浅谈无线传感网络能耗监测系统在高校老校区电力改造的研究

摘要：基于无线传感器网络能耗监测系统，将无线传感器节点添加到现有教学建筑、培训建筑、图书馆、学生宿舍建筑的水、电、供热等设备和分支系统中，测量所有设备和分支系统的能耗数据，并通过网关将能耗数据传输到云平台服务器，在服务器上建立实时能耗数据库。通过对统计数据的分析和比较，发现了高校能耗设备能耗的主要原因。在此基础上，制定了有针对性的节能方案和控制措施，以实现高校老校区节能效率的采集。该系统

(资料图片)

关键词：传感器；数据分析；节能；

0引言

中国大多数大学的旧校区都是人工干预电力、水和天然气的消耗管理。在原始状态下，人工抄表存在综合数据不准确、实时采集性能差、工作量大、管理困难等问题。如果没有其他方法可以直接有效地获取实际能耗信息，就不可能进一步提出明确的节能高效解决方案，有效降低高校旧校区的能耗。王金晶，13/+77-443-/09+92

现有的大学能源消耗监测系统通常使用有线网络进行监测。如果旧校园改造，设备种类繁多，布线复杂，对现有建筑造成严重破坏。在国外，能源消耗实时监测系统也发展到了非常完善的水平，形成了一定的具体标准。然而，市场价格并不便宜，缺乏适合中国大多数大学旧校区的测控设备应用软件。

无线传感器网络采用总线结构，设备可共享，品种少，无需布线，现有建筑物无损坏，网络灵活。因此，基于无线传感器网络的大学能源消耗监测系统在大学老校区的节能工作中具有一定的实用价值是非常必要的。

1总体设计结构

总体设计

该系统采用4G无线数据传输技术将传感器连接到网关、主机、互联网服务器、移动终端和其他设备。高校旧校区现有的校园能源调度监控系统进行了改造，实现了覆盖全校无线传感器网络的能量自动监控系统。该系统由无线传感器环境的测量节点、网关和互联网（传输网络）服务器组成。互联网（传输网络）服务器由互联网终端用户（计算机和移动应用程序）组成，如图1所示。

图1

功能特点

无线传感器节点主要由各种传感器控制节点和网络服务器组成，试图收集和传输电力消耗、水资源利用、小环境等相关参数（如室内温度、光强度等）。通过无线传感器技术，数据可以通过网关实时传输到云平台，并根据地址将这些数据存储在服务器的数据库中。转换后，控制指令将自动发送到云平台。云平台将发送和存储的数据分组，然后发送到相应的网络节点，以减少无线传感器网络上的数据收集和分组传输流量。

本系统具有以下基本功能：

（1）基于无线传感器技术和网络技术的大学能耗实时监测系统，利用无线传感器网络、云平台等先进技术，将大学旧校区的能耗数据安全上传到大学物流管理平台，大大提高了大学旧校区能源储备数据的准确性和及时处理能力，共享综合能耗数据和各种处理信息。

（2）通过自动化管理减少能源消耗。根据一些学生宿舍、员工宿舍、实验室和基础教学楼能耗的突出特点，完成学校电力消耗数据的综合统计，生成水电统计分析报告。

（3）及时报警，确保能源消耗安全。根据学生宿舍、教师宿舍、实验室和教学建筑的能耗特点，制定合理的策略，及时发出预警和报警，并在特殊情况下自动切断电源：根据不同地区的能耗特点和不同季节的教学建筑，在工作日和非工作日的实际情况下做出正确的决策。根据不同地区的能耗特点，对不同季节、工作日和非工作日的教学楼进行了节能改造，并对相关能耗数据进行了详细的统计分析。当能耗超过标准值或无法正常使用时，及时向相关人员报告

对学校建筑、水泵、空调等大型设备进行大规模监控和预警分析，确保重点监控设备的正常运行

2.功能模块设计

传感器节点

传感器测试节点包括无线通信设备、内置核心处理器、各种传感器、功率检测模块、功率模块和无线射频收发器模块。传感器包括照明、风扇、空调、流量监控、人员监控和其他传感器。每个传感器网络节点都具有数据采集模式和相关设备控制的基本功能。王金晶，13/+77-443-/09+92

基本功能如下：

（1）数据采集功能。自动采集高校旧校区消耗的电能、水能、环境参数（如温度、光照等）数据。组合数据后，通过串行端口将其发送到射频无线收发器模块，然后通过网络将其发送到相关网关。

（2）控制相关设备的功能。当传感器的某些节点检测到室内温度和相对湿度时，当照明和其他环境条件达到阈值时，相应的控制命令通过射频收发器模块发送到当地环境相关参数控制设备，如自动和智能关闭或重新打开控制设备，增加或减少风扇的速度，调节室内温度，引入无线网络技术，以实现各种设备的智能化和控制。智能应用电源开关通过无线局域网的各种信号在网络服务器上获取控制命令，并通过控制电路控制照明电源插头的连接。

.照明传感器的设计

（1）照明传感器采用人射发光波长，一般为光电耦合集成照明传感器，波长约520nm。内置的双敏感元件接收器具有较高的可见光响应范围，输出的照明电流可以与照明器线性变化。当室外环境光照较强时，关闭所有照明供电设备中的所有电源电路，以帮助实现电源节能管理。当外部光照较暗时，可自动连接照明控制电路。

（2）故障传感器。照明和控制自动化设备中使用的各种故障传感器通常由故障电压传感器、电流传感器和控制照明自动化设备门端电路的门端和非门电路组成。当故障电压传感器和电流传感器将电流信号发送到门栅极上时，正常电流将在门之间形成，并发送正常运行的信号。如果只有一个标准电压信号，但没有标准电流信号，则故障信号将与门卫一起发送。

.内置空调传感器

(1)温度传感器

空调机组是中国常用的生活用电温度控制设备，在节能管理中起着主要作用。当室内环境温度低于10时，空调高效节能温度传感器系统由低温封闭式传感器和高温封闭式温度开关并联组成°C时，微处理器将控制低温开关的自动关闭；当室外环境温度高于25c时，微处理器可以控制高温开关的自动关闭，但如果室外环境温度保持在10~25c之间°C，微处理器控制两个开关断开。

(2)空调故障传感器

空调故障传感器一般由工作电压测量传感器、压缩机压力测量传感器和非栅极电路组成。工作电压测量传感器检测空调的工作状态。用于确定空调是否处于正常运行状态的压缩机压力测量传感器。如果空调系统脱机，压缩机系统无法正常运行，或者压缩机空转，压缩机系统转子两端之间没有压力容差。因此，压力传感器系统需要同时检测高压管与驱动压缩机旋转的两个低压管头之间的瞬时压差。

差压传感器用于实时测量压缩机系统的高压管和中低压管之间的微小压力分布差异，并通过数据处理发出报警信号，使工作人员能够及时收到报警信号。整个传感器系统元件精度高，数据采集精度高，从根本上解决了高校建立绿色节能数字校园管理的常见技术问题，解决了传统高校能源计量管理中效率低下的诸多关键瓶颈问题。工作原理是传感器隔膜内部的生成，因为测量仪器的传输压差直接叠加在压力传感器的隔膜上，王金晶，13/+77-443-/09+92。

为了防止错误的故障回报，故障传感器通常需要提前使用数字万用表测量芯片在工作状态端的相对电位，以确认其是否具有较低的工作电压。故障传感器的基本工作原理是，如果空调系统需要改变室内环境温度，整个空调装置的工作运行和状态可以通过温度开关进行控制，差压传感器系统可以获得稳定的工作电源。如果传感器有差压，则非门输出压力较低，传感器通常不会发生报警。如果压缩机电路中没有完全建立足够高的压力门。

人监控传感器

人员监控传感器一般采用红外传感器，其基本检测功能是在没有人可以进入的地方，检测器的主电源开关将断开；当有人可以进入检测器时，主电源开关将关闭。

无线网络节点和云平台管理系统

无线传感器网络节点和云平台管理系统也是介于无线传感器网络节点和高速以太网系统之间的无边界设备，在系统架构中始终起着重要的桥梁作用。无线网络节点主要由网络协调器、核心处理器模块、无线射频能量控制模块、内部存储模块和电源插头模块组成。无线传感器控制的所有节点设备和网络服务器通电启动后，无线传感器和网络将自动建立。接收数据后，核心处理器模块将使用串行端口监控无线传感器和网络的响应数

核心处理器模块的第一步是通过无线传感器网络和云平台将协调器发送的消息数据传输到数据存储模块，然后通过无线路由模块端口将集成数据传输到云平台服务器，然后将数据传输到云平台服务器。特殊软件使用设置的阈值来处理能耗数据，并直接将消息发送到相应的命令中。网关收到命令数据后，首先对综合数据包进行分析和处理，然后执行控制命令，将综合控制命令信息发送到相应的多个传感器和控制设备节点，控制节点上各种设备的运行状态。

移动应用

软件开发完成了一套移动应用系统专业软件，具有与云平台服务器系统基本使用功能相同的功能。移动应用程序具有与云平台服务器系统相同的一些基本网络功能。您可以在实时平台上查看旧校区的能耗信息，并随时随地控制相应控制设备的工作。其移动性将通过智能能耗监测为大学旧校区的能耗

后勤计费管理

采用先进的网络抄表付费管理技术，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、一卡通等充值支付方式，可设置补贴方案。通过能源付费管理方式，培养用能群体和部门的节能意识。

宿舍用电管理

针对学生宿舍用电进行管理控制：可批量下发基础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。

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付费管理王金晶，13/+77-443-/09+92

充电桩管理平台

充电桩在“源、网、荷、储、充”信息能源结构中是必不可缺的。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必不可缺的一部分。

智能照明管理

通过对高校路灯的全局监测，提供对路灯灵活智能的管理，实现校园内任一线路，任一个路灯的定时 开关、强制开关、亮度调节，以及定时控制方案灵活设置，确保路灯照明的智能控制和高效节能。王金晶，13/+77-443-/09+92

能源管理系统

针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析，包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了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类建筑耗电数据。如办公类建筑耗电、教学类建筑耗电、学生宿舍耗电等，对数据分门别类的分析，提供领导决策，提高管理效能。

构建符合校园节能监管内容及要求的数据库，能自动完成能耗数据的采集工作，自动生成各种形式的报表、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，设置控制策略，达到节能目的。

智慧消防系统

智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智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分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。王金晶，13/+77-443-/09+92

6.平台部署硬件选型

电力监控与运维平台

后勤计费管理

宿舍/商业预付费平台

充电桩管理平台

能源管理系统

智慧消防系统

电气火灾监控系统

7 结束语

基于无线传感器网络能耗监测系统在网络中使用先进的无线传感器，并实时监控数据。通过互联网上传到服务器，高校能源监管部门可以通过任何接人方式登录能耗监测系统，进行能耗数据查询，能源消耗分析和其他操作，并完全实现能耗监控系统。本系统采用总线技术，设备可以共享，成本低，并且在建设中对现有建筑破坏程度小，施工强度低、布线较少，维修量小。王金晶，13/+77-443-/09+92

本系统可以实时监测和分析旧校区的能源消耗，利用现代化管理手段进行能源配额管理，逐步培养教师和学生的节能意识，虽然实现建设节能校园的目标需要一定的时间，随着传感技术和网络技术的应用也将会尽快实现该目标。

【参考文献】

【1】 夏文才，王展展，高浩 等，基于节能减排措施下的建筑建造能耗分析[J].山西建筑,2018,11(33）：167-168.

【2】 杨旭．绿色校园能源利用实践[J].墙材革新与建筑节能,(45):57-59.

【3】 郭文会.基于无线传感器网络能耗监测系统在高校老校区建设的研究[J].兰州信息科技学院 2022版.

【4】 安科瑞高校综合能效解决方案版.

【5】 安科瑞企业微电网设计与应用手册版.

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