能耗監控系統通信網絡及控制途徑

陸旭東

西交利物浦大學 江蘇蘇州 215123

在當今，資源緊缺以及環境惡化等問題都對社會的可持續發展帶來了嚴重威脅，因此，在經濟發展和資源緊缺的沖突之中，能源節約也開始成為當今社會所關注的焦點。這就使得能耗監控系統的設計與應用上升到了一個全新的高度。在能耗監控系統的具體應用之中，通信網絡的建設可以起到關鍵性作用。基于這一情況，本文對一種應用在學校的能源監控系統之中的通信網絡設計及其控制途徑進行分析。

1 系統方案設計

在本次所研究的能耗監控系統之中，框架體系可以按照四個部分來進行劃分，第一部分是信息管理中心，第二部分是中繼器監控器，第三部分是數據采集器，第四部分是通信網絡。在該監控系統之中，通信網絡相當于其中樞，只有保障了通信網絡的性能，才可以讓整個系統性能得到良好保障。在系統的具體應用之中，通信網絡的主要作用有兩個，其一是借助于數據的無線傳輸斷來實現對感知層數據的采集，其二是借助于數據的有線傳輸端向主控中心進行數據傳輸，進而讓數據得到加工和診斷[1]。

2 通信網絡硬件設計

2.1 無線數據傳輸終端設計

在無線數據傳輸端的設計中，主要是借助于nRF24LO1這種具有無線射頻收發功能的芯片來實現無線模塊的組成，然后借助于GFSK調制方式，通過數據包的形式在國際通用的ISM頻段上對數據進行無線傳輸。

nRF24LO1芯片設計和研發于挪威的NORDTC公司，這種無線收發IC有著極高的性能，它的內部有功率放大器、頻率發生器、晶體振蕩器、增強模式控制器、調制器以及解調器。在具體應用之中，可以借助于SPI接口對其協議進行設置，并實現對輸出功率頻道的合理選擇。在通過nRF24LO1芯片所組成的通信網絡無線收發模塊之中，主要的特點包括以下幾種：第一，其調速頻率最高可以達到2MRPS；第二，該模塊可以自動進行重新的發送，也可以自動應答；第三，模塊內部進行了CRC硬件檢錯控制以及一點對多點的通信地址設置；第四，在該模塊之中，可以同時對六路接收通道地址進行設置；第五，在該模塊之中，接收通道的打開可以自由選擇。

2.2 有線數據傳輸終端設計

借助于有線數據傳輸終端，可以讓控制中心和來自于無線數據輸送終端所采集的相關數據之間實現連接，這也是這兩者實現連接的唯一一個途徑，為保障來自于控制中心的相關控制命令可以準確地下達到每一個采集終端，同時保障來自于采集終端的數據可以及時地上傳到控制中心，并保障以太網設備在整個監控區域之中的全面普及，在本次的系統有線數據傳輸終端設計過程中，應用到了TCP/IP協議，并通過以太網來對傳輸終端進行設計。

在本次所研究的系統之中，主要應用的是由菲絲爾公司所研發的MC9SL2NE64單片機來設計有限數據傳輸終端，具體設計中，將該芯片內部的10/100Mbps集成的以太網物理層收發器之中的以太網媒體方案控制器用來傳輸數據。訪問控制器主要用來實現MAC這一層所具備的功能，在接收到來自于底層的數據之后，訪問控制器可以完成前導位幀的自動添加，可對幀的起始位置進行操作，也可以完成CRC校驗碼操作，以太幀的自動封裝工作也就由此實現。另外，該系統可以在全工模式之下和半雙工模式之下都十分適用。

3 通信網絡軟件設計

3.1 無線數據傳輸終端軟件設計

在本次所研究的系統之中，主要借助于nRF24LO1之中的增強型TM模式來實現數據信號發送以及接收工作。

在進行數據的發送過程中，首先需要進行nRF24LO1發送模式的配置，也就是讓寄存器位處在PHIN-RX=0的狀態之中，當CSN=0的情況下，再借助于SPI寫入接收點的地址、數據的發送長度以及有效的數據，最后進行CE=1的設置[2]。在此過程中，CE在高電平狀態之下的持續時間應該在10微秒以上。

在進行數據接收的過程中，首先需要進行nRF24LO1接收模式的配置，也就是讓寄存器位處在PHIN-RX=1的狀態之中，然后進行CE=1的設置，再啟動接收。在經過了130微秒之后，nRF24LO1將開始對空中信息進行檢測，在接收到了有效的數據包之后，會在RX-FIFO之中對數據進行儲存，與此同時，RX-DR的位置會升高，并且出現中斷，在狀態寄存器之中，RX-P-NO位會對數據的接收通道進行顯示[3]。

3.2 有線數據傳輸終端軟件設計

因為本次所研究和設計的系統是應用在校園之中，所以在實際的能耗監控過程中，并不需要很大的數據傳輸量。因此，該系統對于數據傳輸在可靠性方面也就并沒有太高的需求。但是在該系統之中，硬件資源也就更加珍貴，協議的運行需要更加簡單、更加可靠。通過對這些需求的全面考慮，最終在該系統的有線數據傳輸終端設計過程中，選擇將UDP協議用作該系統之中的有線數據傳輸終端協議。

4 結語

綜上所述，隨著當今社會經濟與科學技術的不斷發展，各種的監控系統與監控技術也都得到了全面發展。將能耗監控系統應用到當今的能耗監控之中，可以對能源的消耗情況做到實時監測，進而實現對能耗的合理控制，最大限度降低能源浪費情況。在能耗監控系統之中，通信網絡的質量起到決定性作用。所以，在系統的具體設計之中，應加格外重視通信網絡的設計與控制。首先需要制定出合理化的通信網絡設計方案，然后分別對通信網絡的硬件部分以及軟件部分進行設計。在此過程中，需要做好各種芯片以及通信協議等的合理選擇，使其與系統的實際應用需求相符，以此來保障通信網絡的設計質量，提升系統的應用性能。