基于物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)研究

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的日益提高，各行業(yè)在其自身規(guī)模的發(fā)展上都取得了相當(dāng)可喜的業(yè)績，但伴隨這些光彩發(fā)展背后的確實(shí)日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，為保持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)已成為當(dāng)今社會(huì)不可回避的選擇。物聯(lián)網(wǎng)是將所需處理的貨物通過相關(guān)信息識(shí)別設(shè)備將其信息與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，已達(dá)到智能化識(shí)別管理的目的，而在節(jié)能減排的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)也創(chuàng)新性的提出了智能節(jié)能系統(tǒng)，從物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究并解讀了智能節(jié)能系統(tǒng)在軟硬件等各方面的技術(shù)支持，并在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)性測試平臺(tái)上測試其時(shí)效性，，最后對(duì)本文所提到的智能節(jié)能系統(tǒng)做出總結(jié)與展望。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能減排；物聯(lián)網(wǎng)；智能插座

所謂的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是通過一系列高科技信息識(shí)別感應(yīng)裝置（紅外感應(yīng)器、GPRS全球定位系統(tǒng)、激光掃描等）將所有的被處理物品都進(jìn)行信息化登記處理，并與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球性、遠(yuǎn)程性、便捷性的生產(chǎn)生活體系。在我國中央歷年的各大會(huì)議上，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展一直是大會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)的高速運(yùn)作，不但帶動(dòng)了三網(wǎng)融合，更為百姓的日常生活帶來了便利。

1.物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有較為普及的物聯(lián)網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)一般被分為傳感網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)三大類。其中，傳感網(wǎng)絡(luò)是通過放置在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的大量微型傳感器所構(gòu)成的局域監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場貨物進(jìn)行監(jiān)控；而傳輸網(wǎng)絡(luò)，就是在接收到傳感網(wǎng)絡(luò)所感應(yīng)到的相關(guān)信息后，通過一定技術(shù)手段再將其信息傳遞到外部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（如互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、NGN等）；最后的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)便是信息傳遞的終端，在該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，所有的信息都可以被編輯處理。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在新型的智能節(jié)能系統(tǒng)中，對(duì)其運(yùn)作起支持作用的關(guān)鍵電路是電量采樣電路，該電路的核心是ADE7755（電能計(jì)量轉(zhuǎn)換芯片），該電路可以完美的實(shí)現(xiàn)對(duì)待測系統(tǒng)的用電測量。而其運(yùn)作的原理是將被測系統(tǒng)中所檢測到的功率信息以頻率的形式輸出，對(duì)檢測到的功率以電流、電壓雙通道的信號(hào)乘積以低通濾波展現(xiàn)，最后再通過V-F對(duì)其信息的轉(zhuǎn)換，最終以頻率的形式從F1與F2管腳輸出（為用于電表的校正，CF管腳同時(shí)輸出高頻信號(hào)）。

2.2 無線通信系統(tǒng)

由于現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)在其感應(yīng)階段所設(shè)置的傳感網(wǎng)絡(luò)所采用的微型傳感器構(gòu)架是傳統(tǒng)的嵌入式產(chǎn)品模式，而為了達(dá)到實(shí)際需求，在傳感器的實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)也在功能部件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用系統(tǒng)等多方面上都做了些許的改進(jìn)，并升級(jí)成為智能插座，該傳感器是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與無線通信系統(tǒng)共同構(gòu)成，該傳感器的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了貨物與網(wǎng)絡(luò)的緊密連接，在整個(gè)無線通信系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的任務(wù)。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

在本文提出的系統(tǒng)中，將使用嵌入式開發(fā)平臺(tái)E-Box 3300作為此次節(jié)能系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)，在E-Box 3300上自配置WinCE操作系統(tǒng)（支持將條碼掃描裝置與數(shù)據(jù)終端一體化），并用C#開發(fā)出可對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分類的相關(guān)軟件；與此同時(shí)，自主開發(fā)用戶操作界面，完成外網(wǎng)信息公布，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。

如圖2所示，在該模型中E-Box作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備處于核心位置，它將網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的相關(guān)采集數(shù)據(jù)通過Internet網(wǎng)絡(luò)保存到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)用戶想通過其他移動(dòng)終端獲取相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，E-Box就可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)訪問之前的數(shù)據(jù)庫來拾取用戶所需的數(shù)據(jù)，然后再通過無線網(wǎng)絡(luò)將該數(shù)據(jù)傳給用戶，而當(dāng)用戶想用過PC獲取該數(shù)據(jù)時(shí)，也可以直接以Web的方式通過Internet網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)庫，獲取用戶所需要的數(shù)據(jù)。WinCE系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)了三網(wǎng)（E-Box 3300、GSM、Internet）的無縫對(duì)接，讓整個(gè)物流網(wǎng)變得更加簡潔便利。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)圖

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1 CC2430片上程序設(shè)計(jì)

所謂的CC2430片上程序，其主要職責(zé)便是負(fù)責(zé)整體信息流程的控制，其主要程序包括主程序（主要負(fù)責(zé)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送，以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋后的后續(xù)處理），定時(shí)器（主要負(fù)責(zé)按時(shí)向中央感應(yīng)器傳輸傳感數(shù)據(jù)）和定時(shí)器（負(fù)責(zé)監(jiān)控眾多感應(yīng)器的工作情況，必要時(shí)可將感應(yīng)器系統(tǒng)復(fù)位，保證系統(tǒng)可靠與穩(wěn)定）。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能節(jié)能系統(tǒng)后臺(tái)管理平臺(tái)軟件開發(fā)

對(duì)于全新的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)，其用于后臺(tái)管理的軟件是一個(gè)公開的信息平臺(tái)（傳感器數(shù)據(jù)局域網(wǎng)內(nèi)傳送；傳感器數(shù)據(jù)外網(wǎng)傳送），主要提供PC、筆記本電腦、手機(jī)等所有終端設(shè)備的信息調(diào)度、提取與查詢等一系列功能，并且還可以將感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的一切無線設(shè)備通過技術(shù)手段整合在一起。平臺(tái)軟件分為2個(gè)部分：

3.2.1 傳感器數(shù)據(jù)局域網(wǎng)內(nèi)傳送

在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營環(huán)境下的無線局域網(wǎng)內(nèi)信息通信，主要是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中各類檢測器結(jié)構(gòu)、檢測器個(gè)數(shù)等信息進(jìn)行管理與顯示。這些設(shè)備信息的開發(fā)環(huán)境一般包括Microsoft Visual Studio、C++、Net、Microsoft SQL Server 2000等。

在物聯(lián)無線局域網(wǎng)內(nèi)信息通信的環(huán)境下，當(dāng)基站系統(tǒng)接收到無線感應(yīng)器所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，基站軟件系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)相關(guān)處理方案將查詢和管理命令反饋出去，而一旦所檢測數(shù)據(jù)超出理論范圍，就會(huì)自行啟動(dòng)保護(hù)措施，即將系統(tǒng)電源切斷以保護(hù)系統(tǒng)安全性。而在該區(qū)域網(wǎng)內(nèi)，一切物聯(lián)信息都可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行交流，在保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程操控。

3.2.2 傳感器數(shù)據(jù)外網(wǎng)傳送

通過簡潔的Windows Communication Foundation服務(wù)系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，再通過Windows Communication Foundation的客戶端與服務(wù)端框架的數(shù)據(jù)處理流程，然后再結(jié)合Microsoft SilverLight的網(wǎng)頁設(shè)計(jì)技術(shù)，在Microsoft Visual Studio與expression開發(fā)環(huán)境下，利用C#編程語言以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)界面的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下所有信息數(shù)據(jù)的處理與呈現(xiàn)。而當(dāng)需要調(diào)度相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，用戶就可以通過Web對(duì)microsoft sql server的數(shù)據(jù)庫的進(jìn)行訪問并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。而運(yùn)用Microsoft SilverLight與Windows Communication Foundation技術(shù)設(shè)計(jì)物流環(huán)境所需網(wǎng)頁的主要部分一般有2個(gè)。一是以曲線圖的形式反映各種物流設(shè)備的用電所需量，二是通過個(gè)體與總體的對(duì)比反映相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.總結(jié)與展望

在當(dāng)今物流量飛速提高的時(shí)代，各行業(yè)間對(duì)于物資的調(diào)度需求越來越大，而物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興的理論與技術(shù)，其在眾多領(lǐng)域都起到了至關(guān)重要的作用。他可以為用戶提供一種更易被接受的運(yùn)行環(huán)境，讓用戶在不經(jīng)意間享受到物聯(lián)網(wǎng)所帶來的便利服務(wù)。而面對(duì)節(jié)能減排的新環(huán)境，全新物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)的提出，則在適應(yīng)了當(dāng)今新型環(huán)境的同時(shí)，再次提升了系統(tǒng)對(duì)于廣大用戶的服務(wù)領(lǐng)域，讓更多的人享受到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所帶來的便捷生活，讓人類的生活環(huán)境做到與環(huán)境和諧共存，讓可持續(xù)發(fā)展變?yōu)橐环N趨勢。

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