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摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今大學(xué)校園也越來越現(xiàn)代化、智能化，校園規(guī)模不斷擴(kuò)大，但是也隨之產(chǎn)生了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，在能源，電力日趨緊張的今天，節(jié)能、高效、減排也顯得非常重要。校園電力資源的使用，傳統(tǒng)都是依賴人工來控制，在特定的時(shí)間內(nèi)打開或者關(guān)閉，不是很靈活，有以下缺點(diǎn)：照明分配不均，電力的浪費(fèi)，不能實(shí)時(shí)掌握每個(gè)地點(diǎn)的信息。文章對(duì)校園節(jié)能控制中間層進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：校園；節(jié)能控制；中間層；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

為了滿足數(shù)字化校園的建設(shè)，落實(shí)教育部“節(jié)能減排學(xué)習(xí)行動(dòng)”與“節(jié)約型學(xué)校建設(shè)”的各項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)并且制作了物聯(lián)網(wǎng)校園中間層，和配套硬件，可以根據(jù)不同的情況，不同的地點(diǎn)，設(shè)置不同的能源使用策略，合理，及時(shí)，不減少原有功能，實(shí)現(xiàn)高效的能源控制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是研制適合于校園內(nèi)不同場所，可以設(shè)置不同的策略，并且結(jié)合GIS技術(shù)將空間數(shù)據(jù)進(jìn)行表現(xiàn)，面向接口設(shè)計(jì)整套系統(tǒng)，提高了物聯(lián)網(wǎng)中間層的靈活性與可靠性，表現(xiàn)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(shí)現(xiàn)多線程并發(fā)，每一個(gè)新線程啟動(dòng)只需1KB左右，只需一臺(tái)服務(wù)器即可提供極強(qiáng)的并發(fā)操作，不僅節(jié)約了成本，還便于維護(hù)與升級(jí)。

系統(tǒng)主要功能：可以按照學(xué)習(xí)課表，日出日落等設(shè)定一系列的策略，靈活的控制校園的電源控制。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

中央控制臺(tái)

室內(nèi)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(fù)責(zé)監(jiān)控和管理整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行并記錄其實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。系統(tǒng)由一臺(tái)IBM服務(wù)器、UPS電源、打印機(jī)、短信接口模塊、多媒體系統(tǒng)等部分組成。UPS電源在中央控制室意外斷電時(shí)，可以緊急給系統(tǒng)供電，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。IBM主機(jī)通過交換機(jī)接入校園網(wǎng)，作為服務(wù)器使用，提供HTTP查詢接口，和終端數(shù)監(jiān)控接口，其他PC機(jī)或者手機(jī)端接受授權(quán)后可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問和共享，控制等操作，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)式的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警。

1.2 室內(nèi)單元控制終端

室內(nèi)單元控制終端可以通過WIFI 或者 ZigBee與中央控制室交互數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)與中央控制室交互數(shù)據(jù)來控制整個(gè)室內(nèi)單元的節(jié)能策略，比如通過教務(wù)系統(tǒng)導(dǎo)入課表，僅可以在上課時(shí)間段內(nèi)開通電源，或者設(shè)置為該教室通過聲控控制電源，或者設(shè)置此教室僅通過開關(guān)控制電源等。硬件部分包括無線通信模塊、光照感應(yīng)模塊、人體感應(yīng)模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、麥克風(fēng)，STC控制芯片等構(gòu)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(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采用的工作方式是異頻雙工方式，F(xiàn)SK調(diào)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(shí)現(xiàn)對(duì)照明的控制。由于路燈站點(diǎn)比較分散，其結(jié)構(gòu)為星型拓?fù)?，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。微控制器也可以將采集到的數(shù)據(jù)，將調(diào)制解調(diào)器FSK調(diào)制，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。路燈單元控制終端部分包括無線通信模塊、光照感應(yīng)模塊、人體感應(yīng)模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路，控制芯片等構(gòu)成。

1.4 手持控制終端

由于服務(wù)器中間層提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接口，策略設(shè)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(shí)時(shí)的電源使用信息，只需采用HTML或者其他的編程技術(shù)，將服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)展示在手機(jī)屏幕上即可，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與展示的分層，不僅方便編程與維護(hù)，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 軟件設(shè)計(jì)

服務(wù)器軟件在LINUX環(huán)境下開發(fā)，服務(wù)器采用CentOS，數(shù)據(jù)庫采用MySql，開發(fā)語言采用Google的GO語言，Go語言是服務(wù)器端語言，支持云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。Go語言能夠讓程序員快速開發(fā)，并且在軟件不斷的增長過程中，它能讓程序員更容易地進(jìn)行維護(hù)和修改。它融合了傳統(tǒng)編譯型語言的高效性和腳本語言的易用性和富于表達(dá)性。Go 讓函數(shù)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(fā)，這個(gè)就是Go最大的特色，天生的支持并發(fā)，Go就是基因里面支持的并發(fā)，可以充分的利用多核，很容易使用并發(fā)。極大的提高了服務(wù)器的并發(fā)量與執(zhí)行效率。

2.1 中央控制室系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本軟件設(shè)計(jì)采用工廠模式，包括路由過濾模塊、策略生成模塊、站點(diǎn)管理模塊，android 和 WEB 顯示頁接口模塊組成。站點(diǎn)模塊用來添加或者刪除節(jié)能終端，路由過濾模塊用來根據(jù)請(qǐng)求的路由找到對(duì)應(yīng)的邏輯處理部分，將此時(shí)終端的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫保持的數(shù)據(jù)相比對(duì)，判斷此節(jié)點(diǎn)是否運(yùn)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(jié)能策略，此模塊產(chǎn)生的代碼是服務(wù)器和下位機(jī)通訊的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。同時(shí)為了減少系統(tǒng)耦合，系統(tǒng)單獨(dú)提供了數(shù)據(jù)接口，各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，整體數(shù)據(jù)等以JSON格式輸出。

2.2 監(jiān)控終端軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)終端適用于大多數(shù)平臺(tái)及其手持平臺(tái)，只要通過HTTP請(qǐng)求中央控制器的接口，將得到的JSON實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(diǎn)分布地圖，基于主控制中心返回的JSON數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)地圖與屬性的綜合查詢，修改地圖，實(shí)時(shí)的反應(yīng)整個(gè)校園內(nèi)的燈光，電源的運(yùn)行情況?？刂泼姘迳弦部梢耘渲貌煌牟呗裕俅瓮ㄟ^HTTP請(qǐng)求POST到服務(wù)器，當(dāng)服務(wù)器驗(yàn)證用戶權(quán)限后，轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控終端。利用GIS平臺(tái)為例，可以對(duì)地圖的縮小、放大、鷹眼、距離，漫游等查詢，分析以及統(tǒng)計(jì)，可以在客戶端查看各個(gè)終端的使用電量情況和報(bào)警信息，并可以對(duì)查詢和分析的結(jié)果通過打印機(jī)打印出專題圖和統(tǒng)計(jì)圖等可視化的形式打印出來?；谥鞣?wù)器更加直觀的控制所有節(jié)點(diǎn)信息，做到控制節(jié)能的同時(shí)還能及時(shí)的通知維護(hù)人員到故障現(xiàn)場維護(hù)。

3 結(jié)束語

隨著社會(huì)的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，智能化的方式延伸到了人類生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。本系統(tǒng)的控制端都布置在服務(wù)端，通過HTTP與各個(gè)終端控制節(jié)點(diǎn)交互，并且服務(wù)器提供策略接收，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送接口，有很高的擴(kuò)展性，可以將平臺(tái)延時(shí)至各個(gè)平臺(tái)，方便用戶查看，隨時(shí)管理各個(gè)節(jié)點(diǎn)。本套系統(tǒng)滿足了學(xué)校對(duì)節(jié)能多變，靈活的控制，同時(shí)也滿足了不同的管理人員對(duì)學(xué)校地理，時(shí)間，能源信息的多方位掌控。同時(shí)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是國家的重要戰(zhàn)略部署，也是堅(jiān)持落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的必然要求，本系統(tǒng)同時(shí)也宣傳了節(jié)約，勤儉，讓同學(xué)們更加關(guān)注能源的節(jié)約，努力把美麗的校園建設(shè)成綠色校園。

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作者簡介：田永（1993-），本科生，主要研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

*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(dǎo)師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)。