摘要:為了改善高校學(xué)生宿舍安全用電、方便輔導(dǎo)員監(jiān)測(cè)和管理學(xué)生作息時(shí)間,維護(hù)校園安全,設(shè)計(jì)出了基于高校學(xué)生宿舍的水電表管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用基于FreescaleiMX6芯片下的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā),通過對(duì)水電表數(shù)據(jù)的采集處理傳輸?shù)椒?wù)器端,服務(wù)器采用C#語言下的web開發(fā),*后通過移動(dòng)端app獲取采集的數(shù)據(jù)以及顯示。結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)給學(xué)生帶來全方位方便快捷的服務(wù)體檢,滿足學(xué)校監(jiān)管需求,隨時(shí)了解學(xué)生動(dòng)態(tài)并控制用電風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)提高了物業(yè)及高校教學(xué)管理的質(zhì)量和效率。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);用電安全;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);數(shù)據(jù)采集
0引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及學(xué)生公寓的普及,學(xué)生宿舍的用電情況發(fā)生了巨大變化??茖W(xué)、合理地管理學(xué)生宿舍的用電情況,成為學(xué)校后勤管理部門面臨的一個(gè)十分重要的問題。同時(shí),與學(xué)生生活密切相關(guān)的水電費(fèi)用對(duì)于學(xué)生來說也一直是個(gè)空白。而用電管理對(duì)學(xué)生可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。
為了使學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)查看自己所在宿舍每時(shí)段水電表使用情況,形成節(jié)約環(huán)保意識(shí),也為了學(xué)校能夠更加方便快捷地監(jiān)測(cè)和管理學(xué)生作息時(shí)間,維護(hù)校園安全,順應(yīng)信息技術(shù)與教學(xué)管理深度融合的發(fā)展趨勢(shì)。設(shè)計(jì)出一款智能化水電表管理系統(tǒng),采用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的方式,可有效地對(duì)學(xué)生進(jìn)行管理。滿足了學(xué)校管理部門及學(xué)生對(duì)學(xué)生宿舍的用電管理需求,同時(shí)具備監(jiān)測(cè)學(xué)生用電狀態(tài)、遠(yuǎn)程付費(fèi)、遠(yuǎn)程管理用電安全等功能。它是一套軟硬件結(jié)合,包含下位機(jī)數(shù)據(jù)的采集、服務(wù)器端系統(tǒng)軟件開發(fā)、移動(dòng)端客戶應(yīng)用開發(fā)等功能的系統(tǒng)。
1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)架構(gòu)圖
本系統(tǒng)自下而上分成3個(gè)層次,*底層是具有采集數(shù)據(jù)功能的水表與電表、數(shù)據(jù)采集終端;通過校園內(nèi)局域網(wǎng)把采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器層,服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯分類;*上層是用戶層端,通過Internet把數(shù)據(jù)傳輸給每一位用戶,可以是PC端或移動(dòng)端。
1.2系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)有3部分構(gòu)成:數(shù)據(jù)計(jì)量采集層,通過嵌入式ARM采集終端的RS485總線采取輪詢的方式實(shí)時(shí)或按時(shí)間間隔采集水電表計(jì)數(shù)據(jù)。服務(wù)器層:數(shù)據(jù)服務(wù)器。存儲(chǔ)各數(shù)據(jù)終端送過來的數(shù)據(jù),具有數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)結(jié)算功能??蛻魧樱喊校枚耍鱡b登錄及移動(dòng)端app。可進(jìn)行分類分項(xiàng)查詢、以圖形、報(bào)表等方式顯示數(shù)據(jù),同時(shí)具有管理控制功能。
(1)數(shù)據(jù)計(jì)量采集層。包含直讀式水表、單相預(yù)付費(fèi)電表、數(shù)據(jù)采集終端,數(shù)據(jù)終端通過485MODBUS協(xié)議采取輪詢的方式實(shí)時(shí)或按時(shí)間間隔采集表計(jì)數(shù)據(jù)。
(2)服務(wù)器層。服務(wù)器層由遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成。主要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)各數(shù)據(jù)終端送過來的數(shù)據(jù),具有數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)結(jié)算功能。圖形化的界面呈現(xiàn)各宿舍水電表使用情況,提供靈活、易用、高性能的可視化分析能力,讓數(shù)據(jù)說話!
(3)客戶層??蛻魧又饕窍到y(tǒng)的移動(dòng)端,客戶層分為輔導(dǎo)員及學(xué)生app端??筛鶕?jù)需求按時(shí)段、按宿舍號(hào)、按管理宿舍進(jìn)行分類分項(xiàng)查詢、以圖形、報(bào)表等方式顯示,各大功能實(shí)現(xiàn)客戶的需求。
2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1數(shù)據(jù)計(jì)量采集層的實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)計(jì)量采集層使用嵌入式ARM平臺(tái)通過RS485、MODBUS協(xié)議連接直讀式水表與單相電子式預(yù)付費(fèi)電表從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與分析。
數(shù)據(jù)采集端采用飛思卡爾的ARM芯片iMX6,運(yùn)行嵌入式Linux系統(tǒng),使用C語言編寫的應(yīng)用程序通過RS485連接線MODBUS協(xié)議采取輪詢的方式實(shí)時(shí)或按時(shí)間間隔采集表計(jì)數(shù)據(jù),一個(gè)采集終端可連接多個(gè)水電計(jì)量表。并通過udp網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)送到管理層服務(wù)器端。
(1)Freescalei.MX6Quad嵌入式Linux開發(fā)平臺(tái)的搭建。采集終端是基于i.MX6的ARM芯片,應(yīng)用程序的開發(fā)針對(duì)交叉編譯器的選擇,本文選擇跟內(nèi)核編譯一樣的編譯器,這樣做的目的是為了減少編譯后程序運(yùn)行出現(xiàn)問題。首先在宿主機(jī)安裝交叉編譯器,并添加環(huán)境變量到Profile,這樣做的目的是方便應(yīng)用程序無論放個(gè)目錄都可以進(jìn)行編譯。
(2)采集程序的編寫。采集終端是基于ARM芯片的嵌入式Linux設(shè)備,在開發(fā)平臺(tái)搭建好后,我們就可以在宿主機(jī)使用交叉編譯器對(duì)編寫的程序進(jìn)行交叉編譯,編譯好的程序可以直接在采集終端運(yùn)行。由于程序的主要功能是對(duì)RS485總線上的水電表計(jì)量設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。所以程序的編寫,本文主要采取以下方式或流程完成。首先創(chuàng)建兩個(gè)RS485接口,并進(jìn)行初始化,分別對(duì)應(yīng)水表和電表,其次通過創(chuàng)建水處理線程和電處理線程。水處理線程輪詢所有水表,得到水表數(shù)據(jù)更新存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫并上傳到服務(wù)器端;電處理線程輪詢所有掛載在485總線的電表,并獲取到當(dāng)前電量和剩余電量,更新數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)并發(fā)送到服務(wù)器端存儲(chǔ)。
(3)采集程序的運(yùn)行。編譯完成可以通過telnet或者ssh登錄到采集終端,并通過ftp把相關(guān)可執(zhí)行程序傳輸?shù)讲杉K端,再運(yùn)行相應(yīng)程序。
2.2服務(wù)器層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
服務(wù)器層主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),具有數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)結(jié)算功能。本系統(tǒng)是基于x86平臺(tái)的Web開發(fā),采用C#語言,基于B/S結(jié)構(gòu)(Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器模式),IIS搭建WEB服務(wù)器,創(chuàng)建SQLserver數(shù)據(jù)庫。用戶在任何一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦或移動(dòng)端設(shè)備打開瀏覽器,并在瀏覽器中輸入IP地址就可以登錄本系統(tǒng)搭建的服務(wù)器界面。
功能模塊分解如下:(1)登錄界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。“登錄”界面用于系統(tǒng)管理員的登錄,需輸入登錄賬號(hào)、登錄密碼。用戶角色可選系統(tǒng)管理員和普通管理員。添加登錄驗(yàn)證主要用于防止外人進(jìn)入修改數(shù)據(jù)。(2)實(shí)時(shí)水電信息界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。用戶登錄系統(tǒng)后,住戶管理欄下有實(shí)時(shí)水電信息欄,進(jìn)入后可根據(jù)關(guān)鍵字查詢信息,并可以修改或添加。有如下信息:房號(hào)、戶主姓名、、當(dāng)前電表數(shù)、剩余電表數(shù)和當(dāng)前水表數(shù)等。(3)用水用電一覽表。“用水用電一覽表”用于對(duì)各個(gè)宿舍的水電信息、水電費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并以圖表形式顯示。(4)水價(jià)類別設(shè)置與電價(jià)類別設(shè)置界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?!八畠r(jià)類別設(shè)置”與“電價(jià)類別設(shè)置”界面用于對(duì)水價(jià)與電價(jià)類別的設(shè)置與修改。(5)區(qū)域設(shè)置界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?!皡^(qū)域設(shè)置”界面用于對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行瀏覽,并可以查詢與修改。(6)月抄表及查詢界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。“月抄表及查詢”界面用于對(duì)各個(gè)宿舍的水電用量、應(yīng)交水電費(fèi)和抄表月份進(jìn)行瀏覽,同時(shí)可根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行搜索查詢。(7)統(tǒng)計(jì)抄表情況界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。“統(tǒng)計(jì)抄表情況”界面可對(duì)各個(gè)月份的抄表次數(shù)和收費(fèi)合計(jì)進(jìn)行瀏覽。
2.3客戶層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
客戶層主要是系統(tǒng)的移動(dòng)端,客戶層分為輔導(dǎo)員及學(xué)生app端,如圖4所示。
可根據(jù)需求按時(shí)段、按宿舍號(hào)、按管理宿舍進(jìn)行分類分項(xiàng)查詢、以圖形、報(bào)表等方式顯示,各大功能實(shí)現(xiàn)客戶的需求。采用JAVA語言開發(fā),SQLite數(shù)據(jù)庫。在Android系統(tǒng)的app客戶端,在用戶注冊(cè)賬號(hào)時(shí)要設(shè)定個(gè)體的身份信息,系統(tǒng)將通過注冊(cè)的賬號(hào)識(shí)別學(xué)生、輔導(dǎo)員、管理員身份,自動(dòng)適配功能模塊。
2.3.1輔導(dǎo)員端APP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
輔導(dǎo)員端APP實(shí)現(xiàn)的功能將通過首頁、水電、我的3個(gè)主頁切換展示,輔導(dǎo)員端的3個(gè)主頁通過底部導(dǎo)航+ViewPager+Fragment的組合來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
(1)首頁界面的設(shè)計(jì)。廣告輪播:輪番展示校園風(fēng)景。報(bào)警信息:提供跳轉(zhuǎn)入口去查看該宿舍在限定水電用量額時(shí)的告警信息,提供給輔導(dǎo)員遠(yuǎn)程通斷控制,點(diǎn)擊后可以遠(yuǎn)程控制該宿舍開關(guān)。閑時(shí)用量:提供跳轉(zhuǎn)入口去查看設(shè)定的閑時(shí)時(shí)段該宿舍電的使用情況。電用量:通過網(wǎng)絡(luò)輸入流從服務(wù)器獲取該宿舍當(dāng)天的用電量,并且顯示出來。水用量:通過網(wǎng)絡(luò)輸入流從服務(wù)器獲取該宿舍當(dāng)天的用水量,并且顯示出來。
(2)水電界面的設(shè)計(jì)。水電界面的設(shè)計(jì)主要是方便輔導(dǎo)員實(shí)時(shí)查看管理宿舍水電用量信息。點(diǎn)擊宿舍編號(hào),可以顯示選擇宿舍的水電量。水電主頁中將其所屬宿舍當(dāng)前的水電使用情況分別通過柱型圖的方式直觀展示出來。
(3)個(gè)人中心主要有如下幾個(gè)功能:(a)我的宿舍。展示輔導(dǎo)員本人所管理宿舍號(hào),同時(shí)提供宿舍添加和刪除功能。(b)閑時(shí)設(shè)置。提供跳轉(zhuǎn)入口進(jìn)入設(shè)置預(yù)期水電用量低的時(shí)間段的頁面,比如設(shè)置晚上12點(diǎn)至早6點(diǎn)預(yù)期用量低時(shí)間段,或根據(jù)課表設(shè)置閑時(shí)時(shí)段。(c)預(yù)警設(shè)置。預(yù)警管理功能目的是監(jiān)控所管理宿舍的水電使用量是否出預(yù)期設(shè)定值,一旦水電使用量達(dá)到額限定時(shí)系統(tǒng)將記錄下額發(fā)生的時(shí)間點(diǎn),功率大小及持續(xù)時(shí)間。按照管理需求,預(yù)警可以設(shè)定多個(gè),一般情況設(shè)置兩種類型的預(yù)警情況,一個(gè)是閑時(shí)時(shí)段水電用量預(yù)警,能及時(shí)發(fā)現(xiàn)宿舍設(shè)備或其他異常情況出現(xiàn),另外一種是間隔單位時(shí)間內(nèi)用電量預(yù)警,目的是識(shí)別或記錄下大功率電器的使用情況。
2.3.2學(xué)生端APP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
學(xué)生端APP同樣采用3個(gè)功能將通過首頁、水電、我的3個(gè)主頁切換展示,學(xué)生端的3個(gè)主頁同樣通過底部導(dǎo)航+ViewPager+Fragment的組合來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
其中首頁主要記錄學(xué)生所在宿舍當(dāng)前月份水電用量信息,水電頁面通過柱型圖的方式直觀展示水電使用情況,查看方式可以設(shè)置按月,周,日進(jìn)行查看。
當(dāng)選擇按月展示時(shí):通過網(wǎng)絡(luò)輸入流從服務(wù)器取出該宿舍當(dāng)月每天的用電用水量,并且通過柱形圖來進(jìn)行展示,即界面將呈現(xiàn)30個(gè)單位柱圖展示1個(gè)月內(nèi)30天水電用量變化情況。
當(dāng)選擇按周展示時(shí):通過網(wǎng)絡(luò)輸入流從服務(wù)器取出該宿舍當(dāng)周每天的用電用水量,并且通過柱形圖來進(jìn)行展示,即界面將呈現(xiàn)7個(gè)單位柱圖展示1周內(nèi)7天水電用量變化情況。
當(dāng)選擇按日展示時(shí):通過網(wǎng)絡(luò)輸入流從服務(wù)器取出該宿舍每天每小時(shí)的用電用水量,并且通過柱形圖來進(jìn)行展示,即界面將呈現(xiàn)24個(gè)單位柱圖展示*內(nèi)24小時(shí)水電用量變化情況。
我的主頁主要有充值繳費(fèi)和余量提醒兩個(gè)功能,學(xué)生可以通過充值繳費(fèi)功能進(jìn)行遠(yuǎn)程繳費(fèi)充值,設(shè)置余量提醒功能和設(shè)置提醒值。
3 AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺(tái)
3.1平臺(tái)概述
AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對(duì)校園能源統(tǒng)計(jì)、后勤計(jì)費(fèi)管理、校園運(yùn)維管理等提供高校的信息化管理平臺(tái)。從“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充”多個(gè)角度解析高校當(dāng)下及未來的用能問題及用能需求,在統(tǒng)一的需求下“實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)、信息互通”等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數(shù)字化、綜合化,實(shí)現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。
3.2平臺(tái)組成
AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺(tái)采用開放的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),主要由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成。平臺(tái)融合電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計(jì)、電氣安全、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、預(yù)付費(fèi)等功能,用戶通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù),通過一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)企業(yè)用電進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維,同時(shí)滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。
3.3平臺(tái)架構(gòu)
圖1安科瑞高校綜合能效管理方案架構(gòu)拓?fù)?
4高校綜合能效解決方案
4.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維
集成設(shè)備所有數(shù)據(jù),綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行,集中調(diào)控,集中監(jiān)控,數(shù)字化巡檢,移動(dòng)運(yùn)維,班組重新優(yōu)化整合,減少人力配置。
4.2后勤計(jì)費(fèi)管理
采用*的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù),實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、賬單統(tǒng)計(jì)匯等,支持、支付寶、一卡通等充值支付方式,可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式,培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。
4.2.1宿舍用電管理
針對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制:可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能;
可進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別,檢測(cè)違規(guī)電氣,并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄;
4.2.2商鋪水電收費(fèi)
針對(duì)校園市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理
4.2.3充電樁管理平臺(tái)
充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。
4.2.4智能照明管理
通過對(duì)高校路燈的全局監(jiān)測(cè),提供對(duì)路燈靈活智能的管理,實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路,任一個(gè)路燈的定時(shí)開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié),以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置,確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。
4.3能源管理系統(tǒng)
針對(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能量和能源流向。
按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等,對(duì)數(shù)據(jù)分門別類的分析,提供領(lǐng)導(dǎo)決策,提高管理效能。
構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫,能自動(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作,自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告,能夠監(jiān)測(cè)能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),設(shè)置控制策略,達(dá)到節(jié)能目的。
4.4智慧消防系統(tǒng)
智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù),將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò),并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息,通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析,幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防,實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防,到火情報(bào)警,再到控制聯(lián)動(dòng),在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行,用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況,并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下,在幾秒時(shí)間內(nèi),相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)短信、語音、郵件提醒和APP推送等手段,就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。