形顯示、記錄打印、報(bào)警、趨勢(shì)分析等功能,通過(guò)賬號(hào)和權(quán)限管理,能夠按責(zé)任分成不同的領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)授權(quán)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)異地瀏覽功能,可以對(duì)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)用、存儲(chǔ)、并進(jìn)行顯示。

3.節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能模塊。節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)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(jí)管理(如下圖),使不同職位職責(zé)明晰,分工明確,可以有效監(jiān)測(cè)節(jié)能目標(biāo)。

監(jiān)管平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)如下功能:實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)、分類(lèi)、分項(xiàng)、分戶(hù)能耗分析,待機(jī)能耗分析、趨勢(shì)分析、能源診斷、節(jié)能潛力挖掘、能耗報(bào)警、運(yùn)行日志管理、登錄權(quán)限管理。

對(duì)于節(jié)能管理監(jiān)測(cè)信息中心,還要實(shí)現(xiàn)以下功能:能源審計(jì)功能、能耗監(jiān)測(cè)功能、能耗公示功能、制度建設(shè)功能。

五、節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)監(jiān)測(cè)指導(dǎo)下的節(jié)能措施

通過(guò)節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè),可隨時(shí)監(jiān)測(cè)到建筑的用能異常、用能超標(biāo)以及節(jié)能效果,監(jiān)管系統(tǒng)通過(guò)橫向縱向的對(duì)比,全面細(xì)致地分析、挖掘節(jié)能空間,給出節(jié)能方向。

針對(duì)“跑、冒、滴、漏”造成的能源消耗,可以及時(shí)告知值班人員處理;對(duì)于因?yàn)槿藛T使用造成的能耗超標(biāo),可以采取行政措施,定時(shí)限電,按量供水,以及通過(guò)獎(jiǎng)懲制度進(jìn)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(yáng)能供電、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)等;通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新,進(jìn)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(jī)組系統(tǒng)智能模糊控制等;通過(guò)以上行政手段和諸多技術(shù)手段的綜合運(yùn)用,來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)平臺(tái)給出的節(jié)能潛力挖掘。

六、結(jié)語(yǔ)

節(jié)能監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在節(jié)能減排的國(guó)際大形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生,其功能也會(huì)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(yùn)用,必將在節(jié)能環(huán)保大業(yè)中作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

1.金振星.大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管制度設(shè)計(jì)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(mén)窗,2009(11)

篇6

1 模擬目標(biāo)項(xiàng)目概況

實(shí)際模擬的高校屬于我國(guó)重點(diǎn)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(gè)方面：首先該校園處于建設(shè)發(fā)展時(shí)期，因此每年用能量均處在不斷增長(zhǎng)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(huì)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(dāng)前學(xué)校年用電量超過(guò)2300萬(wàn)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(gè)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(yán)重。

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

a.行政辦公建筑

b.教學(xué)樓建筑

c.實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)樓建筑

d.學(xué)術(shù)報(bào)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(shí)驗(yàn)室、工廠(chǎng)

h.體育場(chǎng)館類(lèi)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(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過(guò)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：利用數(shù)字電表采集用電數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)過(guò)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(duì)用電信息進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而為校園各用電部門(mén)提供參考。另外，設(shè)計(jì)時(shí)為了減少投資成本，要求以“因校制宜，簡(jiǎn)約可靠”為原則，充分利用已有資源。

3 節(jié)能監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)

節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)主要適用于對(duì)校園建筑設(shè)施能耗的計(jì)量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能分析及節(jié)能指標(biāo)管理，區(qū)別與一般以對(duì)建筑設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)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(fèi)管理為主要目的的水電氣表遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)。但鼓勵(lì)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(jì)量表具、數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換裝置（本導(dǎo)則簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)時(shí)采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)比對(duì)、圖表顯示、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)上傳等功能；滿(mǎn)足校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求。

3.1 計(jì)量類(lèi)型

為了滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)部門(mén)制定的節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要求，前端計(jì)量裝置應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)、分區(qū)、分戶(hù)的電能統(tǒng)計(jì)。因此，應(yīng)將校園用電劃分為不同的類(lèi)型，并根據(jù)不同類(lèi)型配備專(zhuān)門(mén)電能計(jì)量設(shè)備。該校園用電類(lèi)型主要分為照明、空調(diào)、動(dòng)力以及特殊用電四種類(lèi)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(jī)組等；動(dòng)力用電指生活用水、自來(lái)水加壓、電梯等能夠提供動(dòng)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(shí)驗(yàn)設(shè)備等。

3.2 劃分計(jì)量單元

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

首先，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)用電負(fù)荷運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為電能的計(jì)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(shí)際情況，劃分合理的計(jì)量單元；其次，將辦公區(qū)、院系樓、學(xué)科等部門(mén)劃分不同的計(jì)量單元。該校辦公區(qū)大部分為單相用戶(hù)，因此應(yīng)根據(jù)不同的房間劃分計(jì)量單元，尤其應(yīng)注重細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)。例如在不同的辦公室安裝剩余電流保護(hù)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(jìn)而能夠評(píng)估和掌握不同單元耗能情況。該校實(shí)驗(yàn)室安裝有動(dòng)力配電箱，從而能夠?yàn)槭覂?nèi)的動(dòng)力裝置和空調(diào)提供電能，為此需要對(duì)該部分電路進(jìn)行一定的改造，即將室內(nèi)的插座和照明負(fù)荷均接入動(dòng)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(duì)實(shí)驗(yàn)室公共部分的用電應(yīng)進(jìn)行分開(kāi)計(jì)量；最后，劃分學(xué)生宿舍、服務(wù)實(shí)體、教學(xué)生活輔助用房計(jì)量單元。其中考慮到學(xué)生宿舍不同房間已安裝計(jì)量裝置，設(shè)計(jì)時(shí)為實(shí)現(xiàn)對(duì)原有設(shè)施用電情況的計(jì)量，應(yīng)安裝三相數(shù)字電表進(jìn)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(shū)館服務(wù)實(shí)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(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的合理性，應(yīng)對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的把握。該校園節(jié)能監(jiān)測(cè)準(zhǔn)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(jì)費(fèi)系統(tǒng)。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)用電信息的統(tǒng)計(jì)和用電費(fèi)用的結(jié)算，另外，還能對(duì)網(wǎng)損、線(xiàn)損以及電量平衡等進(jìn)行考核；為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(gè)智能電表網(wǎng)關(guān)可接入256×128臺(tái)數(shù)字電報(bào)，并按照Modbus-RTU協(xié)議要求進(jìn)行通信，距離可達(dá)一千米。通信網(wǎng)絡(luò)架設(shè)主要利用較為經(jīng)濟(jì)的雙絞線(xiàn)結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)電能信息的采集是整個(gè)監(jiān)測(cè)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(guò)電表網(wǎng)關(guān)連接在校園上。

4.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件評(píng)估

首先，經(jīng)過(guò)全面的分析，設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)符合國(guó)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(shì)較為明顯。另外數(shù)據(jù)信息傳輸主要以有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)結(jié)合方式進(jìn)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(jì)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(dāng)有大量數(shù)字電表接入時(shí)，能夠有效解決可變波特率、沖突、尋址等問(wèn)題；最后，通常情況下，不同類(lèi)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(lèi)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(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件體系

節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中管理系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮能浖M(jìn)行管理，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用功能將服務(wù)對(duì)象劃分不同的類(lèi)型。設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)象。另外，在節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，管理平臺(tái)可對(duì)框架中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，以滿(mǎn)足節(jié)能的各項(xiàng)要求。

5.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成

監(jiān)測(cè)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(xiàng)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(chǔ)智能電表網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，主要通過(guò)Socket協(xié)議實(shí)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(chǔ)在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中；數(shù)據(jù)處理主要負(fù)責(zé)三個(gè)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(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合理性進(jìn)行檢查；最后，將用電設(shè)備的日結(jié)算記錄以及各項(xiàng)能耗用量計(jì)算出來(lái)；分項(xiàng)能耗結(jié)算服務(wù)負(fù)責(zé)分項(xiàng)能耗用量的讀取以及能耗日志記錄的計(jì)算工作。

6 預(yù)測(cè)節(jié)能目標(biāo)

根據(jù)模擬建筑可能的不同用電運(yùn)行模式，通過(guò)制定節(jié)能工作計(jì)劃，應(yīng)用節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并結(jié)合使用加強(qiáng)供電設(shè)備維護(hù)，不斷優(yōu)化低成本控制措施等方法，對(duì)該系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估可知該體系可節(jié)約能耗超過(guò)20%，累計(jì)節(jié)約用電2100萬(wàn)kWh，能為學(xué)校節(jié)省大量用電成本開(kāi)支，符合建設(shè)節(jié)約型校園的目標(biāo)要求。

篇7

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

中圖分類(lèi)號(hào)： TN931+.3?34； TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(lái)，隨著學(xué)術(shù)界對(duì)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(cè)中，對(duì)改善居民生活方式、增強(qiáng)企業(yè)效益具有重要作用。在未來(lái)，傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛[1?3]。在國(guó)家大力提倡節(jié)能的當(dāng)今社會(huì)，學(xué)術(shù)界開(kāi)始關(guān)注到傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能耗問(wèn)題。在以往設(shè)計(jì)出的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件中，由于受到傳感器網(wǎng)絡(luò)中龐大的節(jié)點(diǎn)規(guī)模限制，軟件的監(jiān)測(cè)距離較短，并無(wú)法有效延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)工作壽命，高性能的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件仍待開(kāi)發(fā)[4?6]。

1 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)

1.1 FPGA軟件設(shè)計(jì)

采集程序利用規(guī)格為50 MHz的看門(mén)狗計(jì)時(shí)器為FPGA的采集工作計(jì)時(shí)，這種計(jì)時(shí)器能夠?yàn)镕PGA提供0.02 μs的采集間隔。也就是說(shuō)，加入50 MHz看門(mén)狗計(jì)時(shí)器的采集程序能夠使FPGA每隔0.02 μs便采集到一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(guò)高造成的節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)丟失和亂碼情況，所設(shè)計(jì)的采集程序?qū)?duì)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)的字節(jié)共有16位，所設(shè)計(jì)的采集程序?qū)⑦@16位字節(jié)分成4段。封裝時(shí)，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(jì)算字節(jié)。當(dāng)需要提取被封裝后的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先對(duì)其進(jìn)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(diǎn)能耗數(shù)據(jù)。

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

由圖1可知，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件所提供的節(jié)點(diǎn)能耗識(shí)別碼包括復(fù)位碼、計(jì)時(shí)碼、A/D碼和輸出控制碼，這些節(jié)點(diǎn)能耗識(shí)別碼能夠幫助軟件獲取到更遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)距離。當(dāng)FPGA根據(jù)采集程序采集到傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)，并經(jīng)由輸出控制碼通過(guò)串口輸出后，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件將使用A/D碼對(duì)其進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，計(jì)時(shí)碼在模/數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中提供計(jì)時(shí)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(jìn)行。

1.2 控制板軟件設(shè)計(jì)

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

由圖2可知，在表1中，采集程序?yàn)楣?jié)點(diǎn)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(jì)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件根據(jù)前端字節(jié)的不同，對(duì)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)中的4段數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，進(jìn)而延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)工作壽命。控制器讀取流程對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)運(yùn)行4次循環(huán)，以獲取完整的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)。

2 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)的軟件實(shí)現(xiàn)

當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)被完整獲取后，控制板將對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，給出節(jié)點(diǎn)能耗調(diào)節(jié)建議。所設(shè)計(jì)的傳感器W絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件將對(duì)控制板節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)工作的功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。

由圖3可知，為了實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)，軟件給予控制板兩項(xiàng)功能，分別是能耗監(jiān)測(cè)對(duì)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(diǎn)能耗數(shù)據(jù)輸入到能耗監(jiān)測(cè)對(duì)比功能中的傳感器網(wǎng)絡(luò)模型。對(duì)該模型的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比可獲取對(duì)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(jìn)行相同位置同一節(jié)點(diǎn)的能耗對(duì)比，可獲取對(duì)比數(shù)據(jù)集合2。

將2個(gè)對(duì)比數(shù)據(jù)集合匯總，經(jīng)由功能軟件接口中的實(shí)現(xiàn)代碼進(jìn)行解析，可獲取最終的節(jié)點(diǎn)能耗調(diào)節(jié)建議，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)軟件對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗的有效監(jiān)測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上。實(shí)驗(yàn)采取圓形區(qū)域監(jiān)測(cè)方式，方便數(shù)據(jù)記錄。

3.2 監(jiān)測(cè)距離實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)距離包含監(jiān)控距離和探測(cè)距離。在本文實(shí)驗(yàn)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(cè)距離則是指能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效重構(gòu)的軟件延伸半徑。實(shí)驗(yàn)中，依次增加圓形監(jiān)測(cè)區(qū)域半徑，三種軟件的監(jiān)控距離和探測(cè)距離曲線(xiàn)如圖5、圖6所示。

由圖5可知，本文軟件監(jiān)控距離曲線(xiàn)的橫縱坐標(biāo)數(shù)值幾乎一致，證明本文軟件能夠準(zhǔn)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(yuǎn)。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(cè)距離曲線(xiàn)均存在較大的波動(dòng)，且數(shù)值較低，表明這兩種軟件的探測(cè)性能不強(qiáng)，因此檢測(cè)距離較近。本文軟件的探測(cè)距離曲線(xiàn)則僅存在微小波動(dòng)，與監(jiān)控距離相比并無(wú)較大的下降。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠驗(yàn)證，本文軟件具有較遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)距離。

4 結(jié) 論

在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)的持續(xù)采集，控制板對(duì)節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，給出節(jié)點(diǎn)能耗調(diào)節(jié)建議。本文設(shè)計(jì)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)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(shí)驗(yàn)對(duì)比了本文軟件、TOSSIM軟件和DUTTA軟件的監(jiān)測(cè)距離和節(jié)點(diǎn)工作壽命延長(zhǎng)性能。結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的軟件監(jiān)測(cè)距離較遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)工作壽命延長(zhǎng)性能頗佳。

參考文獻(xiàn)

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篇8

1分布式電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求

對(duì)于分布式電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，聯(lián)系各個(gè)智能裝置的通信網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性由于電力系統(tǒng)中故障保護(hù)、開(kāi)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(shí)時(shí)性。(3)良好的環(huán)境適應(yīng)性能適應(yīng)變電站的強(qiáng)電磁干擾和電磁污染.

2現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)CANBUS的特點(diǎn)

CAN總線(xiàn)是英文ControlAre。Net的縮寫(xiě)，該網(wǎng)絡(luò)最初是為汽車(chē)電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，專(zhuān)為強(qiáng)干擾環(huán)境下實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)使用，具有許多其他網(wǎng)絡(luò)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，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(chǎng).

2.1多主工作方式

CANBUS可以多主方式工作，網(wǎng)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活.利用這一特點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)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(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，大大節(jié)省了總線(xiàn)沖突裁決時(shí)間.這一點(diǎn)對(duì)保證重要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性有重大意義.例如:變電站中開(kāi)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(jí).CANBUS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有128個(gè)優(yōu)先級(jí).

2.3強(qiáng)有力的錯(cuò)誤控制及錯(cuò)誤盆發(fā)功能

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

2.4通信距離

通信距離長(zhǎng)，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(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

分布式電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由CANBUS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)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(jī)械化糧庫(kù)電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)例進(jìn)行分析。廣州港新沙機(jī)械化糧庫(kù)電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1新沙糧庫(kù)電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況

廣州港新沙機(jī)械化糧庫(kù)是國(guó)家“九五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，糧庫(kù)工作塔安裝的斗提取料機(jī)生產(chǎn)能力為5。。t/h，它的配套低壓電機(jī)容量為132kw，這在低壓電機(jī)中屬大容量電機(jī).同時(shí)應(yīng)用場(chǎng)合為糧食提升，有空載、重載、負(fù)載變化等工況，甚至有重載啟動(dòng)等特殊工況.在這些工況下，為保證電機(jī)的正常工作，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的工作狀態(tài)，因此我們?cè)O(shè)計(jì)安裝了基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng).本電力監(jiān)測(cè)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(cāng)二層低壓電氣室，兩地電纜距離220m，其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝于中央控制室，電力監(jiān)測(cè)智能儀表安裝于低壓室低壓電器柜附近的電力監(jiān)測(cè)柜，兩部分通過(guò)屏蔽雙紋線(xiàn)通信。監(jiān)控計(jì)算機(jī)上配t組態(tài)監(jiān)控軟件，可直觀(guān)的顯示各被監(jiān)測(cè)電機(jī)的工作情況，并作詳細(xì)記錄.

3.2CANBUS網(wǎng)絡(luò)

CANBUS網(wǎng)絡(luò)由分布于現(xiàn)場(chǎng)、控制室的各個(gè)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)組成。3.么1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用的CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)為二線(xiàn)總線(xiàn)制串行網(wǎng)絡(luò)，上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用雙機(jī)冗余熱備方式，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換至從機(jī)，實(shí)現(xiàn)不間斷監(jiān)控.各現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)按需要設(shè)置于變電所或機(jī)側(cè)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信線(xiàn)串行連接，可任意增加或刪除節(jié)點(diǎn).網(wǎng)絡(luò)通信距離可延伸至10km，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可達(dá)到110個(gè)，當(dāng)需要監(jiān)測(cè)更多的節(jié)點(diǎn)時(shí)，可通過(guò)加設(shè)網(wǎng)絡(luò)控制器增加網(wǎng)段數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn).3.2.2節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)具體為智能電力監(jiān)測(cè)儀表內(nèi)的智能CAN通信接口卡，控制室的節(jié)點(diǎn)具體為插入監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(xiàn)控制器、CAN總線(xiàn)收發(fā)器組成，可獨(dú)立地完成通信工作.智能CAN通信接口卡實(shí)現(xiàn)的功能為和主CPU交換數(shù)據(jù)，實(shí)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(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)兩端安裝終端匹配電阻，每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(xiàn)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(yùn)行于電磁干擾強(qiáng)的變電站環(huán)境或露天長(zhǎng)距離傳輸環(huán)境.

3.3現(xiàn)場(chǎng)電力監(jiān)測(cè)智能儀表

電力監(jiān)測(cè)智能儀表的型號(hào)為Aucutech一100，具有CANBUS通信接口，安裝在變電所開(kāi)關(guān)柜、MCC柜內(nèi)，監(jiān)測(cè)一回輸電線(xiàn)路，完成PT、CT信號(hào)的采集，并進(jìn)行電量的運(yùn)算和顯示，通過(guò)掛接開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊和模擬量輸入模塊，可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控功能.

3.4上位監(jiān)控軟件

監(jiān)控計(jì)算機(jī)硬件為奔騰級(jí)PC機(jī)，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(jì)為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，可通過(guò)DDE服務(wù)程序和流行的人機(jī)界面軟件(如INTOUCH、FIX)動(dòng)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(cè);異構(gòu)的生理傳感器;低功耗調(diào)度

中圖分類(lèi)號(hào): TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)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(lái),隨著可穿戴計(jì)算和生物信息傳感技術(shù)的飛速發(fā)展,無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Wireless Physiological Monitoring System, WPMS)能夠在人體自然狀態(tài)下對(duì)體征狀況進(jìn)行長(zhǎng)期的無(wú)創(chuàng)連續(xù)監(jiān)測(cè),并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè)日積月累的過(guò)程,無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)地檢測(cè)各種生理信息,可對(duì)生理趨勢(shì)或治療效果進(jìn)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的目標(biāo),Chen等[4]針對(duì)無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)應(yīng)用提出了一種低功耗的微控制器設(shè)計(jì)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(fēng)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(kāi)發(fā)了一種可穿戴的體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了心率檢測(cè)、跌倒檢測(cè)、緊急呼叫與GPS定位等功能,以幫助減少異常體征狀況對(duì)穿戴者生命的威脅。未來(lái),無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一方面將能夠監(jiān)測(cè)更多的生理信息,以實(shí)現(xiàn)全方位的體征監(jiān)測(cè);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(chēng)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(gè)協(xié)調(diào)器和若干生理傳感器組成,且依賴(lài)于電池供電[7]。不同于一般的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò),體域網(wǎng)僅在人體區(qū)域內(nèi)進(jìn)行近距離的通信,協(xié)調(diào)器作為其中心節(jié)點(diǎn),與多個(gè)生理傳感器構(gòu)成星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),不需要耗能的路由操作。針對(duì)醫(yī)療保健類(lèi)應(yīng)用,IEEE 802.15.6等國(guó)際組織正在進(jìn)行體域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,以期實(shí)現(xiàn)低生理負(fù)荷、低心理負(fù)擔(dān)的無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)[8]。目前,體域網(wǎng)主要采用3種短距無(wú)線(xiàn)通信技術(shù):超寬帶(UltraWideBand, UWB)、Bluetooth和ZigBee。相對(duì)于Bluetooth與ZigBee,UWB使用500 MHz以上的傳輸帶寬,具有傳輸視線(xiàn)無(wú)限制、抗干擾性強(qiáng)、功耗低和對(duì)人體影響小等諸多優(yōu)勢(shì),因此UWB體域網(wǎng)有望成為未來(lái)各種無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信平臺(tái)[9]。

無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要持續(xù)地獲取各種生理信息,多個(gè)生理傳感器的聯(lián)合調(diào)度對(duì)于延長(zhǎng)此類(lèi)系統(tǒng)的工作壽命是非常重要的[10]。在通常的無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中[11],各個(gè)生理傳感器按照給定的感知模式獨(dú)立地進(jìn)行監(jiān)測(cè),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(wú)線(xiàn)通信研究表明,每比特?cái)?shù)據(jù)的平均傳輸功耗隨著瞬時(shí)傳輸速率的增加而減少。因此對(duì)于無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè),Ghasemzadeh等[12]提出通過(guò)貪婪緩存分配算法對(duì)各生理傳感器的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度,在延時(shí)約束下使無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸,以減少整個(gè)系統(tǒng)的功耗。在已有的調(diào)度方法中,無(wú)論穿戴者的體征狀況如何,所有生理傳感器都會(huì)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(wú)效的生理數(shù)據(jù)。

本文的目標(biāo)在于針對(duì)現(xiàn)有調(diào)度機(jī)制的不足,為無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)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(duì)該類(lèi)系統(tǒng)提出了一種基于體征狀態(tài)機(jī)的低功耗調(diào)度方法,以滿(mǎn)足長(zhǎng)期體征監(jiān)測(cè)的需求。

1 無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)

在完成穿戴者的個(gè)人特征輸入之后,無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N生理信息進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),并通過(guò)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(duì)收到的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ),隨后向各生理傳感器發(fā)送控制信令。圖1給出了無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),該系統(tǒng)需要部署一個(gè)協(xié)調(diào)器以及b1~b6等6個(gè)異構(gòu)的生理傳感器,無(wú)線(xiàn)通信采用星形拓?fù)涞腢WB體域網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)配置完成之后,協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)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(fù)責(zé)各種生理信息的采集和監(jiān)測(cè),并對(duì)生理信號(hào)進(jìn)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(guò)無(wú)線(xiàn)接口向協(xié)調(diào)器傳輸。協(xié)調(diào)器是一個(gè)具有多模無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn),負(fù)責(zé)調(diào)度各生理傳感器的工作時(shí)間,并通過(guò)異構(gòu)多源信息融合技術(shù)來(lái)分析當(dāng)前的體征狀況;同時(shí),協(xié)調(diào)器還能與3G/4G等廣域外網(wǎng)連接,當(dāng)穿戴者出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)自動(dòng)向家人或急救中心報(bào)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(duì)于無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)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(jìn)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(guò)體域網(wǎng)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。穿戴式設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)生理信息的獲取,并進(jìn)行放大、濾波、A/D等信號(hào)預(yù)處理。生理信號(hào)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(jī)理,呼吸采用體積描記法,血壓采用無(wú)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(cè)采用三軸加速度計(jì)或陀螺儀。處理器模塊負(fù)責(zé)控制各個(gè)模塊,并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼與緩存。體域通信模塊負(fù)責(zé)將生理數(shù)據(jù)通過(guò)UWB無(wú)線(xiàn)方式傳輸給協(xié)調(diào)器,并接收來(lái)自協(xié)調(diào)器的控制信令。電源模塊負(fù)責(zé)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(rèn)生理傳感器無(wú)須發(fā)送不變的生理數(shù)據(jù),這樣就減少了無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。此外,生理傳感器還可設(shè)置啟動(dòng)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(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)度中樞,它在開(kāi)機(jī)后首先創(chuàng)建一個(gè)UWB體域網(wǎng),接納各生理傳感器的入網(wǎng)請(qǐng)求。在網(wǎng)絡(luò)建立后,協(xié)調(diào)器需要根據(jù)當(dāng)前監(jiān)測(cè)情況控制各生理傳感器的運(yùn)行,盡量避免不必要的能量消耗。協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)如下任務(wù):1)與生理傳感器進(jìn)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(jìn)行體征評(píng)估,將處理獲得的特征值與正常門(mén)限進(jìn)行比較,以便監(jiān)測(cè)到可能的健康風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常體征狀況時(shí),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(shí),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(shí)給予急救。

1.3 UWB體域網(wǎng)的通信機(jī)制

能量受限一直是體域網(wǎng)所面臨的主要挑戰(zhàn),無(wú)線(xiàn)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(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行高速傳輸是降低無(wú)線(xiàn)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?。在延時(shí)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(shí),再以突發(fā)數(shù)據(jù)形式和更高的瞬時(shí)速度進(jìn)行發(fā)送,以降低系統(tǒng)功耗。一個(gè)高效的突發(fā)通信機(jī)制應(yīng)在延時(shí)允許的情況下,最大限度地減少無(wú)線(xiàn)傳輸次數(shù)及無(wú)線(xiàn)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(shí)分多址方式,保留通道占用時(shí)隙的相關(guān)信息在信標(biāo)時(shí)段傳送,各個(gè)生理傳感器使用信標(biāo)幀來(lái)同步傳輸,傳感器之間不會(huì)相互干擾。

2 系統(tǒng)調(diào)度建模

在無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,監(jiān)測(cè)周期的長(zhǎng)度可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)定,通常為1s~60s。為敘述方便,先對(duì)要用到的符號(hào)進(jìn)行定義:假定系統(tǒng)總共包含K個(gè)異構(gòu)的生理傳感器,分別監(jiān)測(cè)K種生理信息;V={1,2,…,K}表示這K個(gè)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(shí)間順序的第t個(gè)監(jiān)測(cè)周期,T表示能量耗盡時(shí)的總監(jiān)測(cè)周期數(shù)。傳感器集合V(t)是由第t個(gè)監(jiān)測(cè)周期正常運(yùn)行的生理傳感器組成,即V(t)V;Eb(t)表示V(t) 在第t個(gè)監(jiān)測(cè)周期的運(yùn)行能耗,Ec(t)表示協(xié)調(diào)器在第t個(gè)監(jiān)測(cè)周期的運(yùn)行能耗,E表示整個(gè)系統(tǒng)的總能量。進(jìn)一步地,U(t)表示在第t個(gè)監(jiān)測(cè)周期取得的體征監(jiān)測(cè)效用,系統(tǒng)調(diào)度的目標(biāo)就是在總能耗約束下去最大化總的體征監(jiān)測(cè)效用,以獲取更有價(jià)值的體征信息。這樣,本文研究的問(wèn)題可以用式(1)表示:

max ∑Tt=1U(t)(1)

s.t. ∑Tt=1Eb(t)+∑Tt=1Ec(t)≤E

對(duì)于上述受限最優(yōu)化問(wèn)題,準(zhǔn)確地解析表達(dá)式難以實(shí)現(xiàn),本文試圖找出一種實(shí)際可行的解決方案。因此,本文進(jìn)一步假定每個(gè)監(jiān)測(cè)周期的體征監(jiān)測(cè)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(wèn)題:如何有效地選取傳感器集合V(t)來(lái)增加總監(jiān)測(cè)周期數(shù)T。

3 基于體征狀態(tài)機(jī)的調(diào)度

無(wú)線(xiàn)體征監(jiān)測(cè)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(gè)人的體征狀況本質(zhì)上具有模糊性,但仍可根據(jù)人類(lèi)的認(rèn)知水平進(jìn)行一定的分類(lèi)。本文將體征狀況簡(jiǎn)單地分成如下五種體征狀態(tài)機(jī):

健康狀態(tài)S1 體征狀況滿(mǎn)足醫(yī)學(xué)意義上健康的生理指標(biāo),且與過(guò)去收集的特異性生理信息進(jìn)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(mǎn)足醫(yī)學(xué)意義上一般的生理指標(biāo),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(mǎn)足醫(yī)學(xué)意義上一般的生理指標(biāo);

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

突發(fā)危險(xiǎn)狀態(tài)S5 體征狀況突然發(fā)生危險(xiǎn)的改變,例如跌倒、中風(fēng)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(jī)。體征狀態(tài)機(jī)的改變通常是一個(gè)漸進(jìn)的、復(fù)雜的過(guò)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(jī)模型,每個(gè)體征狀態(tài)機(jī)分別代表一種體征狀況,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在各種體征狀態(tài)機(jī)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)多源生理信息沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的變化時(shí),系統(tǒng)保持同一體征狀態(tài)機(jī);當(dāng)多源生理信息有實(shí)質(zhì)變化時(shí),系統(tǒng)將更新體征狀態(tài)機(jī)。例如,假定穿戴者的體征狀態(tài)機(jī)最初在健康狀態(tài)S1,隨后他的血壓水平開(kāi)始逐漸下降,脈搏率開(kāi)始增加,體征狀態(tài)機(jī)在某一監(jiān)測(cè)周期過(guò)渡到亞健康狀態(tài)S2,進(jìn)而病情加重過(guò)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(huì)立即轉(zhuǎn)到突發(fā)危險(xiǎn)狀態(tài)S5,并產(chǎn)生預(yù)警;在康復(fù)或警報(bào)解除的情況下,體征狀態(tài)機(jī)又會(huì)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(jī)應(yīng)選取一個(gè)精簡(jiǎn)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(lái)可以確定是心臟病發(fā)作還是跳躍、咳嗽等正常活動(dòng)。因此,本文提出了一種基于體征狀態(tài)機(jī)的系統(tǒng)調(diào)度方法,該方法根據(jù)當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期的體征狀態(tài)機(jī)確定下一監(jiān)測(cè)周期的傳感器集合,其他傳感器則進(jìn)入休眠狀態(tài),以便降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。根據(jù)當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期的體征狀態(tài)機(jī),體征狀況越接近“危險(xiǎn)”,系統(tǒng)應(yīng)在下一監(jiān)測(cè)周期開(kāi)啟更多的生理傳感器來(lái)進(jìn)行相對(duì)重要的監(jiān)測(cè)。例如,健康狀態(tài)S1只須開(kāi)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(kāi)啟更多的生理傳感器,重癥狀態(tài)S4開(kāi)啟絕大部分的生理傳感器,突發(fā)危險(xiǎn)狀態(tài)S5開(kāi)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(jī)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(gè)監(jiān)測(cè)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(guò)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(rèn)不向協(xié)調(diào)器傳輸。特別地,在第1個(gè)監(jiān)測(cè)周期,所有生理傳感器V均進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸。

篇10

關(guān)鍵詞：地下水位 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（b）-0011-01

對(duì)于地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)對(duì)于促進(jìn)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性以及地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

1 建設(shè)地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的信息直接影響人們生活以及農(nóng)業(yè)模式的選擇。對(duì)于地下水狀況的掌握需要測(cè)量多個(gè)和地下水資源有關(guān)系的多個(gè)參數(shù)，其中最重要的就是水位的測(cè)量，水位一旦發(fā)生某些輕微的變動(dòng)就會(huì)對(duì)人們生活生產(chǎn)造成極大的影響。因此加強(qiáng)水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立和完善對(duì)于促進(jìn)區(qū)域內(nèi)水資源合理利用有著重要作用。但是就我國(guó)目前地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立情況來(lái)看，其還存在這許多的問(wèn)題。目前對(duì)于地下水測(cè)量的主要方式還以傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的方式為主，即在被測(cè)量地運(yùn)用手工放線(xiàn)或者簡(jiǎn)單測(cè)量?jī)x器等對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量，這種方式受外界因素的影響較大，不利于相關(guān)部門(mén)對(duì)于水位精確變化的掌握。

2 地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)

地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立最主要的目的就是為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、高效的對(duì)地下水位進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在此系統(tǒng)中水位測(cè)量數(shù)據(jù)的采集主要運(yùn)用的就是相關(guān)傳感器，當(dāng)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(duì)于數(shù)據(jù)的分析創(chuàng)造條件。在對(duì)水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立過(guò)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(duì)于各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位數(shù)據(jù)的采集可以采用無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)，像ZIGBEE等。一個(gè)完善的水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)改能夠?qū)崿F(xiàn)每天都能對(duì)水位進(jìn)行采集并把所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自我儲(chǔ)存的功能，從而為水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。

2.2 地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成部分

地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)的對(duì)象主要為地下水位的高度以及埋藏的長(zhǎng)度，所檢測(cè)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(kù)中并能夠經(jīng)處理之后以報(bào)表和曲線(xiàn)等形式得以體現(xiàn)。一般情況下一個(gè)完整的地下水位檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該由傳感器、檢測(cè)主機(jī)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(jī)理傳感器也叫做換能器、變送器以及探測(cè)器等。其在地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中所具有的最主要的作用就是對(duì)水位的變化情況進(jìn)行檢測(cè)和感知，并把所感知的變化情況以數(shù)據(jù)信號(hào)的形式得以體現(xiàn)。在地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所運(yùn)用的傳感器的類(lèi)型為水位傳感器，在對(duì)傳感器類(lèi)型進(jìn)行選擇時(shí)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(cè)量范圍（FS）：0--50mH2o；

允許過(guò)壓：2倍滿(mǎn)量程壓力；

測(cè)量介質(zhì)：與316不銹鋼兼容的液體；

綜合精度：±0.25%FS；

長(zhǎng)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(diǎn)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(hào)輸出：4～20mA；

負(fù)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(zhuān)用電纜；

絕緣電阻：100MΩ，500VDC；

防雷：三級(jí)防雷設(shè)計(jì)（1萬(wàn)V/5kA）；特殊可（2萬(wàn)V/1萬(wàn)A）；

防護(hù)等級(jí)：外殼防護(hù)等級(jí)IP68；

安全防爆：ExiaⅡ CT5；

分辨率：無(wú)限?。ɡ碚摚?/100000（通常）。

（2）監(jiān)測(cè)主機(jī)RTU。

在對(duì)監(jiān)測(cè)主機(jī)RTU進(jìn)行選擇時(shí)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(mǎn)足于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，在主機(jī)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(xún)--應(yīng)答式和自報(bào)式的混合工作制式。另外主機(jī)還應(yīng)該具有定時(shí)自檢發(fā)送、死機(jī)自動(dòng)復(fù)位、站址設(shè)定、掉電數(shù)據(jù)保護(hù)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘校準(zhǔn)、直觀(guān)現(xiàn)場(chǎng)顯示和設(shè)備測(cè)試等功能；可顯示、主動(dòng)發(fā)送電源電壓、端口工作狀態(tài)；能接受中心站的遠(yuǎn)程自動(dòng)校時(shí)，計(jì)時(shí)誤差不超過(guò)2min/年；能接受中心站的按時(shí)段遠(yuǎn)程下載存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)。

在地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立過(guò)程中所采用的通信網(wǎng)絡(luò)主要為公共運(yùn)營(yíng)通信網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)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(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)部門(mén)則定義了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，當(dāng)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，相關(guān)數(shù)據(jù)壓縮和打包過(guò)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件。在把數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端之后，經(jīng)過(guò)相關(guān)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換可以使得數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為人們能夠理解的形式。另外為了獲取最準(zhǔn)確的水位測(cè)量信息，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)水位測(cè)量要求對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率進(jìn)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(gè)字節(jié)，一天傳輸3條。這樣下來(lái)，一個(gè)月所需要的數(shù)據(jù)流量也不過(guò)6KB左右，加上系統(tǒng)運(yùn)行所需要的必要的心跳包，整體算下來(lái)，一個(gè)月的數(shù)據(jù)流量也會(huì)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)例分析

為了更好的了解地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程，該文以某地地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程為例，對(duì)地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

在實(shí)例中地下水位檢測(cè)系統(tǒng)所采用的傳感器為文中所述傳感器。

主機(jī)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(biāo)：在正常維護(hù)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立和完善不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)檢測(cè)地的水位的測(cè)量還能夠?qū)ο嚓P(guān)區(qū)域的水量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。另外整個(gè)系統(tǒng)有多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，這對(duì)于相關(guān)人員對(duì)于相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確查詢(xún)提供了一定的便利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該文的論述我們可以發(fā)現(xiàn)建立一個(gè)完善的地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分必要的，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立能夠?yàn)槿藗儗?duì)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)。