基于无线收集的高校宿舍用电治理系统设计及产品应用筹划

关键词：无线传输；用电管理系统；网关；掌握柜节点 安科瑞郭海棚+19821380729

0弁言

在目前的高校用电管理事情中，如何建立学生的主动节能意识和如何确保学生的用电安全是2个不容忽略的问题。

为了减少这种问题发生的几率，许多学校推广和利用了预支费电表。
这种电表是让学生的用电量在超出了指定例模之后，对付超出的部分要自行买单，这在很大程度长进步了学生的节能意识，并且在电表中增加了对电流和恶性负载的掌握，可以有效地避免由于不屈安用电引发的事件。

但是目前在高校中，并没有形成一整套完全的用电管理系统。
基于此，本文设计了1套基于无线网络的用电管理系统。
本系统具有实时性、安全性、易管理性等特点。

1系统硬件组成

系统的硬件组成如图1所示。
从图1中可以看出，节能办通过内部网络将数据上传到数据做事器，通过做事代理从物理上与外网隔离。
售电终端对数据进行加密之后通过互联网上传给数据做事器，以确保数据的安全性。
节点作为网关的无线网卡吸收现场掌握柜发送来的数据，然后上传给数据做事器[2]。
宿舍管理员在网络故障的时候可以通过现场掌握柜完成必需的操作。
学生可以在网上通过浏览器查询本宿舍用电明细。

1.1现场掌握柜

现场掌握柜是担保正常供电的核心，因此，现场掌握柜的长期、稳定的运行对系统的正常事情有着决定性的意义。

本系统中掌握柜安装在宿舍楼。
硬件采取ARM7处理器，它体积小、集成度高、实时性高。
掌握柜内安装了嵌人式硬件，配有触摸键盘和液晶显示单元，电表和掌握柜之间通过RS485端口传输数据，采取屏蔽双绞线作为传输介质，总线型连接。
每个掌握柜可以采集30块电表的数据，传输速率设定为4800bps。
同时通过无线网络和数据连接。
掌握柜硬件设计如图2所示。

1.2网关与节点

网关与节点的紧张事情是在吸收到掌握柜节点发来的数据时，将数据转换成与互联网数据包格式相同的数据包上传给数据做事器存储；在吸收到客户端发来的命令时，实行相应的事情。
网关与掌握柜节点之间的构造如图3所示。

在图3中，HTTPClient代表客户端，可以是学生在宿舍查询用电量利用的浏览器，也可以是节能办职员统计、修正宿舍电量的客户端。
HTTP/CoAP代表网关，网关的功能是实行协议间的转换。
网关与掌握柜节点之间利用星形网络拓扑构造。
将节点作为折衷器，只存在折衷器与掌握柜节点之间的通信，掌握柜节点相互之间的通信通过折衷器转发。

网关采取ARM7处理器，网关与Internet的连接通过以太网口，与掌握柜的连接通过无线。
硬件构造如图4所示。

2系统软件组成

该系统的软件由4部分组成，分别是数据管理软件、售电软件、现场掌握柜软件和基于IEEE802.15.4无线网络的网络协议栈。

2.1现场掌握柜

本系统利用了嵌入式Linux系统(embeddedLinux),嵌入式操作系统卖力嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度事情，掌握并折衷并发活动，能够通过装卸某些模块来达到系统所哀求的功能。
经由内核裁剪，将系统移植到开拓板上，不须要硬盘作为存储介质，也不须要键盘、鼠标等外设。

掌握柜节点的紧张功能是采集和发送电表数据。
掌握柜和电表之间的数据传输通过RS485接口，数据传输遵照电力行业标准《DL/T645—1997645多功能电能表通信规约》(Multi-functionwatt-hourmetercommunicationprotocol)。
与电表交互的数据如表1所示。

表1掌握柜和电表交互数表

序号

数据内容

办法

数据代码

2

断电次数

实时电流

读/写

读

B310

B620

3

实时功率

读

B630

4

日期

读/写

CO11

5

韶光

读/写

C010

掌握柜节点与网关的数据传输是通过无线。
掌握柜节点协议栈的软件组成如图5所示。

运用层的CoAP协议是适用于受限设备的协议，它可以说是HTTP协议的1个子集，CoAP协议所布局的数据包小的只有2个字节，非常适宜低功耗的无线传输需求[4];在传输层，由于不须要担保数据包的准确性，以是采取了UDP协议；为了知足掌握柜节点对地址的需求，在本设计中为每1个掌握柜节点配备1个IPv6地址；但是由于802.15.4传输的数据长度有限，为了提高传输效率，在物理层与IP层之间加入压缩IPv6数据包的6LoWPAN层，在这1层利用LoWPAN_IPHC算法对IPv6数据包进行压缩[5-]。
掌握柜的无线吸收发送数据包的软件流程如图6所示。

掌握柜在吸收到CoAP要求之后，首先对要求进行解析，得到数据包中的option项内容，从而根据option来查找所要求的资源。
如果找到，则布局回答数据包，将资源放入payload项，送给UDP/IPv6层。
否则发送缺点信息数据包给UDP/IPv6层。
在UDP/IPv6层，数据包被添加上目的地址等信息送给6LoWPAN层。
在6LoWPAN层通过LoWPAN_IPHC算法对数据包进行压缩，根据IPv6地址与MAC地址的关联对地址进行压缩，并有条件的省略掉流掌握等多余的项，从而降落数据包的大小来达到提高了传输效率的目的[8-10]。

2.2网关

网关上运行Linux系统，将节点作为无线网卡连接到网关。
网关协议栈的软件构造如图7所示。

由于客户端利用HTTP协议，而掌握柜节点利用CoAP协议，以是网关的紧张功能是协议的转换，其软件流程如图8所示。

网关在吸收到HTTP客户真个要求之后，首先对数据包进行解析，根据CoAP与HTTP的对应关系判断能否转换成CoAP数据包。
如果不可以，则发送缺点报告给客户端。
转换后的数据包由socket接口传送给MAC层，然后通过无线发送，并打开计时器。
如果在定时器溢出之内收到回答，则解析回答数据包，并转换成HTTP格式，返回给客户端。
否则回答“超时”的数据包给客户端。

3智能水、电表的管理

3.1系统管理平台

IOT智能水电表管理系统是通过IOTP(InternetOpenTradingProtocol，网络开放贸易协议)来读打水、电表定时上报的电量信息，向电表发送合闸/拉闸的命令，返回其状态值。

智能水、电表系统后台管理界面如图3所示。
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系统后台可以实时监测每个接入商户的即时账户余额、条约有效期、费率、联系人，以及各商户名下的水电表安装位置、各自用量等信息。
为了简化结算流程，本文设计将水电表的用量以商户为单位进行汇总统-结算。

3.2商户用度查询及缴纳

商户余额查询：商户可以上岸web页面或者通过学校微信服务号绑定其一卡通账号，实现线上自助查询。
一卡通管理平台通过调用用电管理系统的“查询商户信息”接口，返回商户的根本信息，调用“电费充值”接口返回商户的卡号、充值金额、唯一序列号等状态信息。
接口示例如图4所示。

通过Web管理后台，商户可自行查询名下所有举动步伐的用水、电总量单项举动步伐的即时用量及状态，也可以通过缴费清单查询缴费记录，如图5所示。

商户用度缴纳：商户在学校微信服务号上，首先绑定为其开设的校园一卡通账号，对校园卡进行充值，然后利用校园卡余额对水电费进行自助缴纳，充值页面同步显示当前账户余额。
充值缴费页面如图6所示。

4系统测试和运行

为了检测系统是否知足功能需求、商户管理和利用过程中各环节是否运行通畅，测试期建立了测试商户来仿照商户利用，并在试运行期间完善了一些细节性问题如：商户线上充值页面增加“当前账户余额”展示，方便商户查询账户即时信息；将单个商户下所有水电表的用量汇总实施统一结算，简化结算流程；同时随着商家的不断入驻，在旗子暗记盲区增加基站进行补盲覆盖。

目前这套IOT智能水电表管理系统已在校内详细履行数月有余，运行良好。
从学校后勤、财务等管理部门和利用商户的反馈来看，这次将物联网技能运用到校园聪慧管理的初步考试测验较为成功。

5AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台

5.1平台概述

AcrelEMS-EDU校园综合能效管理办理方案针对校园能源统计、后勤计费管理、校园运维管理等供应高校的信息化管理平台。
从“源、网、荷、储、充”多个角度解析高校当下及未来的用能问题及用能需求，在统一的需求下“实现能源互补、信息互通”等管理模式。
助力学校管理智能化、数字化、综合化，实现节能校园、绿色校园、低碳校园。

5.2平台组成

AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台采取开放的分层分布式网络构造，紧张由设备层、传输层、数据层、运用层组成。
平台领悟电力监控、电能统计、电气安全、电能质量剖析及管理、智能照明掌握、预支费等功能，用户通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对企业用电进行进行集中监控、统一调度、统一运维，同时知足企业用电可靠、安全、节约、高效、有序的哀求。

5.3平台架构

安科瑞郭海棚+19821380729

图1安科瑞高校综合能效管理方案架构拓扑

6.1校园电力监控与运维 安科瑞郭海棚+19821380729

集成设备所有数据，综合剖析、协同掌握、优化运行，集中调控，集中监控，数字化巡检，移动运维，班组重新优化整合，减少人力配置。

6.2后勤计费管理

采取的网络抄表付费管理技能，实现电、水、气等能源综合计费，实现远程抄表、费率设置、账单统计汇总等，支持微信、支付宝、一卡通等充值支付办法，可设置补贴方案。
通过能源付费管理办法，培养用能群体和部门的节能意识。

6.2.1宿舍用电管理

针对学生宿舍用电进行管理掌握：可批量下发根本用电额度和定时通断功能；

可进行恶性负载识别，检测违规电气，并可获取违规用电跳闸记录；

6.2.2商铺水电收费

针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预支费管理

6.2.3充电桩管理平台

充电桩在“源、网、荷、储、充”信息能源构造中是必不可缺的。
充电桩运用管理同样是校园生活做事中必不可缺的一部分。

6.2.4智能照明管理

通过对高校路灯的全局监测，供应对路灯灵巧智能的管理，实现校园内任一线路，任一个路灯的定时开关、逼迫开关、亮度调节，以及定时掌握方案灵巧设置，确保路灯照明的智能掌握和高效节能。

6.3能源管理系统

针对校园水、电、气等各种接入能源进行统计剖析，包含同比剖析、环比分剖析、损耗剖析等。
理解用能总量和能源流向。

按校园建筑的分类进行采集和统计的各种建筑耗电数据。
如办公类建筑耗电、传授教化类建筑耗电、学生宿舍耗电等，对数据分门别类的剖析，供应领导决策，提高管理效能。

构建符合校园节能监管内容及哀求的数据库，能自动完成能耗数据的采集事情，自动天生各种形式的报表、图表以及系统性的能耗审计报告，能够监测能耗设备的运行状态，设置掌握策略，达到节能目的。

6.4聪慧消防系统

聪慧消防云平台基于物联网、大数据、云打算等当代信息技能，将分散的失火自动报警设备、电气失火监控设备、聪慧烟感探测器、聪慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据剖析、挖掘和趋势剖析，帮助实现科学预警失火、网格化管理、落实多元任务监管等目标。
实现了无人化值守聪慧消防，实现聪慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。
从失火预防，到火情报警，再到掌握联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保职员、监管单位都能