安科瑞 劉芳 18860995107

自從物聯(lián)網(wǎng)概念提出以來，物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)廣泛應用于能耗監(jiān)測系統(tǒng)中。本文結合物聯(lián)網(wǎng)技術，針對目前校園電能監(jiān)測的現(xiàn)狀，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)三層架構的校園電能監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)中感知層的電能采集終端從用電設備上采集電能參數(shù)；傳輸層中的智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關完成Rs485總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的協(xié)議轉換，并通過校園網(wǎng)把數(shù)據(jù)上傳給應用層；應用層的監(jiān)測中心完成數(shù)據(jù)的存儲、分析處理，并向客戶端提供Web服務。系統(tǒng)設計融入工程化、模塊化的設計思想。后臺完成設備建模方法實現(xiàn)檢測設備的管理，以組織建模的方法完成設備所屬組織關系的管理，滿足系統(tǒng)對設備多維化、精細化管理需求。同時后臺利用設備模板、組織模板的擴展功能屬性和復用屬性，實現(xiàn)后臺數(shù)智能化存儲?？茖W的工程化后臺管理是整個系統(tǒng)的核心，是穩(wěn)定、極速、人性化的前臺根本保障。

1.系統(tǒng)架構設計

一個完整的電能監(jiān)測系統(tǒng)可以對電力系統(tǒng)中各項參數(shù)進行監(jiān)測和遠程發(fā)布，本文設計的監(jiān)測系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)架構主要分為設備層、傳輸層和應用層三個層次，其網(wǎng)絡拓撲如圖1所

設備層的電能采集終端的作用是將原始電壓、電流信號采集并轉變?yōu)閿?shù)字信號，完成電能參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，并通過RS485總線將數(shù)據(jù)上傳到智能網(wǎng)關。本設計的電能采集終端可以支持多種電表，如三相四線電子式有功電能表、單相遠程費控智能電表、智能電網(wǎng)多功能電表等。系統(tǒng)中一些功能是建立在特定表具上的，例如：電流、電壓的趨勢分析，對應的表具要存在供采集的電流、電壓參數(shù)；功率趨勢分析也需要可提供功率變量的表具。

傳輸層的功能是把來自感知層的信息進行接入和傳輸，通過校園網(wǎng)上傳給應用層。智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關通過RS485總線接收數(shù)據(jù)，完成RS485總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議之間的轉換，將終端電表上傳來的實時數(shù)據(jù)進行本地分析，并通過校園網(wǎng)將數(shù)據(jù)壓縮打包上傳至應用層。網(wǎng)關根據(jù)系統(tǒng)策略分整點數(shù)據(jù)上報、異常數(shù)據(jù)上報與修復、網(wǎng)關離線處理等，同時網(wǎng)關還可以實現(xiàn)短時間的數(shù)據(jù)儲存，當網(wǎng)關與服務器斷開連接時，電表上報的數(shù)據(jù)將暫時存儲在網(wǎng)關中，當連接正常后再將這些數(shù)據(jù)上報上去。

應用層的監(jiān)測中心由平臺服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和客戶端組成。監(jiān)測中心使用以太網(wǎng)通信協(xié)議接收智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關采集上來的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包存儲到數(shù)據(jù)庫服務器中。應用服務層采用B/S開發(fā)架構，平臺服務器完成與智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關的通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)保存工作，并向客戶端提供Web服務。數(shù)據(jù)庫服務器提供數(shù)據(jù)的可靠存儲和查詢等任務?？蛻舳斯┯脩舴奖愕赝瓿蒞eb瀏覽。本系統(tǒng)支持多種客戶端終端設備如計算機、平板電腦、智能手機等，可供用戶隨時監(jiān)測校園內(nèi)的用電情況。同時，平臺服務器還可以把數(shù)據(jù)存儲在云端，提供云服務，方便用戶的遠程訪問。

2.系統(tǒng)功能模塊組成

本設計的功能模塊分為數(shù)據(jù)采集與存儲模塊、前臺展示模塊和后臺工程管理模塊三個部分，系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示。后臺的工程管理模塊支持前臺的展示和管理整個電能計量監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1數(shù)據(jù)采集與存儲模塊

數(shù)據(jù)采集模塊完成與智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關的通信、數(shù)據(jù)采集、解析和保存工作，采用自動、手動相結合的采集方式，并對通信過程提供完善的日志管理、事件管理和故障檢測機制。數(shù)據(jù)存儲模塊根據(jù)上報來的數(shù)據(jù)進行分類、分項存儲，根據(jù)存儲策略，平臺服務器將數(shù)據(jù)存儲至本地數(shù)據(jù)庫服務器和遠程(云存儲)數(shù)據(jù)中心?？蛻舳藢⒄埱笮畔l(fā)送給平臺服務器，平臺服務器在和數(shù)據(jù)庫服務器之間交互后，將處理結果返回給客戶端。

2.2前臺展示模塊

前臺展示模塊設計為實時數(shù)據(jù)展示、用電明細、用電統(tǒng)計、用電分析、電能定額管理、綜合信息管

（1）校園電力監(jiān)控與運維

（2）能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

（3）智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

（4）智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。

（5）后勤計費管理

采用先進的網(wǎng)絡抄表付費管理技術，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設置、賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

宿舍用電管理

針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎用電額度和定時通斷功能；

可進行惡性負載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄；

商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理

充電樁運維平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結構中是必不可缺的。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必不可缺的一部分。

2.3后臺工程管理模塊

后臺工程管理完成從數(shù)據(jù)網(wǎng)關數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)整理、采集設備的管理、設備模板的配置、組織管 理、系統(tǒng)使用者的權限分配、系統(tǒng)維護等。設備管理、組織管理好壞直接影響到前臺數(shù)據(jù)展示的合理性、科學性，及數(shù)據(jù)展示的效果。設備管理、組織管理的核心又是設備管理建模的設計和組織管理模板建模的設計。

（1）設備模板

設備模板功能屬性及方法設計如圖3所示。

（2）設備管理

設備管理功能屬性及方法設計如圖4所示。

（3）組織機構

組織機構中的設備在系統(tǒng)中的映射，組織機構是現(xiàn)實中的組織機構(學院、部門、科室等)在系統(tǒng)中的映射。通過組織機構的建立，可以對不同的組織分配不同的權限，管理相應的設備。

（4）系統(tǒng)維護

系統(tǒng)維護選項用于維護系統(tǒng)。校園的系統(tǒng)管理者查看在線網(wǎng)關、在線設備等，觀察其運行信息，及時發(fā)現(xiàn)問題并及時解決；查看在線用戶，觀察用戶的登錄狀態(tài)信息；查看在線設備和在線網(wǎng)關的實時報文，以判斷這些網(wǎng)關或設備所處的狀態(tài)，可以在平臺上調(diào)試數(shù)據(jù)庫信息，查看數(shù)據(jù)庫狀態(tài)。

3.硬件選型

4.結語

文中提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構的校園電能監(jiān)測系統(tǒng)解決方案，該方案重點以基于后臺工程化管理，用設備建模、組織建模的方式來管理整個電能監(jiān)測系統(tǒng)，供施工單位、管理人員使用。前臺頁面用于展示和數(shù)據(jù)分析供系統(tǒng)管理者分析使用。本方案在軟件設計的角度和電能監(jiān)測管理的角度上具有一定的先進性和科學性。