專利名稱：一種用于住宅節(jié)能的無線監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種自動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于住宅節(jié)能的無線 監(jiān)控裝置，該裝置能實現(xiàn)建筑物室內(nèi)能耗檢測和控制。
背景技術(shù)：
社會的發(fā)展使建筑物的數(shù)量驟增，以致建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗 能成為我國能源消耗的三大"耗能大戶"?，F(xiàn)實情況，粗放的管理與使用能
源，其浪費與低效益令人驚嘆。據(jù)中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告(2007) 得知我國建筑能耗占社會總能耗的18.8%，城鎮(zhèn)住宅能耗占建筑能耗25%， 城鎮(zhèn)住宅除采曖外的能耗(照明、家電、空調(diào))大約占我國全年供電量的 12%。目前的住宅幾乎沒采用任何節(jié)能措施，也沒有能耗的檢測、分析、統(tǒng) 計，以及節(jié)能方案與實施技術(shù)的研究。關(guān)于建筑物的節(jié)能技術(shù)的研究，顯得 非常必要與重要。與人們生存及生活息息相關(guān)的住宅，研究其中的能耗及節(jié) 能技術(shù)，對全民樹立節(jié)能意識，從日常生活、從自己身邊實現(xiàn)節(jié)能具有重要 意義。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的在于，提供一種用于實現(xiàn)室內(nèi)能耗檢測控制系統(tǒng)，該能 耗檢測控制系統(tǒng)能夠進行能耗的檢測與控制，以信息技術(shù)克服浪費能源的因 素，使能源的使用由粗放到集約，達到整個住宅節(jié)能的目的。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型采用的技術(shù)解決方案是 一種用于住宅節(jié)能的無線監(jiān)控裝置，其特征在于，該裝置包括 一上級管理中心模塊，該上級管理中心模塊中設(shè)置有服務(wù)器和與服務(wù)器 連接的計算機群；一下級管理中心模塊，該下級管理中心模塊中設(shè)置有數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫連
接有計算機群；
由商業(yè)建筑、辦公建筑和民用建筑構(gòu)成的建筑群，建筑群內(nèi)部設(shè)有無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于采集各個建筑點的實時水、電、氣能耗數(shù)據(jù)；
一中轉(zhuǎn)站，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸建筑群各個建筑點的實時水、電、氣能 耗數(shù)據(jù)，然后儲存于建筑群內(nèi)部的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所分布的測控網(wǎng)絡(luò)終端計 算機中；
所述上級管理中心模塊通過Internet網(wǎng)絡(luò)通訊訪問下級管理中心模 塊，建筑群通過中轉(zhuǎn)站的GPRS網(wǎng)絡(luò)和下級管理中心模塊通訊，儲存于數(shù)據(jù) 庫當中，并進行分析、建模和節(jié)能預(yù)測。
所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)至少包括有主控制計算機、無線傳感器、協(xié)調(diào)器、 網(wǎng)關(guān)、路由設(shè)備和傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線遠程監(jiān)控平臺。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在
1、 無線遠程監(jiān)控平臺
通過采用無線傳感器、協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、無線傳輸通道和主控 制計算機，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑能耗準確、實時采集，遠程傳輸，建立了能耗數(shù)據(jù) 庫，計算機控管一體化，發(fā)揮了信息技術(shù)在節(jié)能降耗的作用。通過在其無線 網(wǎng)絡(luò)傳輸中采取ZigBee和GPRS技術(shù)，可以使能耗數(shù)據(jù)能夠在第一時間進行 網(wǎng)絡(luò)傳輸。充分保證了數(shù)據(jù)的準確性，實時性。
2、 基f最新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本實用新型采用了近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的 雙向無線通信技術(shù)。構(gòu)建了建筑物室內(nèi)能耗無線遠程檢測控制，與傳統(tǒng)的有 線系統(tǒng)相比，系統(tǒng)安裝，調(diào)試的復(fù)雜度大大降低，有著很強的針對性和實用 性。
3、 低廉的成本本實用新型成本將會非常低廉，易于市場推廣。
4、數(shù)據(jù)直觀齊全易操作
將采集到的能耗信息，由上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸通道傳至主控計算 機，通過顯示器中友好的界面，使該控制裝置便于操作。


圖1為本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型的控制原理圖。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
具體實施方式
本實用新型的用于住宅節(jié)能的無線監(jiān)控裝置，其解決技術(shù)問題的思路 是在建筑群上設(shè)置安裝能耗檢測設(shè)備(如智能水表、電表與氣表)的分布 式傳感器網(wǎng)絡(luò)，以無線遠程傳輸技術(shù)實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)自動采集，并建立能耗數(shù) 據(jù)庫，依據(jù)能耗數(shù)據(jù)建立能耗模型，預(yù)測能耗趨勢，設(shè)計節(jié)能具體方案與節(jié) 能管理系統(tǒng)，從而達到節(jié)能的目的。
本實用新型是基于無線技術(shù)的建筑物室內(nèi)能耗遠程檢測控制，具體地 說，是一種基于無線技術(shù)平臺的數(shù)據(jù)采集控制。如圖l所示，在建筑群(包 括商業(yè)、辦公、民用建筑)中建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于采集各個用能點的 實時水、電、氣能耗數(shù)據(jù)，各個點的數(shù)據(jù)通過建筑中的中繼站進行傳輸，然 后儲存于分布式測控網(wǎng)絡(luò)終端計算機中。
該裝置包括
一上級管理中心模塊，該上級管理中心模塊中設(shè)置有服務(wù)器和與服務(wù)器 連接的計算機群；
一下級管理中心模塊，該下級管理中心中模塊設(shè)置有數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫連 接有計算機群；一中轉(zhuǎn)站，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸建筑群各個建筑點的實時水、電、氣能 耗數(shù)據(jù)，然后儲存于分布式測控網(wǎng)絡(luò)終端計算機中；
通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，建筑物的能耗數(shù)據(jù)被上傳到下級管理中心模塊，儲存
于數(shù)據(jù)庫當中，并進行分析、建模，節(jié)能預(yù)測等。
上級管理中心模塊通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以訪問下級管理中心模塊，了 解能耗情況。
對于建筑點的室內(nèi)控制如圖2所示，建筑物內(nèi)的水、電、氣以及信息家 電，通過CC2430芯片接口實現(xiàn)傳感器節(jié)點與嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)之間的通信， 傳感器節(jié)點負責監(jiān)視周圍環(huán)境內(nèi)的終端設(shè)備，接收信號，并進行數(shù)據(jù)處理和 通信，它集成傳感器件、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊，并通過自組織的方式構(gòu) 成網(wǎng)絡(luò)。借助于傳感器節(jié)點中各類型的傳感器件，可以采集建筑物內(nèi)部的水、 電、氣以及信息的家電的能耗信息，同時也可以監(jiān)視周邊環(huán)境的溫度、濕度、 光強度、入侵等。嵌入式網(wǎng)關(guān)作為外部TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與建筑物內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò) 的一個連接點，收到傳感器節(jié)點的信息后，通過主處理芯片進行協(xié)議轉(zhuǎn)換， 實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP互聯(lián)，進而取得通信的互聯(lián)。
在進行遠程控制時，用戶向智能家庭網(wǎng)關(guān)28發(fā)送GPRS遠程控制協(xié)議幀， 智能家庭網(wǎng)關(guān)28利用GPRS模塊33接收，并通過ARM處理器29獲取、解析 控制信號，通過SPI接口 30轉(zhuǎn)交CC2430芯片31,經(jīng)由CC2430芯片31將 信息打包，使用射頻模塊32發(fā)送進入ZigBee網(wǎng)絡(luò)27，使用網(wǎng)絡(luò)中的ZigBee 協(xié)調(diào)器26，將信號送入目的終端(協(xié)議幀中目的地址指向的終端)。以水(電、 氣)表1為例，目的終端使用CC2430芯片31的一個射頻模塊4獲取控制信 息，并將信息送入一個8051內(nèi)核3。之后，8051內(nèi)核3解析控制信號，通 過DAC芯片5對水(電、氣)表(1)發(fā)送控制信號。水(電、氣)表l根 據(jù)控制信號采集家庭能耗的使用量，并將檢測到的能耗信息傳輸給CC2430 內(nèi)置的14位ADC (2)， ADC (2)將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再將信號傳送到CC2430芯片8051控制內(nèi)核3，由ZigBee射頻模塊4打包、轉(zhuǎn)發(fā)，所 有終端設(shè)備采用ZigBee幀格式，將測控信息發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器26， ZigBee協(xié)調(diào)器26通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)27將信息傳送給智能家庭網(wǎng)關(guān)28，智能 家庭網(wǎng)關(guān)利用內(nèi)置的ZigBee CC2430射頻模塊接收信息幀，并將信息傳送給 ARM處理器(29)， ARM處理器使用GPRS模塊(33)對遠程終端發(fā)送GPRS 信息幀。智能家居測控模塊6、門禁測控模塊11、照明測控模塊16、門窗 開合及玻璃防爆測控模塊21，采用相同方式完成以上過程。
具體的實施可選用以下的基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)。
1、 基于最新的ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
ZigBee是一種近年來才興起的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標準，成本低，功耗 低是其突優(yōu)勢。其網(wǎng)絡(luò)容量大，數(shù)據(jù)交換量小，傳輸速率要求不高。在通信 時，它的連接間短，可以大大減少通信數(shù)據(jù)碰撞的概率。在網(wǎng)絡(luò)安全方面， 它對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)息進行加密處理，安全性高。因此，它完全滿足家庭傳感 器組網(wǎng)的要求。本實用新型采用了最新的ZigBee無線通信技術(shù)，構(gòu)建起基 于ZigBee的住宅節(jié)能的無線監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)，大量的傳感器節(jié)點使用電池供 電不需要進行有線布線，家庭無線網(wǎng)絡(luò)安裝容易。對于己安裝基于ZigBee 的家庭控制網(wǎng)絡(luò)的燈光、空調(diào)和安防系統(tǒng)進行更改適應(yīng)新的需求非常方便。 安裝好的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以方便的移動重新布置。添加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容易，新節(jié)點加 入網(wǎng)絡(luò)只需要請求鄰近的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡(luò)即可以。
采用ZigBee的家庭網(wǎng)絡(luò)對于設(shè)備的控制可以進行靈活的配置，可以控 制一個特定的設(shè)備，也可以用一個控制器控制家庭中的多個獨立的設(shè)備。多 個設(shè)備可以獨立工作也可以共同聯(lián)合工作己完成一系列功能。
2、 低廉的成本
采用ZigBee技術(shù)具有低速率、低功耗、低成本等特點，而且ZigBee模塊的價格仍在進一步降低，本發(fā)明成本將會非常低廉，易于市場推廣。
3、低功耗
在單一的芯片內(nèi)包含了 802. 15. 4及ZigBee兼容系統(tǒng)中必備的組件，支 持同步睡眠和喚醒，有效的降低了功耗，耗能原件較少，僅靠兩節(jié)標準5 號電池就可持續(xù)工作6個月至兩年，從而延長了各探測器節(jié)點維護周期，節(jié) 省了相應(yīng)的人力和物力。
綜上所述，本實用新型可以采用CC2430芯片，CC2430芯片是一顆真正 的系統(tǒng)芯片(SoC) CMOS解決方案，這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee為基礎(chǔ)的2.4GHz ISM波段的應(yīng)用對低成本、低功耗的要求。它包括 了一個高性能的2.4GHz DSSS (直接序列擴頻)射頻收發(fā)核心和一顆工業(yè)級 小巧高效的8051控制器。采用O. 18umCM0S工藝生產(chǎn)，具有很高的集成度。 工作時的電流損耗為27mA;在接收和發(fā)送模式下，電流損耗分別小于27mA 或25mA。 CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式是的超短時間的性，特別適 合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。該芯片體積小功率低，提供豐富的1/0， 并具有很低的功耗。同時，它具有強大靈活的開發(fā)工具和啟動引導(dǎo)功能，給 程序的升級和維護提供了極大的方便，非常適合本實用新型使用。
權(quán)利要求1. 一種用于住宅節(jié)能的無線監(jiān)控裝置，其特征在于，該裝置包括一上級管理中心模塊，該上級管理中心模塊中設(shè)置有服務(wù)器和與服務(wù)器連接的計算機群；一下級管理中心模塊，該下級管理中心模塊中設(shè)置有數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫連接有計算機群；由商業(yè)建筑、辦公建筑和民用建筑構(gòu)成的建筑群，建筑群內(nèi)部設(shè)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于采集各個建筑點的實時水、電、氣能耗數(shù)據(jù)；一中轉(zhuǎn)站，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸建筑群各個建筑點的實時水、電、氣能耗數(shù)據(jù)，然后儲存于分布式測控網(wǎng)絡(luò)終端計算機中；所述上級管理中心模塊通過Internet網(wǎng)絡(luò)通訊訪問下級管理中心模塊，建筑群通過中轉(zhuǎn)站的GPRS網(wǎng)絡(luò)和下級管理中心模塊通訊，儲存于數(shù)據(jù)庫當中，并進行分析、建模和節(jié)能預(yù)測。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于住宅節(jié)能的無線監(jiān)控裝置，其特征在于， 所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)至少包括有主控制計算機、無線傳感器、協(xié)調(diào)器、網(wǎng) 關(guān)、路由設(shè)備和傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線遠程監(jiān)控平臺。
專利摘要本實用新型公開了一種用于住宅節(jié)能的無線監(jiān)控裝置，包括上級管理中心模塊和下級管理中心模塊，中轉(zhuǎn)站、以及由商業(yè)建筑、辦公建筑和民用建筑構(gòu)成的建筑群，上級管理中心模塊中設(shè)置有服務(wù)器和與服務(wù)器連接的計算機群；下級管理中心模塊中設(shè)置有數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫連接有計算機群；建筑群內(nèi)部設(shè)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于采集各個建筑點的實時水、電、氣能耗數(shù)據(jù)；中轉(zhuǎn)站通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸建筑群各個建筑點的實時水、電、氣能耗數(shù)據(jù)，然后儲存于分布式測控網(wǎng)絡(luò)終端計算機中；上級管理中心模塊通過Internet網(wǎng)絡(luò)通訊訪問下級管理中心模塊，建筑群通過中轉(zhuǎn)站的GPRS網(wǎng)絡(luò)和下級管理中心模塊通訊，儲存于數(shù)據(jù)庫當中，并進行分析、建模和節(jié)能預(yù)測。
文檔編號G05B19/418GK201262704SQ20082003005
公開日2009年6月24日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者于軍琪, 齊 呂, 沖 李 申請人:西安建筑科技大學(xué)