自物聯(lián)網(wǎng)概念提出以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的智慧校園能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中感知層的電能采集終端從電氣設(shè)備中采集電能參數(shù);傳輸層智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)完成RS485總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過校園網(wǎng)絡(luò)上傳到網(wǎng)絡(luò)層;網(wǎng)絡(luò)層監(jiān)控中心完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和處理，并為客戶端提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)融入了工程和模塊化的設(shè)計(jì)理念。后臺(tái)完成設(shè)備建模方法，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備的管理，通過組織建模完成設(shè)備組織關(guān)系的管理，滿足系統(tǒng)對(duì)設(shè)備多維化、精細(xì)化管理的需求。

一、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

一個(gè)完整的電能監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程發(fā)布電力系統(tǒng)中的參數(shù)。本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)主要分為三個(gè)層次:感知層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層。感知層的電能采集終端的功能是采集和轉(zhuǎn)換原始電壓和電流信號(hào)到模擬信號(hào)，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(guān)。本設(shè)計(jì)的電能采集終端可提供多種電表，如三相四線電子有功電表、單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表、智能能源多功能電表等。系統(tǒng)中的一些功能是基于特定的儀表，如電流和電壓的趨勢(shì)分析，相應(yīng)的儀表應(yīng)具有采集的電流和電壓參數(shù);功率趨勢(shì)分析還需要能夠提供功率變量的儀表。

傳輸層的功能是訪問和傳輸來(lái)自感知層的信息，并通過校園網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層。智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)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(zhuǎn)換，對(duì)終端電表上傳的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行本地分析，并通過校園網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)壓縮打包上傳到網(wǎng)絡(luò)層。根據(jù)系統(tǒng)策略，網(wǎng)關(guān)分為整點(diǎn)數(shù)據(jù)報(bào)告、異常數(shù)據(jù)報(bào)告和修復(fù)、網(wǎng)關(guān)離線處理等。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器斷開連接時(shí)，電表報(bào)告的數(shù)據(jù)將暫時(shí)存儲(chǔ)在網(wǎng)關(guān)中，當(dāng)連接正常時(shí)，然后報(bào)告這些數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層的監(jiān)控中心由平臺(tái)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和客戶端組成。監(jiān)控中心使用以太網(wǎng)通信協(xié)議接收智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)收集的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。應(yīng)用服務(wù)層選擇B/S開發(fā)架構(gòu)，平臺(tái)服務(wù)器完成與智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的通信、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)保存，并為客戶端提供Web服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢?nèi)蝿?wù)。客戶端方便用戶完成網(wǎng)絡(luò)瀏覽。該系統(tǒng)支持計(jì)算機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)等各種客戶端智能終端，供用戶隨時(shí)監(jiān)控校園用電情況。同時(shí)，平臺(tái)服務(wù)器還可以存儲(chǔ)云數(shù)據(jù)，提供云服務(wù)，方便用戶遠(yuǎn)程訪問。

二、系統(tǒng)功能模塊的構(gòu)成

本設(shè)計(jì)的功能模塊分為三部分：數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)芯片、前臺(tái)顯示模塊和后臺(tái)工程管理功能。后臺(tái)工程管理功能支持前臺(tái)顯示和管理整個(gè)電能計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)。

1、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)芯片

數(shù)據(jù)采集模塊完成與智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的通信、數(shù)據(jù)采集、分析和保存，采用自動(dòng)和手動(dòng)采集，為通信過程提供完善的日志管理、事件管理和故障檢測(cè)機(jī)制。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片根據(jù)報(bào)告的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和分項(xiàng)存儲(chǔ)。根據(jù)存儲(chǔ)策略，平臺(tái)服務(wù)器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和遠(yuǎn)程(云存儲(chǔ))數(shù)據(jù)中心。客戶端將請(qǐng)求信息發(fā)送給平臺(tái)服務(wù)器，平臺(tái)服務(wù)器在與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器交互后將處理結(jié)果返回給客戶端。

2、前臺(tái)顯示模塊

前臺(tái)顯示模塊設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示、用電明細(xì)、用電統(tǒng)計(jì)、用電分析、電能定額管理、綜合信息管理六個(gè)模塊。

1)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示

電能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示在秒的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)儀表和參數(shù)。數(shù)據(jù)顯示選擇可縮放矢量圖形(SVG)技術(shù)設(shè)計(jì)表頭和24小時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。顯示效果更真實(shí)、更直觀。表頭模仿真實(shí)表頭、功能和液晶屏效果。表頭液晶屏功能輪顯示模式。多個(gè)數(shù)據(jù)可以上下顯示。根據(jù)參數(shù)的不同，24小時(shí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分為柱圖顯示、餅圖顯示和曲線圖顯示。

2)用電明細(xì)

建筑用電明細(xì)可提供每棟建筑及其房間的用電明細(xì)。用戶可根據(jù)條件查詢房間所屬部門、電表啟動(dòng)示數(shù)、電表停止示數(shù)、用電度數(shù)、用電類型(特點(diǎn))、表格地址(倍數(shù))、通訊時(shí)間等明細(xì)信息，并根據(jù)需要導(dǎo)出查詢明細(xì)，導(dǎo)出格式為PDF、CVS等。部門能耗明細(xì)可提供各組織部門的用電明細(xì)。用戶可根據(jù)條件查詢部門所在房間、電表起始示數(shù)、電表停止示數(shù)、用電度數(shù)、用電類型(特點(diǎn))、表格地址(倍數(shù))、通訊時(shí)間等明細(xì)信息，并根據(jù)需要導(dǎo)出查詢明細(xì)，導(dǎo)出格式為PDF、CvS等。

3)用電統(tǒng)計(jì)

用電統(tǒng)計(jì)是為了讓用戶更好地了解能耗的使用，為節(jié)能提供良好的保障。從用戶的角度來(lái)看，系統(tǒng)分為建筑用電統(tǒng)計(jì)和部門用電統(tǒng)計(jì)兩種統(tǒng)計(jì)方法。建筑用電統(tǒng)計(jì)以設(shè)備物理的原始位置為統(tǒng)計(jì)方法。部門用電統(tǒng)計(jì)是根據(jù)后臺(tái)系統(tǒng)的用電特點(diǎn)和組織區(qū)分的統(tǒng)計(jì)方法，主要包括年度用電表、月度用電表、年度用電匯總、月度用電匯總等。

4)用電分析

在建筑能耗分析和部門用電分析中，通過圖文結(jié)合提供查詢分析，包括按建筑比較、按建筑日、按建筑月、按用電特性、按用電分項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，使數(shù)據(jù)顯示更加直觀。

5)電能定額管理

電能定額管理是通過配備定額信息對(duì)能源進(jìn)行定額管理的過程。它包括三個(gè)部分：定額清單、定額使用明細(xì)和能耗結(jié)構(gòu)分析。定額管理包括上一級(jí)部門信息、部門信息和定額信息，通過管理部門基本信息進(jìn)行能源定額分配;定額分配明細(xì)是今年部門能源分配和使用的明細(xì);能耗結(jié)構(gòu)分析反映了各種能耗類型在總能耗中的分布比例。

6)綜合信息管理

系統(tǒng)對(duì)能耗的綜合管理包括綜合信息瀏覽和基本信息管理。綜合信息瀏覽顯示即時(shí)電表分布、今年部門電源排名等信息。基本信息管理顯示電源分項(xiàng)配置目錄、電表倍數(shù)查詢目錄等信息。

3、后臺(tái)工程管理功能

后臺(tái)工程管理是設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。軟件通過設(shè)備模板建模和組織架構(gòu)建模實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和組織架構(gòu)管理。系統(tǒng)通過軟件建模實(shí)現(xiàn)公共接口，可為第三方提供接口、二次開發(fā)和對(duì)接服務(wù)。后臺(tái)工程管理功能分為設(shè)備模板、設(shè)備管理、組織架構(gòu)和系統(tǒng)維護(hù)四個(gè)部分。

三、后臺(tái)工程管理模塊設(shè)計(jì)

從數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)整理、采集設(shè)備管理、設(shè)備模板配置、組織協(xié)調(diào)、系統(tǒng)用戶權(quán)限分配、系統(tǒng)維護(hù)等方面完成后臺(tái)工程管理。設(shè)備管理和組織協(xié)調(diào)的質(zhì)量直接影響到前臺(tái)數(shù)據(jù)顯示的合理性和合理性，以及數(shù)據(jù)顯示的效果。設(shè)備管理和組織管理的核心是設(shè)備管理建模設(shè)計(jì)和組織管理模板建模設(shè)計(jì)。

1、設(shè)備模板

設(shè)備模板是設(shè)備管理的基礎(chǔ)，也是整個(gè)項(xiàng)目管理的重點(diǎn)。設(shè)備模板設(shè)計(jì)是否合理、全面，與整個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)合理性有關(guān)。設(shè)備模板設(shè)計(jì)的核心是設(shè)備模板建模和設(shè)備變量的設(shè)計(jì)。

2、設(shè)備管理

設(shè)備管理是一種基于物理節(jié)點(diǎn)的樹結(jié)構(gòu)樹，用于管理現(xiàn)實(shí)中的組織結(jié)構(gòu)。例如，設(shè)備管理是現(xiàn)實(shí)學(xué)校的項(xiàng)目或管理者只需要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目建立目錄樹，添加相應(yīng)的設(shè)備，并選擇相應(yīng)的設(shè)備模板。

3、組織架構(gòu)

組織結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)在系統(tǒng)中的投影，組織結(jié)構(gòu)是實(shí)際組織結(jié)構(gòu)(學(xué)校、部門、部門等)在系統(tǒng)中的投影。通過建立組織結(jié)構(gòu)，不同的組織可以分配不同的權(quán)限，并管理相應(yīng)的設(shè)備。

4、系統(tǒng)維護(hù)

系統(tǒng)維護(hù)選項(xiàng)用于維護(hù)系統(tǒng)。學(xué)校系統(tǒng)經(jīng)理查看在線網(wǎng)關(guān)、在線設(shè)備等，觀察其運(yùn)行信息，及時(shí)解決問題，及時(shí)處理;查看在線客戶，觀察用戶登錄狀態(tài)信息;查看在線設(shè)備和在線網(wǎng)關(guān)，判斷這些網(wǎng)關(guān)或設(shè)備的狀態(tài)，調(diào)整平臺(tái)上的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，查看數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)。

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