基于無線傳感網的校園水控系統可行性研究——以江蘇省無錫交通高等職業技術學校錢榮校區為例

蔣紅梅

（江蘇聯合職業技術學院 無錫交通分院，江蘇 無錫 214000）

0 系統的研究背景

當今社會，不可再生資源越來越缺乏，節水節能已經成為全世界的焦點話題。目前，江蘇省無錫交通高等職業技術學校錢榮校區的用水量統計方式還是傳統的年度抄表方法，僅是對南北校園的兩個進水總閥分別進行抄表，自來水公司是一年來校抄表一次，結賬方式是年終與校財務結賬。而且平時想了解學校用水情況，后勤專門安排人員每月去抄表，很是辛苦和繁瑣。這種傳統又落后的水資源使用管理辦法已經遠遠不能適應現代社會對水資源節約的要求。基于無線傳感網的校園水控系統是利用自動控制技術、無線傳感技術及計算機技術等現代先進技術的整合，對各樓棟的用水信息進行實時遠程采集和傳輸，并對用水量進行計量與監控。

1 系統的可行性研究要求

本校園水控系統的研究和設計，擬采用無線傳感網絡技術，在學校現有軟硬件資源配備下進行組網，搭建一個校園用水監控平臺，對校園內各樓棟用水情況實現不間斷實時監控的同時，能實現應急預警和處理。

1.1 運行環境要求

為確保本系統正常運行，特對系統運行環境提出一下基本要求：

（1）操作系統 ：Win2000/2003/XP

（2）Web Server：Tomcat 5.0 或以上

（3）瀏覽器 ：Internet Explorer

1.2 主要功能要求

系統的基本功能要求：能夠實現用戶（即：各樓棟管理員）對樓棟用水量的實時登陸查詢，對樓棟出現用水異常監控并及時預警，若異常情況在延時時限內仍然存在，各樓棟及監控平臺同時聲光報警，樓棟管理員可立即對異常情況進行核查，若屬于非人為因素導致的水源浪費，立即關閉總閥。若異常情況發生在夜間等無人在崗時段，報警延時一定時間，電磁閥將自行動作，等待維修人員到達管理員到位，以免水源繼續被浪費。

（1）前臺應用實現功能：用戶注冊和登錄；各樓棟用水計量查詢；前臺頁面管理。

（2）后臺管理實現功能：用戶注冊信息管理；數據庫信息修改管理功能；用水信息信息管理；用水計量查詢比較功能。

（3）系統功能描述：主要有用戶管理（用戶注冊、用戶查詢、更新用戶）、水量管理（樓棟用水計量管理、用水計量狀態）、系統管理（權限管理、模塊管理、數據管理和前后臺界面管理）等。系統能及時有效的將用戶的用水信息更新到監控平臺上，系統具備一定的大數據分析與處理能力。

1.3 系統研究目標

方便用戶實時查詢用水信息；便于用戶及時反饋用水信息；實現根據季節對數據庫基礎信息進行修改；從“技術防”途徑上實現校園節水目的。

2 系統的可行性研究方案

為實現以上可行性研究要求，提出了一種基于無線傳感技術的新型水量監控網絡平臺，來替代原有傳統的一年結算一次水量水費的土辦法。致力于將無線傳感技術、自動控制技術及計算機技術等先進技術進行整合，設計出結構緊湊、成本低廉的校園用水情況監控系統，通過無線傳感網絡，為穩定、可靠地監控校園內宿舍區、辦公區及教學區等區域樓棟的用水量提供有力的保障，進一步提高全體師生的節水意識，形成良性的校園節能文化氛圍。

基于無線傳感網的校園水控系統總體方案框圖如圖1所示。

圖1 校園水控系統總體方案框圖

2.1 節點處設計思路

系統將在節點采用渦輪流能量傳感器進行用水信息的采集。在日常生活中，人們也經常能夠看到它的應用，比如說飲水機或者咖啡機等。它是通過記單位時間的脈沖數來測量流量渦輪旋轉的速度，從而換算出流量的。系統還需要外加一個計數芯片或者采用具有計數功能的單片機。

用戶終端即信息采集節點處模塊設計成如圖2所示：

圖2 信息采集模塊

2.2 無線通信網絡需求分析

考慮到系統的實時性和實用性需求，采用具有路由功能的無線傳感網絡節點，選用的是具有可擴展性、較好的數據融合性的TEEN協議，能對應急情況可以做出迅速反應。計時設備選用的是具有較高性價比的晶體振蕩器。系統可對來自各節點感知到的數據進行存儲融合后再轉發給平臺。

2.3 系統軟件需求分析

本系統可實現系統各節點用水量的查詢、超標預警、節點水量控制等，具體執行過程則需軟件程序來順利實現與單片機的數據通訊以及界面的設計工作。

（1）PC機主要負責數據信息的收集、存儲和管理。

（2）需設計一個簡單美觀的軟件界面，前臺網頁設計采用asp.net進行網站開發。相關網頁上有按鈕、查詢菜單等設計，各樓棟工作人員通過相關網頁進行信息的定期查詢、跟蹤和反饋。

（3）系統為了便于數據管理和操作方便，同時考慮到與windows操作系統的良好兼容性，本系統后臺數據庫管理通過sql server2005完成記錄和處理相關信息，如完成閾值比對同時進行操作者身份的識別等。數據庫里可以建立多個表格，如用于存儲PC機接收數據的表名為“water”，還有記錄網站基本信息的表“myconfig”，用戶信息表“user”等。

（4）系統將各樓棟信息存儲在監控平臺的數據庫中，便于實時比對。如遇到用水計量異常，系統立即在平臺終端上有異常顯示；若異常值在一定時限內仍未消除，則平臺聲光報警的同時控制該樓棟的電磁閥動作，關閉樓棟總閥。

3 系統的可行性研究結果

經過對系統可行性方案的設計與研究，得出該系統在該校的應用是可行的，主要體現在以下幾個方面：

（1）環境上的可行性 該校需要用水情況監控的樓棟不足10幢，本系統的無線傳感網絡的搭建不是特別復雜。而且，現有的軟硬件資源較豐富，且兼容性好，系統運行壞境良好。

（2）技術上的可行性 項目組成員均來自于本校計算機及自動控制專業方向研究的資深老師，對系統開發的工具相當熟悉，熟悉軟件開發生命周期的運用，同時，能熟練編寫sql語句，完全具備數據庫的書寫能力，掌握傳感裝置、電磁閥以及單片機等工作過程的靈活操作。

（3）操作上的可行性 在校園里，用水容易出現浪費的區域主要集中在學生宿舍區。學生宿舍區均有管理員24小時輪崗值班，滿足了本系統對信息實時反饋的基本服務要求；后臺管理員可以根據實際情況調整數據庫內初始值。

（4）節能上的可行性 樓棟用水計量采用無線傳輸方式，可以減少有線網絡的鋪設費用；系統使用后可解決傳統的用水計量方法的時滯問題，并且無需后勤人員每月查看總表，節約了人力做好平臺管理和信息服務工作；系統實時跟蹤用水情況，避免了水源的不必要浪費。

4 結語

綜上所述，本系統是運用了無線傳感技術、計算機技術等先進技術知識與理念開發設計的，設計緊緊結合校園的實際用水情況，對于校園用水情況監控有著深遠的現實意義。從運行壞境、技術運用、節水效能等方面綜合進行分析，確定了基于無線傳感網的校園水控系統是適合監控該校各樓棟的用水情況的，為開創校園節能新局面奠定了良好的基礎。

［1］黃昆彪,饒偉云.電能遙測計量監控的可行性方案[J].電力需求側管理,2002.

［2］謝偉,李英奎.校園網上書店管理系統可行性研究報告[J].計算機與信息技術,2013.

［3］吳雪琴.無線傳感網的校園水控系統的設計[J].科技傳播,2014.