于雪+韓樂樂+魯艷慧

摘 要：目前常用的建筑能耗采集器多是上位機(jī)通過485或232總線直接連接分布在建筑內(nèi)的儀器儀表，但這種采集方法存在一些缺陷。 首先大量部署485總線會(huì)帶來(lái)較高的施工成本，同時(shí)影響美觀。 另外當(dāng)環(huán)境惡劣時(shí)，該方法布線復(fù)雜，或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 針對(duì)上述存在的問題，設(shè)計(jì)了一種基于GPRS傳輸模式的綠色智能建筑能耗采集系統(tǒng)。它利用SIM卡短信來(lái)設(shè)置通訊，網(wǎng)絡(luò)的保密性好，可靠性高，可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等靈活的組網(wǎng)方式。 在無(wú)法布線的情況下能方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線遠(yuǎn)傳，容易實(shí)現(xiàn)異地和遠(yuǎn)程監(jiān)控。 子站GPRS模塊可對(duì)室內(nèi)水、電、暖等多種相關(guān)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)智能建筑內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：GPRS模塊；綠色智能建筑；建筑能耗采集器；數(shù)據(jù)無(wú)線遠(yuǎn)傳

中圖分類號(hào)：TP334 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0019-02

隨著國(guó)家智慧城市建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)智能建筑低能耗的要求越來(lái)越高。在現(xiàn)實(shí)生活中，若能對(duì)建筑內(nèi)的各種能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)控和采集，將對(duì)智能建筑節(jié)能減排的工作提供巨大的幫助。近年來(lái)隨著無(wú)線通信技術(shù)[1]的不斷發(fā)展和進(jìn)步，信息采集系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合正在成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)將GPRS無(wú)線通訊技術(shù)[2-4]與綠色智能建筑能耗采集器相結(jié)合，組成無(wú)線能耗數(shù)據(jù)采集監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)對(duì)建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。在當(dāng)今的中國(guó)，隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作的重視，智能建筑能耗采集器具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。

1 總體方案選擇與論證

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，當(dāng)儀器儀表接收到相關(guān)指令時(shí)，需要將采集的各種相關(guān)能耗數(shù)據(jù)利用RS485接口傳給主控CPU，主控CPU通過RS232串口傳遞給子站GPRS。子站GPRS模塊與主站GPRS模塊的通信通過手機(jī)SIM卡的短信功能進(jìn)行通信，主站GPRS模塊將采集的能耗數(shù)據(jù)經(jīng)由RS232總線傳給上位機(jī)（PC）進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。子站GPRS模塊可對(duì)室內(nèi)水、電、暖等多種相關(guān)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。

本設(shè)計(jì)中一個(gè)子站GPRS模塊通過RS232與主控CPU相連，而主控CPU通過485總線與多個(gè)儀表通訊。主站GPRS模塊通過SIM卡的短信設(shè)置可以與多個(gè)子站GPRS模塊進(jìn)行通訊，可同時(shí)控制多個(gè)采集點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)采用ATmegal6作為主控芯片性能可靠，成本較低，功耗低、性價(jià)比高。主控CPU采集到能耗數(shù)據(jù)后，通過子站GPRS模塊轉(zhuǎn)SIM卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主站GPRS將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，在計(jì)算機(jī)上對(duì)采集到的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)通過AVR單片機(jī)進(jìn)行采集，當(dāng)主站GPRS發(fā)來(lái)命令時(shí)，通過GSM網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給子站GPRS模塊，子站GPRS模塊通過232串口線將數(shù)據(jù)傳輸給主控CPU（ATMEGAL16），其接收命令后將信息通過485串口發(fā)送給智能電表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢后，子站GPRS在通過短信的方式發(fā)給主站GPRS模塊，最終通過232串口發(fā)給上位機(jī)。

數(shù)據(jù)采集主要包括電量采集和溫度采集。電量采集模塊采用智能電表模塊，包括接收模塊及通訊接口，能夠?qū)崟r(shí)的將電量數(shù)據(jù)采集，通過RS485串口傳遞給主控CPU。溫度采集模塊使用溫度傳感器DS18B20集成模塊，其在內(nèi)部把所測(cè)得溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為多位數(shù)字信號(hào)，傳遞給主控CPU。其測(cè)量溫度范圍為-55℃～125℃，利用單I2C總線協(xié)議，方便硬件的實(shí)現(xiàn)。DS18B20智能溫度傳感器，可以直接讀出溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過程序控制實(shí)現(xiàn)溫度的顯示。再具體實(shí)施中，我們利用AVR單片機(jī)上集成的DS18B20模塊進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集。

3 GPRS模塊通訊

短信模塊G100簡(jiǎn)化了通信接口，性能穩(wěn)定可靠，使用方便靈活。短信模塊G100的通信接口可以通過RS232與硬件進(jìn)行連接，便于操作。采用G100的短信無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能構(gòu)建采集系統(tǒng)時(shí)，控制中心只需計(jì)算機(jī)連接一個(gè)G100主模塊即可?？刂浦行模≒C機(jī)）可以利用串口將相關(guān)的控制密令傳送給G100主模塊，與G100分模塊的通信，可以利用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，G100分模塊會(huì)將數(shù)據(jù)以短信的形式通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制中心進(jìn)行處理。當(dāng)G100分模塊接收到主模塊的相關(guān)指令后，會(huì)將指令數(shù)據(jù)通過RS232串口發(fā)送到采集控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。當(dāng)有數(shù)據(jù)從采集器傳送給G100分模塊時(shí)，分模塊利用GSM網(wǎng)絡(luò)的短信的功能與主模塊進(jìn)行通信。GSM網(wǎng)絡(luò)為用戶提供了一個(gè)完全透明的數(shù)據(jù)傳輸通道，只要在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方，終端設(shè)備無(wú)需做任何改動(dòng)即可搭建一個(gè)可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

本設(shè)計(jì)中，子站GPRS模塊可對(duì)多種能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，一個(gè)主站GPRS模塊又可與多個(gè)子站GPRS模塊通訊。本設(shè)計(jì)采用GPRS模塊MC39i，我們通過RS-232串口將其與ATMEGAL16相連，采用標(biāo)準(zhǔn)的命令對(duì)其進(jìn)行控制，同時(shí)把采集的信息送到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

4 GPRS與上位機(jī)連接

GPRS模塊接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，由于兩者的電平不匹配，G100模塊采用的是TTL電平（+5V相當(dāng)于邏輯“1”，0V相當(dāng)于邏輯“0”），而計(jì)算機(jī)的接口電平不是TTL電平，這就造成兩者通信電平的不一致，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。TTL-232轉(zhuǎn)接板有兩種供電的模式，一種直接采用片外電源的方式進(jìn)行供電，一種是由G100模塊上的電源進(jìn)行供電，本設(shè)計(jì)采用了G100模塊的VOUT輸出5V電源進(jìn)行供電。

5 測(cè)試平臺(tái)

系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)，在本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)采用ATmegal6作為系統(tǒng)控制芯片。采集系統(tǒng)采集到電表和溫度數(shù)據(jù)后，通過子站G100模塊轉(zhuǎn)SIM卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主站G100接收數(shù)據(jù)，并通過串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。上位機(jī)監(jiān)控軟件用VB程序編寫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收分析存儲(chǔ)與管理，以及針對(duì)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的相應(yīng)控制。本設(shè)計(jì)完成了整個(gè)數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲(chǔ)的過程，能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)電表和溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。

在本次的平臺(tái)搭建中，我們采用兩個(gè)G100模塊，模擬主站GPRS模塊和子站GPRS模塊，采集的數(shù)據(jù)包括電表數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，主控芯片為ATmegal6。電表與AVR單片機(jī)之間利用RS485總線進(jìn)行連接，利用AVR單片機(jī)上集成的DS18B20模塊完成溫度數(shù)據(jù)的采集。利用計(jì)算機(jī)作為控制中心，采用上位機(jī)程序?qū)χ髡綠PRS進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的發(fā)送。本設(shè)計(jì)建筑能耗采集器采用GPRS無(wú)線通訊，省去了布線的費(fèi)用，由于不需要鋪設(shè)有線線路，可有效縮短建設(shè)周期，符合當(dāng)今智能建筑的發(fā)展方向。

6 總結(jié)與展望

本設(shè)計(jì)通過能耗采集器對(duì)室內(nèi)水、電、暖等多種能耗數(shù)監(jiān)控，通過GPRS模塊SIM卡短信設(shè)置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控，可以擺脫有線通信的制約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線遠(yuǎn)傳。采用無(wú)線接入的數(shù)據(jù)采集器，可方便地布署于各種場(chǎng)合，能夠通過PC機(jī)對(duì)電量、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了一套完整的系統(tǒng)，另外利用GSM網(wǎng)絡(luò)短信進(jìn)行通信，有效提升了自我防護(hù)功能。上位機(jī)對(duì)采集的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，能夠?yàn)橐院筮M(jìn)行數(shù)據(jù)分析提供原始數(shù)據(jù)。同時(shí)，硬件和軟件方面具有良好的抗干擾設(shè)計(jì)，良好的完成了系統(tǒng)運(yùn)作，能夠有效的傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。綠色節(jié)能建筑是智能建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)，將會(huì)作為現(xiàn)代建筑甚至未來(lái)建筑的一個(gè)有機(jī)組成部分。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠很好的應(yīng)用到未來(lái)智能建筑的發(fā)展，適合于智能建筑的節(jié)能減排。

參考文獻(xiàn)

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