基于ZigBee技術(shù)的智能樓宇能源管理系統(tǒng)

【摘要】本文使用ZigBee技術(shù)作為物理層、網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。利用ARM-Linux的系統(tǒng)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了友好的交互式控制界面，在樓宇環(huán)境設(shè)立多種類型的傳感器節(jié)點(diǎn)和支持IPV6的接入網(wǎng)關(guān)，通過無線網(wǎng)關(guān)與移動(dòng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控所有用電設(shè)備，建立了完善的智能樓宇能源管理系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】傳感器網(wǎng)絡(luò)智能樓宇ZigBee

1概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑能耗是世界上同緯度國(guó)家的3倍，占全國(guó)一次能源消耗總量的27.8%；其次，照明、空調(diào)及其他電器設(shè)備，占全國(guó)建筑總能耗的46%。在節(jié)能方面，智能樓宇目前在應(yīng)用中最普遍的控制功能主要有兩大塊：一是照明，二是電器。在智能照明控制中，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)、隨意調(diào)節(jié)燈光的明暗度等功能，而且能設(shè)定不同的照明場(chǎng)景來滿足不同時(shí)間的照明需要；在電器的使用中，可以檢測(cè)使用情況，若暫時(shí)不使用就實(shí)現(xiàn)待機(jī)或者關(guān)機(jī)，若房間無人，則關(guān)閉空調(diào)和燈光?；诖祟愋枨蟊疚奶岢隽嘶赯igBee技術(shù)的智能樓宇能源管理系統(tǒng)。

圖1系統(tǒng)框圖

2技術(shù)方案設(shè)計(jì)

基于ZigBee技術(shù)的低碳型智能樓宇管理系統(tǒng)主要由大廈安防管理系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)組成。每個(gè)子系統(tǒng)以ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過主節(jié)點(diǎn)連接到物聯(lián)網(wǎng)樓層網(wǎng)關(guān)，各層網(wǎng)關(guān)再連接到外部網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到智能遠(yuǎn)程管理和節(jié)能的目的。節(jié)點(diǎn)類型有：主控系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、安防管理系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)、能源管理系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)。

其節(jié)點(diǎn)包括主節(jié)點(diǎn)和各個(gè)子系統(tǒng)的子節(jié)點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1：

2.1主控系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)

主控系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)以ARMS3C2440為控制核心，帶有觸摸屏、大容量?jī)?nèi)存、音頻接口及與互聯(lián)網(wǎng)的通訊網(wǎng)口，它利用RS-232接口與主節(jié)點(diǎn)的CC2430通訊，傳遞網(wǎng)絡(luò)中的各種信息，它具有兩個(gè)方向上的對(duì)外接口：向上與基于IPV6的以太網(wǎng)接口、向下與Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊的接口。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

主節(jié)點(diǎn)匯集各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的信息，綜合處理，把從子節(jié)點(diǎn)采集的各種信息翻譯、傳送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；主節(jié)點(diǎn)把從外網(wǎng)得到的控制信息經(jīng)過處理，發(fā)送到子節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，遠(yuǎn)程控制大樓各個(gè)子節(jié)點(diǎn)。

2.2安防管理系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)

子節(jié)點(diǎn)以TI的CC2430低功耗芯片為控制核心，它是用于2.4GHz的IEEE802.15.4片上系統(tǒng)解決方案，結(jié)合多種多媒體傳感器，包括音頻采集、視頻監(jiān)控、煙霧水火等傳感器、醫(yī)療急救和緊急報(bào)警開關(guān)等組成了全面的安防體系。本系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）完善的防盜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)門、窗、陽(yáng)臺(tái)等地方的監(jiān)控和報(bào)警，力爭(zhēng)做到零誤報(bào)；（2）實(shí)現(xiàn)家中火災(zāi)早期的監(jiān)測(cè)和煤氣泄漏等突發(fā)事件的監(jiān)測(cè)；（3）實(shí)現(xiàn)辦公室和家庭安全狀況遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和查詢；（4）具有現(xiàn)場(chǎng)圖像抓拍功能，在設(shè)防狀態(tài)下，當(dāng)紅外傳感器或者門磁觸發(fā)告警時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)攝像頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍攝。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3：

系統(tǒng)開機(jī)后首先調(diào)用控制器進(jìn)行初始化，然后讀取按鍵值，根據(jù)按鍵值判斷當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)主機(jī)處于設(shè)防狀態(tài)時(shí)，通過掃描CC2430模塊來查詢各個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況，一旦發(fā)現(xiàn)有異常情況或者醫(yī)療求救，系統(tǒng)判斷為何種突發(fā)事件后，立即啟動(dòng)報(bào)警裝置和攝像頭，并給預(yù)先設(shè)置好的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信，并做相應(yīng)的防護(hù)措施。系統(tǒng)軟件流程如4：

圖2主節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖3安防管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4安防系統(tǒng)流程圖

2.3能源管理系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)

節(jié)能系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控大廈的用電情況，傳遞用電信息參數(shù)，可以根據(jù)外界亮度和有無人情況自動(dòng)調(diào)節(jié)燈管的開關(guān)狀態(tài)或者亮度，實(shí)現(xiàn)廊燈白天自動(dòng)熄滅，房間人來燈亮，人走燈滅的自動(dòng)控制；可以根據(jù)房間的溫度和有無人情況自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)或者溫度，實(shí)現(xiàn)人走自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與安防的結(jié)構(gòu)圖3.3類似。

總結(jié)

智能樓宇在無線通信與組網(wǎng)方面，采用Zigbee技術(shù)，具有特別重要和關(guān)鍵的意義，也將成為以后的發(fā)展方向。基于Zigbee技術(shù)的產(chǎn)品銷售額比兩年前翻了3倍，ZIGBEE技術(shù)在智能電網(wǎng)，智能家居等方面都取得了廣泛的應(yīng)用。采用這一新型技術(shù)的應(yīng)用，從根本上改變落后的手段和技術(shù)，不再一味的尋求簡(jiǎn)單方便的安裝手段，而是從用戶的應(yīng)用靈活性方面考慮，更多的人性化特點(diǎn)，更多的節(jié)能減排，讓物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)產(chǎn)生從量變到質(zhì)變的技術(shù)更新革命。