王鑫沈成黃程

（蘇州科技學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑高能耗的問題日益突出。在我國現(xiàn)有的約430億平方米建筑中，只有4%采取了節(jié)能措施。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)建設(shè)智能建筑的信息化節(jié)能節(jié)水目前研究不多，而針對(duì)校園的基于無線傳感技術(shù)的校園信息節(jié)能節(jié)水裝置研究幾乎是為零。

1 校園信息節(jié)能節(jié)水裝置的基本功能

校園信息節(jié)能節(jié)水裝置的基本功能如下：

1.1 室內(nèi)照明系統(tǒng)的自動(dòng)化控制

當(dāng)室內(nèi)光線不足，且傳感器檢測(cè)到有人存在時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開相應(yīng)區(qū)域的照明設(shè)備，對(duì)該區(qū)域?qū)嵭姓彰鳌?/p>

1.2 校園內(nèi)建筑用水的智能控制

通過相應(yīng)的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水管內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際使用情況，自動(dòng)化調(diào)節(jié)水壓。

1.3 室內(nèi)氣溫的自動(dòng)化監(jiān)控

當(dāng)室內(nèi)溫度低于或高于設(shè)定值，且傳感器檢測(cè)到有人存在時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開該區(qū)域的溫控設(shè)備，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

1.4 室內(nèi)空氣質(zhì)量的智能化監(jiān)控

當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即打開通風(fēng)設(shè)備，以使室內(nèi)環(huán)境合格。

1.5 樓道燈光的智能化監(jiān)控

當(dāng)傳感器檢測(cè)到樓道內(nèi)有人走動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)該區(qū)域以及可能運(yùn)動(dòng)到的地方進(jìn)行照明。

2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)下的校園信息節(jié)能節(jié)水裝置的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端、無線網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控服務(wù)器、執(zhí)行端四個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集端對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)由無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心的服務(wù)器對(duì)采集而來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，并得到相應(yīng)的解決方案，再通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较鄳?yīng)的執(zhí)行器中，從而達(dá)到校園建筑的信息節(jié)能與節(jié)水的效果。

如下圖所示校園信息節(jié)能節(jié)水裝置的總體設(shè)計(jì)圖如下

圖1 校園信息節(jié)能節(jié)水裝置的總體設(shè)計(jì)圖

2.1 數(shù)據(jù)采集端

大量的傳感器分別放置在學(xué)校的教室、樓道、走廊以及水箱內(nèi),通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)（即子站），各子站之間相互獨(dú)立,互不通信，只有子站內(nèi)部節(jié)點(diǎn)可以相互交換數(shù)據(jù)，子站內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的感知和采集,各子站的數(shù)據(jù)通過線路傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)（各子站網(wǎng)關(guān)）。匯聚節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，監(jiān)控中心的服務(wù)器通過對(duì)傳輸而來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，并給相應(yīng)的執(zhí)行器下達(dá)命令。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)

無線網(wǎng)絡(luò)采用了Zigbee協(xié)議組網(wǎng)。Zigbee協(xié)議在近距離組網(wǎng)下具有低復(fù)雜度、自組織、低功耗、高數(shù)據(jù)速率、低成本的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中的無線網(wǎng)絡(luò)主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制。

2.3 監(jiān)控服務(wù)器

在監(jiān)控服務(wù)其中，系統(tǒng)根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)獲得的信息，對(duì)信息進(jìn)行匯總。處理各節(jié)點(diǎn)傳輸過來的信息，發(fā)出相應(yīng)的指令并選擇相應(yīng)的執(zhí)行器進(jìn)行執(zhí)行。

2.4 執(zhí)行端

大量的執(zhí)行遍布于學(xué)校的各種建筑內(nèi)，匯聚節(jié)點(diǎn)接受相應(yīng)的指令，并將接收過來的指令分配給各個(gè)子執(zhí)行端，從而實(shí)現(xiàn)校園的信息節(jié)能。

3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)下的校園信息節(jié)能節(jié)水裝置的主要解決方案

校園內(nèi)教室、樓宇節(jié)能以及供水管網(wǎng)節(jié)水、節(jié)電技術(shù)研究，利用現(xiàn)代信號(hào)處理、先進(jìn)控制和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究城市供水管網(wǎng)的電氣控制，構(gòu)建新型節(jié)能信息網(wǎng)絡(luò)。該監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)和節(jié)能監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組成；其節(jié)能監(jiān)控節(jié)點(diǎn)包括：無線遠(yuǎn)程通信模塊和無線傳感模塊；用于監(jiān)控電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的無線傳感模塊通過無線遠(yuǎn)程通信模塊與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信，無線遠(yuǎn)程通信模塊將無線傳感模塊中的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控計(jì)算機(jī)，并將監(jiān)控計(jì)算機(jī)的指令信息傳送至無線傳感模塊。主要設(shè)計(jì)可分為以下幾點(diǎn)：

3.1 用于設(shè)備監(jiān)控的無線傳感模塊設(shè)計(jì)

該無線傳感模塊采用TI公司的CC2530芯片為主控芯片，配以無線傳感器構(gòu)成。將無線傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于校園供水管網(wǎng)和校園建筑節(jié)能的監(jiān)測(cè)與管理。充分利用無線傳感網(wǎng)具有的低功耗、低成本、無需敷設(shè)線路的優(yōu)勢(shì)，在供水管網(wǎng)上安裝壓力傳感器、流量傳感器和無線測(cè)控單元，即可對(duì)供水管網(wǎng)的工作過程進(jìn)行無線監(jiān)測(cè)及無線數(shù)據(jù)傳輸；在教室內(nèi)安裝光線傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器、PM2.5傳感器和無線測(cè)控單元，即可對(duì)教室的溫度、空氣質(zhì)量、照明等進(jìn)行合理化監(jiān)視從而實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)控；在樓道內(nèi)安裝光線傳感器、紅外傳感器、聲音傳感器等從而實(shí)現(xiàn)在夜間樓道照明的智能化監(jiān)測(cè)。充分利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所具有的集測(cè)、控于一身的優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)校園的用水情況，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泵進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水，能夠有效地降低過供水管網(wǎng)的水、電損耗；還可依據(jù)學(xué)校教室、樓宇的使用情況，實(shí)現(xiàn)校園用電的智能化控制，從而有效的節(jié)約能源。上述無線傳感模塊與無線遠(yuǎn)程通信模塊之間采用基于Zigbee無線通信模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 監(jiān)控中心上位PC機(jī)監(jiān)控軟件開發(fā)

采用專門用于自動(dòng)化控制的工業(yè)組態(tài)軟件或使用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程開發(fā)上位PC機(jī)監(jiān)控軟件，該軟件所要解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題是采用Zigbee無線通信方式與無線遠(yuǎn)程通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并通過無線遠(yuǎn)程通信模塊對(duì)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的無線傳感模塊進(jìn)行監(jiān)督管理。

綜上所述，通過無線傳感網(wǎng)技術(shù)與Zigbee無線通信技術(shù)相結(jié)合的無線通信模式，既可實(shí)現(xiàn)無線傳感模塊對(duì)校園內(nèi)教室、樓宇、校園供水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)和控制。提高了校園建筑用電、供水管網(wǎng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化程度。最大限度地實(shí)現(xiàn)了建筑信息節(jié)能節(jié)水的目的。

4 結(jié)語

建筑節(jié)能的重點(diǎn)主要有建筑物本身的節(jié)能、供暖系統(tǒng)的節(jié)能、大型公共建筑中用能系統(tǒng)的節(jié)能，以及各種家用電器的節(jié)能。圍繞著這些重點(diǎn)領(lǐng)域，有大量的新產(chǎn)品、新技術(shù)有待研究、開發(fā)與推廣。本項(xiàng)目所進(jìn)行的大學(xué)校園節(jié)能模式研究就是一種全新的嘗試。

1）本項(xiàng)目主要通過傳感器監(jiān)測(cè)校園教室、樓宇用電的合理性，通過一些小的方面實(shí)現(xiàn)校園建筑的節(jié)能；

2）與此同時(shí)通過監(jiān)測(cè)校園內(nèi)建筑用水從而實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)管網(wǎng)的合理化控制，有效的降低了水管的損耗。

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