基于物聯網技術的高校能耗數據采集系統的研究

謝一博 劉志強 李仁杰

摘 要：該課題分析了我國當前的建筑能耗形勢，研究構建在無線傳感網和B/S模式結合下，建筑能耗數據的采集、傳輸、存儲和展示。提出了與之對應的設計方案，包括基于ZigBee的能耗數據采集、基于ESP8266的數據傳輸、基于MySQL的數據庫存儲、基于SSM框架的前端展示。形成了一套軟硬件齊全的數據采集系統，實現了用戶跨平臺和能耗數據的實時監測。

關鍵詞：B/S模式 能耗數據 SSM框架 跨平臺

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（a）-0019-02

近年來，我國經濟快速增長，能源消費增勢迅速，能源消費總量位居世界第二。嚴峻的能源現實使節能成為了我國社會和經濟發展的長遠戰略方針，也成為了當前一項極為緊迫的任務。與此同時，大型建筑的高能耗問題日趨嚴重，因此，對各部門建立能耗檢測平臺變得尤為重要。但是現存的能耗數據實時監測平臺，大多基于C/S模式，使得平臺函數庫依賴較多，安裝復雜，且不易使控制數據與采集數據分離，進而限制了其推廣。

1 系統設計

如圖1所示，各個數據采集節點通過與微控制器相連的傳感器采集建筑內的能耗數據。這些傳感器包括DHT11溫濕度傳感器，用于測量當前環境的溫度與濕度；LT-211交流檢測模塊，用于實時監測當前電量參數，包括電壓、電流、功率；CHC-A33霍爾水流感應開關，通過單位時間內計數其脈沖，獲得當前的水流速度，在查閱水管橫截面積后進而計算出當前的水流量。各數據采集節點，通過無線協議棧將采集到的數據包裝并發送給網關。

網關由無線協議棧和WiFi模塊兩個部分構成。在無線協議棧部分，與各采集節點組網，形成“星型結構”。將從各個節點收到的數據做組裝，將組裝好的數據通過網關上的物理鏈路傳送至WiFi模塊，同時準備接受下一次數據。服務器端通過無線網卡，接入網關的熱點后，兩者處于同一網段下，此時可進行Socket通信，將采集到的數據轉儲到數據庫。網關支持TCP和UDP兩種運輸層協議，在本設計中，我們采用TCP。

在Web服務器上可接收多種瀏覽器發來的請求，當系統管理員正確登錄到系統后，服務器端接收用戶端發來的定時請求，把最新采集到的數據反饋給用戶。此時在瀏覽器上，與展示圖表相關的JS代碼被解釋執行，給用戶以直觀的視覺體驗。

2 系統實現

2.1 數據采集節點

采用基于CC2530的ZigBee作為采集終端，開發環境使用IAR EW8.1。根據終端所搭載傳感器的不同，燒寫相應的程序，以DHT11為例，在ZigBee的事件隊列中，添加自定義的周期性事件，在響應此事件時調用與之相連的傳感器驅動函數，將函數返回值即采集到的數據發送給網關。函數流程如圖2數據傳輸所示。

2.2 網關

因為基礎數據來源于ZigBee，所以，本系統將CC2530作為網關的主控芯片。在網關首次啟動時，CC2530通過串口向ESP8266發送AT命令，來控制熱點的工作模式、連接方式和接入點名稱等信息。在熱點穩定工作后，使用AT+CIPSEND=0，10＼r＼n命令向服務器端發送數據。其中CIPSEND表示此命令的功能，10表示要發送的數據長度，＼r＼n表示命令結束。

2.3 Web服務器和數據庫

Web服務器向下提供了數據存儲，向上提供了良好的用戶接口。其通過Socket與網關建立TCP連接，接收網關向上的數據流并存儲到數據庫。數據庫記錄形式為（時間戳，傳感器1，傳感器2，傳感器3），其中時間戳作為一條記錄的主鍵。向上用Tomcat接收瀏覽器發來的HTTP請求和Ajax請求。其中HTTP用來響應整個網頁的請求，Ajax用來響應網頁中局部的數據請求。

2.4 系統測試

采集終端、網關、服務器三者依次啟動，待系統穩定后，在瀏覽器可查看到數據定時向左平移，新數據定時在最右側追加，通過曲線的變化可得知當前的能耗情況。

3 結語

本文研究了B/S模式下建筑能耗數據的采集與展示系統，提出了與之對應的系統架構。通過基于CC2530的ZigBee協調器和ESP8266的硬件開發，MySQL數據庫、Tomcat服務器、SSM框架和Highchar圖表設計框架的服務端開發，實現了用戶跨平臺實時查看能耗數據的功能。

同時，該系統還實現了系統管理員的登錄，注冊等功能，形成了完整的物聯網管理體系。系統在實際項目中運行流暢，通過更改少量代碼，便可應用于其他物聯網項目。

參考文獻

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