蔣紅梅

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 無錫交通分院，江蘇 無錫 214000）

0 系統(tǒng)的研究背景

當(dāng)今社會(huì)，不可再生資源越來越缺乏，節(jié)水節(jié)能已經(jīng)成為全世界的焦點(diǎn)話題。目前，江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校錢榮校區(qū)的用水量統(tǒng)計(jì)方式還是傳統(tǒng)的年度抄表方法，僅是對南北校園的兩個(gè)進(jìn)水總閥分別進(jìn)行抄表，自來水公司是一年來校抄表一次，結(jié)賬方式是年終與校財(cái)務(wù)結(jié)賬。而且平時(shí)想了解學(xué)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(tǒng)又落后的水資源使用管理辦法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對水資源節(jié)約的要求。基于無線傳感網(wǎng)的校園水控系統(tǒng)是利用自動(dòng)控制技術(shù)、無線傳感技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的整合，對各樓棟的用水信息進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程采集和傳輸，并對用水量進(jìn)行計(jì)量與監(jiān)控。

1 系統(tǒng)的可行性研究要求

本校園水控系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，擬采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在學(xué)?，F(xiàn)有軟硬件資源配備下進(jìn)行組網(wǎng)，搭建一個(gè)校園用水監(jiān)控平臺(tái)，對校園內(nèi)各樓棟用水情況實(shí)現(xiàn)不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)警和處理。

1.1 運(yùn)行環(huán)境要求

為確保本系統(tǒng)正常運(yùn)行，特對系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境提出一下基本要求：

（1）操作系統(tǒng) ：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(tǒng)的基本功能要求：能夠?qū)崿F(xiàn)用戶（即：各樓棟管理員）對樓棟用水量的實(shí)時(shí)登陸查詢，對樓棟出現(xiàn)用水異常監(jiān)控并及時(shí)預(yù)警，若異常情況在延時(shí)時(shí)限內(nèi)仍然存在，各樓棟及監(jiān)控平臺(tái)同時(shí)聲光報(bào)警，樓棟管理員可立即對異常情況進(jìn)行核查，若屬于非人為因素導(dǎo)致的水源浪費(fèi)，立即關(guān)閉總閥。若異常情況發(fā)生在夜間等無人在崗時(shí)段，報(bào)警延時(shí)一定時(shí)間，電磁閥將自行動(dòng)作，等待維修人員到達(dá)管理員到位，以免水源繼續(xù)被浪費(fèi)。

（1）前臺(tái)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)功能：用戶注冊和登錄；各樓棟用水計(jì)量查詢；前臺(tái)頁面管理。

（2）后臺(tái)管理實(shí)現(xiàn)功能：用戶注冊信息管理；數(shù)據(jù)庫信息修改管理功能；用水信息信息管理；用水計(jì)量查詢比較功能。

（3）系統(tǒng)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(jì)量管理、用水計(jì)量狀態(tài)）、系統(tǒng)管理（權(quán)限管理、模塊管理、數(shù)據(jù)管理和前后臺(tái)界面管理）等。系統(tǒng)能及時(shí)有效的將用戶的用水信息更新到監(jiān)控平臺(tái)上，系統(tǒng)具備一定的大數(shù)據(jù)分析與處理能力。

1.3 系統(tǒng)研究目標(biāo)

方便用戶實(shí)時(shí)查詢用水信息；便于用戶及時(shí)反饋用水信息；實(shí)現(xiàn)根據(jù)季節(jié)對數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)信息進(jìn)行修改；從“技術(shù)防”途徑上實(shí)現(xiàn)校園節(jié)水目的。

2 系統(tǒng)的可行性研究方案

為實(shí)現(xiàn)以上可行性研究要求，提出了一種基于無線傳感技術(shù)的新型水量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，來替代原有傳統(tǒng)的一年結(jié)算一次水量水費(fèi)的土辦法。致力于將無線傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉的校園用水情況監(jiān)控系統(tǒng)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)，為穩(wěn)定、可靠地監(jiān)控校園內(nèi)宿舍區(qū)、辦公區(qū)及教學(xué)區(qū)等區(qū)域樓棟的用水量提供有力的保障，進(jìn)一步提高全體師生的節(jié)水意識(shí)，形成良性的校園節(jié)能文化氛圍。

基于無線傳感網(wǎng)的校園水控系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。

圖1 校園水控系統(tǒng)總體方案框圖

2.1 節(jié)點(diǎn)處設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)將在節(jié)點(diǎn)采用渦輪流能量傳感器進(jìn)行用水信息的采集。在日常生活中，人們也經(jīng)常能夠看到它的應(yīng)用，比如說飲水機(jī)或者咖啡機(jī)等。它是通過記單位時(shí)間的脈沖數(shù)來測量流量渦輪旋轉(zhuǎn)的速度，從而換算出流量的。系統(tǒng)還需要外加一個(gè)計(jì)數(shù)芯片或者采用具有計(jì)數(shù)功能的單片機(jī)。

用戶終端即信息采集節(jié)點(diǎn)處模塊設(shè)計(jì)成如圖2所示：

圖2 信息采集模塊

2.2 無線通信網(wǎng)絡(luò)需求分析

考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性需求，采用具有路由功能的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，選用的是具有可擴(kuò)展性、較好的數(shù)據(jù)融合性的TEEN協(xié)議，能對應(yīng)急情況可以做出迅速反應(yīng)。計(jì)時(shí)設(shè)備選用的是具有較高性價(jià)比的晶體振蕩器。系統(tǒng)可對來自各節(jié)點(diǎn)感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)融合后再轉(zhuǎn)發(fā)給平臺(tái)。

2.3 系統(tǒng)軟件需求分析

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)用水量的查詢、超標(biāo)預(yù)警、節(jié)點(diǎn)水量控制等，具體執(zhí)行過程則需軟件程序來順利實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊以及界面的設(shè)計(jì)工作。

（1）PC機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的收集、存儲(chǔ)和管理。

（2）需設(shè)計(jì)一個(gè)簡單美觀的軟件界面，前臺(tái)網(wǎng)頁設(shè)計(jì)采用asp.net進(jìn)行網(wǎng)站開發(fā)。相關(guān)網(wǎng)頁上有按鈕、查詢菜單等設(shè)計(jì)，各樓棟工作人員通過相關(guān)網(wǎng)頁進(jìn)行信息的定期查詢、跟蹤和反饋。

（3）系統(tǒng)為了便于數(shù)據(jù)管理和操作方便，同時(shí)考慮到與windows操作系統(tǒng)的良好兼容性，本系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理通過sql server2005完成記錄和處理相關(guān)信息，如完成閾值比對同時(shí)進(jìn)行操作者身份的識(shí)別等。數(shù)據(jù)庫里可以建立多個(gè)表格，如用于存儲(chǔ)PC機(jī)接收數(shù)據(jù)的表名為“water”，還有記錄網(wǎng)站基本信息的表“myconfig”，用戶信息表“user”等。

（4）系統(tǒng)將各樓棟信息存儲(chǔ)在監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫中，便于實(shí)時(shí)比對。如遇到用水計(jì)量異常，系統(tǒng)立即在平臺(tái)終端上有異常顯示；若異常值在一定時(shí)限內(nèi)仍未消除，則平臺(tái)聲光報(bào)警的同時(shí)控制該樓棟的電磁閥動(dòng)作，關(guān)閉樓棟總閥。

3 系統(tǒng)的可行性研究結(jié)果

經(jīng)過對系統(tǒng)可行性方案的設(shè)計(jì)與研究，得出該系統(tǒng)在該校的應(yīng)用是可行的，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）環(huán)境上的可行性 該校需要用水情況監(jiān)控的樓棟不足10幢，本系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的搭建不是特別復(fù)雜。而且，現(xiàn)有的軟硬件資源較豐富，且兼容性好，系統(tǒng)運(yùn)行壞境良好。

（2）技術(shù)上的可行性 項(xiàng)目組成員均來自于本校計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制專業(yè)方向研究的資深老師，對系統(tǒng)開發(fā)的工具相當(dāng)熟悉，熟悉軟件開發(fā)生命周期的運(yùn)用，同時(shí)，能熟練編寫sql語句，完全具備數(shù)據(jù)庫的書寫能力，掌握傳感裝置、電磁閥以及單片機(jī)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(xiàn)浪費(fèi)的區(qū)域主要集中在學(xué)生宿舍區(qū)。學(xué)生宿舍區(qū)均有管理員24小時(shí)輪崗值班，滿足了本系統(tǒng)對信息實(shí)時(shí)反饋的基本服務(wù)要求；后臺(tái)管理員可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整數(shù)據(jù)庫內(nèi)初始值。

（4）節(jié)能上的可行性 樓棟用水計(jì)量采用無線傳輸方式，可以減少有線網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)費(fèi)用；系統(tǒng)使用后可解決傳統(tǒng)的用水計(jì)量方法的時(shí)滯問題，并且無需后勤人員每月查看總表，節(jié)約了人力做好平臺(tái)管理和信息服務(wù)工作；系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤用水情況，避免了水源的不必要浪費(fèi)。

4 結(jié)語

綜上所述，本系統(tǒng)是運(yùn)用了無線傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)知識(shí)與理念開發(fā)設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)緊緊結(jié)合校園的實(shí)際用水情況，對于校園用水情況監(jiān)控有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。從運(yùn)行壞境、技術(shù)運(yùn)用、節(jié)水效能等方面綜合進(jìn)行分析，確定了基于無線傳感網(wǎng)的校園水控系統(tǒng)是適合監(jiān)控該校各樓棟的用水情況的，為開創(chuàng)校園節(jié)能新局面奠定了良好的基礎(chǔ)。

［1］黃昆彪,饒偉云.電能遙測計(jì)量監(jiān)控的可行性方案[J].電力需求側(cè)管理,2002.

［2］謝偉,李英奎.校園網(wǎng)上書店管理系統(tǒng)可行性研究報(bào)告[J].計(jì)算機(jī)與信息技術(shù),2013.

［3］吳雪琴.無線傳感網(wǎng)的校園水控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技傳播,2014.