论文研究-基于物联网与云计算的能耗监测平台设计 .pdf

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基于物联网与云计算的能耗监测平台设计,秦瑞峰,刘晓平,近年来,我国经济高速发展,同时能源需求也在逐步增加,而高校作为一个重要组成部分,在用能方面占据一个很大的比重。因此,在高
山国武技记文在 数据口心 能耗监测中心 校园 教字楼钓监测 力公摆的监测 宁生宿舍的 教据括 数据 监测嵌据 图监测平台总体设计框图 、物联网 物联网( )概念第一次提出是在年,之后迅速发展,但到目 前为止,世界各国还没有一个完整统一的概念。日前业界内普遍认可的概念是通过射频识 别 红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、图像感知器等信息传感设备, 按约定的协议,实现人与人、人与物及物与物,在任何时间、任何地点的连接 ,从而进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞 大网络系统 用 层 电腼客户端 手机客户端 据厍 网叫 传 输 层 无线 网关 服务器 总线 感 知 层 其它各种传感器 电机 智能水表 智能 电表 图物联网技术架构 目前从技术架构上可以将物联网分为如下三个层次:感知层,网络传输层,应用层。 其与能耗监测平台的结合如图所示。 感知层作为整个平台的底层,用来采集信息,主要由各类传感器组成,例如:各种智 能电表、智能水表、光及温湿度传感器等终端设备。 网络传输层作为中间层,起一个承上启下的作用,主要负责对采集到的数据进行传输 由互联网、有线、无线、网关等各种网络设备组成 应用层是与用户的接口层,可面向不同用户及各种行业。利用感知层所采集到的数据, 通过传输层的传输,并以此为基础,开发各类应用及各式主要由各类客户端组成, 山国武技记文在 的、手札的、电脑的等组成。 作为物联网的核心,数捱中心是整个管理平台的支撑,其作为应用层的支撑了层,起 着至关重要的作用。随着现在学校烑模的逐渐扩大,学校建筑的数量也飞速增长,因此底层 所采集的数据量必然会越米越庞大,如何将这些数据进行有效的存储及处玛,将成为一个难 题,据此提出了云计算的方式。 、云计算 云计算是基于网络的一种计算模式,利用非本地或远程服务器集群的分布式计算机, 通过融合网柊计算、并行计算、分布式计算、网络存储、虚拟化和负戎均衡等技术,把诸多 的计算机整合成一个可以提供超级计算和存储能力的强大系统,并以基础设施即服务 ()、平台即服务()、软件即服务()等商业模式实现运营,让用户在大大 节省投资和维护费用的同吋,方便快捷地实现不同设备间的数据与应用共享。 面对庞大的数据量,云计算可以很好的解决。它将大量的计算资源聚集在起,根据 用户的需求再进行统一的管理。因此,利用云计算,可以更好的为能耗监测平台提供高效的 服务,实现对基于物联网的底层数据进行存储与处理。 能耗监测系统软件开发 基」能耗监测平台的总体技术架构以及我国高校在节能工作方面的现状、总体目标, 现进行能耗监测平台的软件系统的开发 软件系统的功能设计 根据校园能耗监测分析系统的需求分析以及实际的调研之后,本系统最终设计了六个 功能模块,完成了校园能耗监测系统的总体功能框架,如图所示。 校园能耗临测系统平台 用户管理 设督管理 数据处理 能耗展示 能耗上报系统安全 用 建仪 实数能能节异能 筑信息 表息 网关信息 时掂耗耗能常 耗 信 监查统公宣报 报 与 测询计示传 恢 表 图系统总体功能框图 用户管理:在本系统在分了四种不同的用户:超级管理员,区或管理员,校园管理员 与普通用户。他们分别具有不同的权限设置,实现自己相应的功能。 设备管理:这一模块主要区域管理员来操作,主要是对底层的设备进行管理,设备包 括建筑、仪表、网关等基本设备,管理的操作包括添加、删除、维修与报废等。 数捷处理:这一模块的主要是由校园管理员来使用,主要是实现校园能耗的实时监测, 以及底层能耗数据的查询 能耗展小:这一模块的主要功能是实现能耗的统计、公小,以及节能宣传。给出校园 山国武技记文在 的整体能耗结果,给大家·个直观的印象。 能耗上报:主要是将能耗的结果生成报衣,进行上报,为校园能耗的节能分析提供支 持 系统安全:这里主要是数据库的备份与恢复功能,目的是保证整个能耗监测系统稳定 的运行。当出现问题时,可以进行恢复。 软件功能实现 根据总体框图分别对应实现相应模块的功能。这里拿系统登录来礻例 用户登录模块是整个能耗监测系统的入∏,为了保证安全性,需要对登录的用户进行 认证。以确定用户的合法性和所拥有的杖限。此吋要求用户选择用户身份(超级管理员、区 域管理员、普通用户)并输入用户名和密码,如果三者的信息与系统中数据库表中的吻合的 话,则登录的用户通过验证,进入系统的界面,三者不匹配则显示登录失败,并提示错误类 吧登汞页面 开始异面 否,且次数<=5 用广 判断用户 名密码是次数次结束,用户 密码 否一致 名密码定 夫别通用户 能耗系统主 界面 登录重贵 图登录流程图 图系统登录界面 数据库设计 数据库在校园能耗监测系统中占据着核心位貿,亼整个系统及校园节能提供数据攴撑 数据库改计的好坏将直接影响到系统的稳定运行。本系统最终选择∫微软公司较新的 数据库系统作为能耗监测系统的数据库系统。 与以往版本相 比,此版本岀现了“云”的概念,提供了对于大数据的支持,与云计算更好的吻合。 根据校园建筑整体能耗分类分项,以及对于校园电力、用水、用气的各项能耗的分类 分项的分析,现将数据库中的实体分为以下几种:用户(又分三层:超级管理员,普通管理 员,一般用户),数据中心,网关,各式传感器及测量设备,校园建筑,建筑内仪表。 各个实体属性如下所示 用户实体:用户编号,用户名称,性别,用户昵称,用户郾箱,用户类别,用户单位, 用户密码,操作权限: 数据中心实体:中心编号,中心名称,设备地址; 网关实体:网关编号,网关名称,物理地址,普通地址,所属住处; 传感器及测量设备实体:设备编号,设备名称,所属类型,生产丿商,生产日期,维 修参数,所属网关编号等 建筑实体:建筑编号,建筑名称,用途,类型,建筑总体面积,实际使用面积,楼层 数,结构形式,类型,空调类型,建成日期等; 山国武技记文在 建筑内仪表实体:仪表编号,仪表名称,仪表用途,仪表所在建筑编号,数量,生产 厂商,生产日期,维修参数等。 根据各个实体属性以及各个实体间的关系,最终本文设计了类数据表,如下所示: 类校园基本情况类数据库表,类测量仪表原始数据类数据库表,类能耗分类分项类 数据库表,类测量仪表安装拓扑结构类数据库,类系统管理类数据库表类能耗 分析类数据库表。 部分表如下(表的名称的首字母代表所属哪一类): 表测量表计小时汇总表( 序号字段名 中文宁段名字段类型 宁段约束 说明 监测仪表编码 主键 测量时问段 主键 开始时间 开始时刻数值 结束时间 结束时刻数值 时间段内能耗值 数据状态 有效无效 表能耗报警关数据( 序号字段名 中文字段名 字段类型 字段约東 说明 报警编码 主键 监测仪表编码 外键 建筑编码 外键 数据采集器编码 外键 报警类型 数据库关键技术 事务与锁 在能源监测系绕中,并不只有一个用户在访问数据库,也就是说,在同一时间,可能 公有多个用户去访问同一个数据库表。当多个用户同时去访问一张数据库表时,甚至是需要 对同一数据库表进行操作时,有极人的可能会导致数据表里的数据发生错误,从而导致不可 恢复的结果。因此,为了防止这种事情的发生,就使用锁这种机制,目的就是确俣对数据表 的一系列操作(如读取、写入、修改等)的准确性,防止错误数据的产生 锁是 专门用来处理、避免多个用户同时对一个相同数据快访问时 所产生问题的和机制。通过锁这种机制,当·个用户访问数据衣时,可以防止其它用广同 时访问吋所造成的不利影响,而当个事务不再依赖于锁的资源吋,此吋便可以将锁释放。 本系统中所用到的锁的类型如表所示。 表数据库中不同操作的锁定范围及锁类型 操作 锁定范围 锁类型 触发器中的标识位修改 锁定表 排它锁 用户对采集的数据的读取 锁定行 共享锁 底层监测仪表定时采集数据时的写入与修改 锁定行 排它锁 状态位和触发器 在能耗监测系统的数据库系统中,大量使用∫状态位和触发器来保证数据过程中的准 确性和完整性。—般状态位主要分为凵完成标识与未完成标识,主要用来标识数据的完整性 山国武技记文在 例如,在测量仪表的第小时汇总表中,有个状态位,标识数据的有效性。 还设置了个断点标识位,主要为了防止因为外部各种原因导致数据中断,进而导致 读取到的数据不准确,从而影响整个系统内的数据。因此设置断点标识位,一旦数据没有写 入完成,此标识就置,表示这个数据不完整,待一切事故恢复后,再重新向底层网关发送 请求,读取当前计量表计的数值,当读取亢华后,再用 将这上标识位恢复,即置 ,从而保证了数据准确性,防止因此而产牛的负面影响。 触发器是自动被调用的,当对表中的标识位属性进行修改时,便会自动调用触发器, 因此使用触发器,可以完成许多自动维护的操作(例如数据的同步、备份删除等操作)。 结束语 本文通过采用物联网与云计息相结合的技术,构建了一个完整的能耗监测平台。物联网 主要是将分布在学校各个建筑的不冋的底层能耗设各连接起来,组成了一个能耗测量的大 网,云计算技术主要是为采集到的数据提供一个很好的支撑服务,即数据的存储、管理、处 理等。将两个技术相结合,可以很好的解决当前因学校扩建所带来的数据量庞人,很难将之 处理的问题。而且基于该平台架构,进行」软件的开发与数据库的设计。总之,通过该平台, 学校决策人员可以很好的掌握学校的用能情況,并对其进行分析,最后采取相应的节能管理 措施,来响应国家节能减排的号召,构建绿色校园。 参考文献 屮华人民共和国国家统计局屮华人民共和国 国民经济和社会发展统计公报 王洪建,陈安敏,林娜等基于物联网技术的能耗監测管理平台设计重庆工商大学学报(自然科学 邓鹏基于物联网的校园节能监控系统的研究株洲:湖南工业大学, 吕倩基于云计算及物联网构建智慧校园计算机科学, 马金星节约型校园芍能监管平台关键技术开发与建筑能耗特性评价大连:大连理工大学, 孙伟高校节能控制与能耗监测管理系统的设计与实现济南:山东人学, 单倩敏节能控制与能耗监测管理系统的数据库设计与实现济南:山东人学 郑志娴浅谈数据库事务原理科技资讯,, 徐晓阳触发器在 数据库开发屮的应用电脑开发与应用,

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