基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑智能用電系統(tǒng)的研究

宋雅麗

[摘 ?要]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，我國建筑行業(yè)也得到了明顯的發(fā)展和進(jìn)步，而建筑能耗在我國總體能耗中所占的比例也在不斷增加。近年來，建筑能耗問題受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注和高度重視，為了改變這種現(xiàn)狀，各種建筑節(jié)能技術(shù)越來越多的被研發(fā)出來，其中基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑智能用電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，不僅降低了建筑物能耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的效果，同時(shí)還有利于提升建筑的智能化用電，為人們提供更加舒適、安逸的居住環(huán)境?；诖?，本文通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑智能用電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析。

[關(guān)鍵詞]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);建筑智能用電系統(tǒng);分析探究

中圖分類號(hào)：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）22-0119-01

引言：隨著科技的發(fā)展以及社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來越高，在注重居住空間大小的基礎(chǔ)上，同時(shí)還要求住居環(huán)境具有舒適、安全、健康等特點(diǎn)，促使建筑用電系統(tǒng)進(jìn)行不斷的改造和升級(jí)，逐漸實(shí)現(xiàn)了建筑的智能化管理。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新型的技術(shù)形式，將其有效的應(yīng)用到建筑智能用電系統(tǒng)的建設(shè)中去，它可以利用通信的協(xié)作與交互來共同進(jìn)行建筑終端設(shè)備的各種信息采集工作，并且通過局域網(wǎng)、無線網(wǎng)將采集到的信息數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控界面或者是服務(wù)器，為建筑的各項(xiàng)管理工作提供了極大的便利條件。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

隨著科學(xué)信息技術(shù)水平的不斷提高，人們開始進(jìn)入了信息化時(shí)代，信息成為人們生活中不可缺少的一種資源，而社會(huì)的信息化也逐漸成為了當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要標(biāo)志。近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步，一種新型的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架逐漸形成。其中，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展拉近了人與人的距離，而物聯(lián)網(wǎng)則是拉近了物與物的距離。物聯(lián)網(wǎng)主要是將物作為服務(wù)的主體，實(shí)現(xiàn)各種物之間的信息互動(dòng)和傳輸，突破了以往計(jì)算機(jī)和物理設(shè)施的分析思想，推動(dòng)了物理世界和人類社會(huì)的融合發(fā)展[1]。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效的應(yīng)用到建筑智能化用電系統(tǒng)建設(shè)中，對(duì)建筑的發(fā)展有著重要的意義。

二、 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑智能用電系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

（一） 無線環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)中的軟硬件設(shè)計(jì)分析

無線環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)主要包括無線的CO2監(jiān)測、電量監(jiān)測、濕度和溫度監(jiān)測、光照監(jiān)測等四個(gè)模塊。每個(gè)無線環(huán)境中的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)都是由無線射頻、感知器、電源、處理器等四部分內(nèi)容組成。其中感知模塊主要就是指溫度和濕度、電量、CO2、光照等環(huán)境的監(jiān)測，通過對(duì)外界環(huán)境的感知，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理、過濾、A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字量和模擬量[2]。而無線射頻主要就是進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和物物相連。處理器主要用于相關(guān)控制和任務(wù)調(diào)度工作。電源主要就是為系統(tǒng)提供其正常工作時(shí)所需的能量。

（二）無線智能開關(guān)的具體設(shè)計(jì)分析

無線智能開關(guān)能夠直接代替房屋內(nèi)的墻壁開關(guān)，它與其他開關(guān)一樣可以正常的開關(guān)切換使用，同時(shí)它還能通過建筑中的其他無線設(shè)備和ZigBee模塊自動(dòng)組成無線控制網(wǎng)絡(luò)。建筑用戶能夠通過房間控制器或者是智能網(wǎng)關(guān)對(duì)其進(jìn)行開關(guān)操作。設(shè)計(jì)和應(yīng)用無線智能開關(guān)主要意義就在于即使用戶離開了建筑物也不用擔(dān)心家里的相關(guān)電氣是否忘了關(guān)掉，他們可以用手機(jī)等設(shè)備登錄系統(tǒng)查看家中的電氣工作狀態(tài)，進(jìn)而保證電氣是在關(guān)閉的狀態(tài)下[3]。而且無線智能開關(guān)對(duì)電路的控制還可以對(duì)開關(guān)進(jìn)行模擬，上位機(jī)向MCU發(fā)送控制指令，然后通過照明系統(tǒng)的控制電路來對(duì)燈具的“亮”或者“滅”進(jìn)行控制。通常情況下，無線智能開關(guān)的照明控制系統(tǒng)都是應(yīng)用光耦控制雙向可控硅類型的控制電路。

（三）無線智能插座具體設(shè)計(jì)分析

設(shè)計(jì)無線智能插座主要就是用來控制相關(guān)電氣設(shè)備的關(guān)斷操控。用戶可以將無線智能插座和相關(guān)電氣設(shè)備進(jìn)行綁定，應(yīng)用ZigBee模塊建立物物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然后有效接收由監(jiān)控中心傳送的各種命令，通過可控驅(qū)動(dòng)電路來隨意控制電器設(shè)備的通斷，例如，通過無線智能插座能夠自動(dòng)打開排氣扇進(jìn)行排氣、自動(dòng)打開電腦和加濕器等等。同時(shí)，也可以將其他電氣設(shè)備插入無線智能插座，例如，電熱水、飲水機(jī)以及暖太陽燈等。此外，無線智能插座不僅可以對(duì)電氣設(shè)備的開關(guān)進(jìn)行控制，同時(shí)，它的內(nèi)部還嵌入了測量電量的功能，能夠通過MCU來對(duì)無線插座上的各種工作電氣設(shè)備的電量進(jìn)行讀取，例如，電流、電壓等，然后通過無線ZigBee模塊將讀取到的數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)服務(wù)器中。

（四）智能網(wǎng)關(guān)的具體設(shè)計(jì)分析

智能網(wǎng)關(guān)主要就是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行無縫對(duì)接的一種模塊，是建筑智能用電系統(tǒng)平臺(tái)中的重要組成部分。近年來，異架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)越來越多，例如，通過GPRS模塊與ZigBee協(xié)議模塊進(jìn)行無縫對(duì)接的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān);通過藍(lán)牙與ZigBee協(xié)議模塊進(jìn)行無縫對(duì)接的藍(lán)牙-ZigBee網(wǎng)關(guān)。但是，這兩種結(jié)構(gòu)形式不適合在建筑智能用電系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。而基于LWIP協(xié)議的ZigBee協(xié)議-TCP/IP協(xié)議形式的網(wǎng)關(guān)模塊作為建筑智能用電系統(tǒng)中較為常用的一種類型，其主要由無線收發(fā)、網(wǎng)絡(luò)接口、MCU模塊以及電源模塊等四個(gè)部分組合而成。其硬件結(jié)構(gòu)主要是通過微處理器芯片構(gòu)成的MCU模塊，運(yùn)用芯片KSZ8041建立以太網(wǎng)接口模塊，運(yùn)用HR911105A建立接入網(wǎng)絡(luò)模塊，通過串口進(jìn)行連接的電源模塊和收發(fā)模塊。而MCU主要就是通過KSZ8041模塊與Mil接口通信。

（五）房間控制器的具體設(shè)計(jì)分析

房間控制器是人們進(jìn)行操作的重要對(duì)象，用戶能夠通過相關(guān)觸摸屏和可視化界面進(jìn)行系統(tǒng)化的操作活動(dòng)。房間控制器系統(tǒng)的操作界面主要有進(jìn)入房間、能耗監(jiān)測、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、系統(tǒng)設(shè)置、用戶管理、情景模式、定時(shí)控制等多種功能。首先，在用戶進(jìn)入到房間中，可以運(yùn)用可視化界面了解到房間內(nèi)外目前的濕度、溫度、光照以及CO2等參數(shù)，從而通過這些參數(shù)得出房間的質(zhì)量狀態(tài)和適宜系統(tǒng);其次，建筑用戶還可以結(jié)合自身的實(shí)際需求，對(duì)房間的電氣設(shè)備以及燈光進(jìn)行一定權(quán)限的操控;最后，在用戶離開房間時(shí)，只需要對(duì)操作界面中顯示的“人”進(jìn)行點(diǎn)擊，就可以將房間內(nèi)的各種電器設(shè)備關(guān)閉，再也擔(dān)心忘記關(guān)燈的現(xiàn)象發(fā)生。同樣的，用戶回家時(shí)也只需要對(duì)操作界面中顯示的“人”進(jìn)行點(diǎn)擊，就可以開啟房間內(nèi)的各種電氣設(shè)備，這樣不僅減少了一些不必要電能的消耗，同時(shí)也為人們的生活提供了極大的便利條件，有利于滿足人們對(duì)舒適、安全、便捷、健康的居住環(huán)境的需求。

結(jié)論：總而言之，隨著建筑事業(yè)發(fā)展水平的提高，其內(nèi)部管理系統(tǒng)越來越朝著智能化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展，同時(shí)建筑智能用電系統(tǒng)的應(yīng)用也受到了人們的廣泛關(guān)注和高度重視。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新型的技術(shù)形式，將其有效的應(yīng)用到建筑智能用電系統(tǒng)建設(shè)中去，不僅可以降低建筑的能耗，提升建筑的發(fā)展功能，同時(shí)還可以為用戶提供更加便捷、舒適、安全的居住環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張步，代曉麗. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑用電管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表，2016，01：152-153.

[2] 袁麗艷，汪東軍，李一真. 基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑用電監(jiān)測及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2016，03：38-41.

[3] 邢智毅. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能建筑系統(tǒng)集成[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，09：82-84.