校園節能控制中間層的設計與實現

田永　于德?！≈軒r

摘 要：隨著物聯網技術的發展，當今大學校園也越來越現代化、智能化，校園規模不斷擴大，但是也隨之產生了嚴重的能源浪費，在能源，電力日趨緊張的今天，節能、高效、減排也顯得非常重要。校園電力資源的使用，傳統都是依賴人工來控制，在特定的時間內打開或者關閉，不是很靈活，有以下缺點：照明分配不均，電力的浪費，不能實時掌握每個地點的信息。文章對校園節能控制中間層進行了設計。

關鍵詞：校園；節能控制；中間層；設計；實現

為了滿足數字化校園的建設，落實教育部“節能減排學習行動”與“節約型學校建設”的各項要求，設計并且制作了物聯網校園中間層，和配套硬件，可以根據不同的情況，不同的地點，設置不同的能源使用策略，合理，及時，不減少原有功能，實現高效的能源控制。

系統設計的總體目標是研制適合于校園內不同場所，可以設置不同的策略，并且結合GIS技術將空間數據進行表現，面向接口設計整套系統，提高了物聯網中間層的靈活性與可靠性，表現與控制形式也更具人性化，中間層使用Go語言編寫，使用channel實現多線程并發，每一個新線程啟動只需1KB左右，只需一臺服務器即可提供極強的并發操作，不僅節約了成本，還便于維護與升級。

系統主要功能：可以按照學習課表，日出日落等設定一系列的策略，靈活的控制校園的電源控制。

1 系統硬件設計

中央控制臺

室內單元控制終端

路燈單元控制終端

手持Android 控制終端

1.1 中央控制室

中央控制室負責監控和管理整個系統運行并記錄其實時運行狀況。系統由一臺IBM服務器、UPS電源、打印機、短信接口模塊、多媒體系統等部分組成。UPS電源在中央控制室意外斷電時，可以緊急給系統供電，保障系統的穩定運行。IBM主機通過交換機接入校園網，作為服務器使用，提供HTTP查詢接口，和終端數監控接口，其他PC機或者手機端接受授權后可以實現數據訪問和共享，控制等操作，實現了移動式的實時監控和報警。

1.2 室內單元控制終端

室內單元控制終端可以通過WIFI 或者 ZigBee與中央控制室交互數據，實時與中央控制室交互數據來控制整個室內單元的節能策略，比如通過教務系統導入課表，僅可以在上課時間段內開通電源，或者設置為該教室通過聲控控制電源，或者設置此教室僅通過開關控制電源等。硬件部分包括無線通信模塊、光照感應模塊、人體感應模塊、A/D轉換電路、麥克風，STC控制芯片等構成。

1.3 路燈單元控制終端

路燈控制終端與教室單元控制終端相似，采用UHF無線電臺進行數據交互，采用的工作方式是異頻雙工方式，FSK調制方式。路燈控制終端接收到單燈控制地址范圍及策略選擇指令后，解析命令代碼，實現對照明的控制。由于路燈站點比較分散，其結構為星型拓撲，一點對多點。微控制器也可以將采集到的數據，將調制解調器FSK調制，然后進行數據發送。路燈單元控制終端部分包括無線通信模塊、光照感應模塊、人體感應模塊、A/D轉換電路，控制芯片等構成。

1.4 手持控制終端

由于服務器中間層提供了實時數據的接口，策略設置接口，手持Android控制端或者IOS控制端，可以很輕松的獲取校園實時的電源使用信息，只需采用HTML或者其他的編程技術，將服務器返回的數據展示在手機屏幕上即可，實現了數據與展示的分層，不僅方便編程與維護，同時也提高了系統的穩定性。

2 軟件設計

服務器軟件在LINUX環境下開發，服務器采用CentOS，數據庫采用MySql，開發語言采用Google的GO語言，Go語言是服務器端語言，支持云計算的網絡服務。Go語言能夠讓程序員快速開發，并且在軟件不斷的增長過程中，它能讓程序員更容易地進行維護和修改。它融合了傳統編譯型語言的高效性和腳本語言的易用性和富于表達性。Go 讓函數很容易成為非常輕量的線程。這些線程在 Go 中被叫做 goroutines a；語言層面支持并發，這個就是Go最大的特色，天生的支持并發，Go就是基因里面支持的并發，可以充分的利用多核，很容易使用并發。極大的提高了服務器的并發量與執行效率。

2.1 中央控制室系統軟件設計

本軟件設計采用工廠模式，包括路由過濾模塊、策略生成模塊、站點管理模塊，android 和 WEB 顯示頁接口模塊組成。站點模塊用來添加或者刪除節能終端，路由過濾模塊用來根據請求的路由找到對應的邏輯處理部分，將此時終端的數據和數據庫保持的數據相比對，判斷此節點是否運行正常。策略生成模塊用來生成某一終端或者某一組終端的節能策略，此模塊產生的代碼是服務器和下位機通訊的關鍵數據。同時為了減少系統耦合，系統單獨提供了數據接口，各個節點數據，整體數據等以JSON格式輸出。

2.2 監控終端軟件設計

本系統終端適用于大多數平臺及其手持平臺，只要通過HTTP請求中央控制器的接口，將得到的JSON實時數據通過WEB或者 安卓的頁面展示即可，通過GIS或者第三方地圖生成站點分布地圖，基于主控制中心返回的JSON數據能實現地圖與屬性的綜合查詢，修改地圖，實時的反應整個校園內的燈光，電源的運行情況?？刂泼姘迳弦部梢耘渲貌煌牟呗?，再次通過HTTP請求POST到服務器，當服務器驗證用戶權限后，轉發到監控終端。利用GIS平臺為例，可以對地圖的縮小、放大、鷹眼、距離，漫游等查詢，分析以及統計，可以在客戶端查看各個終端的使用電量情況和報警信息，并可以對查詢和分析的結果通過打印機打印出專題圖和統計圖等可視化的形式打印出來?；谥鞣掌鞲又庇^的控制所有節點信息，做到控制節能的同時還能及時的通知維護人員到故障現場維護。

3 結束語

隨著社會的進步，互聯網的快速發展，智能化的方式延伸到了人類生產生活的各個方面。本系統的控制端都布置在服務端，通過HTTP與各個終端控制節點交互，并且服務器提供策略接收，實時數據發送接口，有很高的擴展性，可以將平臺延時至各個平臺，方便用戶查看，隨時管理各個節點。本套系統滿足了學校對節能多變，靈活的控制，同時也滿足了不同的管理人員對學校地理，時間，能源信息的多方位掌控。同時建設節約型社會是國家的重要戰略部署，也是堅持落實科學發展觀的必然要求，本系統同時也宣傳了節約，勤儉，讓同學們更加關注能源的節約，努力把美麗的校園建設成綠色校園。

參考文獻

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[5]羅光偉.基于WINCC的校園教室節能控制系統[D].

作者簡介：田永（1993-），本科生，主要研究方向：計算機科學與技術、嵌入式系統開發。

*通訊作者：于德海（1960，8-），吉林省長春市人，副教授，碩士研究生導師，主要研究方向：嵌入式系統。