安科瑞 劉芳 18860995107

自從物聯網概念提出以來，物聯網技術已經廣泛應用于能耗監測系統中。本文結合物聯網技術，針對目前校園電能監測的現狀，提出了一種基于物聯網三層架構的校園電能監測系統，系統中感知層的電能采集終端從用電設備上采集電能參數；傳輸層中的智能數據網關完成Rs485總線協議與以太網協議的協議轉換，并通過校園網把數據上傳給應用層；應用層的監測中心完成數據的存儲、分析處理，并向客戶端提供Web服務。系統設計融入工程化、模塊化的設計思想。后臺完成設備建模方法實現檢測設備的管理，以組織建模的方法完成設備所屬組織關系的管理，滿足系統對設備多維化、精細化管理需求。同時后臺利用設備模板、組織模板的擴展功能屬性和復用屬性，實現后臺數智能化存儲?？茖W的工程化后臺管理是整個系統的核心，是穩定、極速、人性化的前臺根本保障。

1.系統架構設計

一個完整的電能監測系統可以對電力系統中各項參數進行監測和遠程發布，本文設計的監測系統基于物聯網架構主要分為設備層、傳輸層和應用層三個層次，其網絡拓撲如圖1所

設備層的電能采集終端的作用是將原始電壓、電流信號采集并轉變為數字信號，完成電能參數數據的采集，并通過RS485總線將數據上傳到智能網關。本設計的電能采集終端可以支持多種電表，如三相四線電子式有功電能表、單相遠程費控智能電表、智能電網多功能電表等。系統中一些功能是建立在特定表具上的，例如：電流、電壓的趨勢分析，對應的表具要存在供采集的電流、電壓參數；功率趨勢分析也需要可提供功率變量的表具。

傳輸層的功能是把來自感知層的信息進行接入和傳輸，通過校園網上傳給應用層。智能數據網關通過RS485總線接收數據，完成RS485總線協議與以太網協議之間的轉換，將終端電表上傳來的實時數據進行本地分析，并通過校園網將數據壓縮打包上傳至應用層。網關根據系統策略分整點數據上報、異常數據上報與修復、網關離線處理等，同時網關還可以實現短時間的數據儲存，當網關與服務器斷開連接時，電表上報的數據將暫時存儲在網關中，當連接正常后再將這些數據上報上去。

應用層的監測中心由平臺服務器、數據庫服務器和客戶端組成。監測中心使用以太網通信協議接收智能數據網關采集上來的數據包，并將數據包存儲到數據庫服務器中。應用服務層采用B/S開發架構，平臺服務器完成與智能數據網關的通信、數據采集、數據解析、數據保存工作，并向客戶端提供Web服務。數據庫服務器提供數據的可靠存儲和查詢等任務。客戶端供用戶方便地完成Web瀏覽。本系統支持多種客戶端終端設備如計算機、平板電腦、智能手機等，可供用戶隨時監測校園內的用電情況。同時，平臺服務器還可以把數據存儲在云端，提供云服務，方便用戶的遠程訪問。

2.系統功能模塊組成

本設計的功能模塊分為數據采集與存儲模塊、前臺展示模塊和后臺工程管理模塊三個部分，系統功能模塊圖如圖2所示。后臺的工程管理模塊支持前臺的展示和管理整個電能計量監測系統。

2.1數據采集與存儲模塊

數據采集模塊完成與智能數據網關的通信、數據采集、解析和保存工作，采用自動、手動相結合的采集方式，并對通信過程提供完善的日志管理、事件管理和故障檢測機制。數據存儲模塊根據上報來的數據進行分類、分項存儲，根據存儲策略，平臺服務器將數據存儲至本地數據庫服務器和遠程(云存儲)數據中心?？蛻舳藢⒄埱笮畔l送給平臺服務器，平臺服務器在和數據庫服務器之間交互后，將處理結果返回給客戶端。

2.2前臺展示模塊

前臺展示模塊設計為實時數據展示、用電明細、用電統計、用電分析、電能定額管理、綜合信息管

（1）校園電力監控與運維

（2）能源管理系統

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

（3）智能照明管理

通過對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調節，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節能。

（4）智慧消防系統

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。

（5）后勤計費管理

采用先進的網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、費率設置、賬單統計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養用能群體和部門的節能意識。

宿舍用電管理

針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發基礎用電額度和定時通斷功能；

可進行惡性負載識別，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄；

商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理

充電樁運維平臺

充電樁在“源、網、荷、儲、充”信息能源結構中是必不可缺的。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必不可缺的一部分。

2.3后臺工程管理模塊

后臺工程管理完成從數據網關數據接收、數據整理、采集設備的管理、設備模板的配置、組織管 理、系統使用者的權限分配、系統維護等。設備管理、組織管理好壞直接影響到前臺數據展示的合理性、科學性，及數據展示的效果。設備管理、組織管理的核心又是設備管理建模的設計和組織管理模板建模的設計。

（1）設備模板

設備模板功能屬性及方法設計如圖3所示。

（2）設備管理

設備管理功能屬性及方法設計如圖4所示。

（3）組織機構

組織機構中的設備在系統中的映射，組織機構是現實中的組織機構(學院、部門、科室等)在系統中的映射。通過組織機構的建立，可以對不同的組織分配不同的權限，管理相應的設備。

（4）系統維護

系統維護選項用于維護系統。校園的系統管理者查看在線網關、在線設備等，觀察其運行信息，及時發現問題并及時解決；查看在線用戶，觀察用戶的登錄狀態信息；查看在線設備和在線網關的實時報文，以判斷這些網關或設備所處的狀態，可以在平臺上調試數據庫信息，查看數據庫狀態。

3.硬件選型

4.結語

文中提出了一種基于物聯網架構的校園電能監測系統解決方案，該方案重點以基于后臺工程化管理，用設備建模、組織建模的方式來管理整個電能監測系統，供施工單位、管理人員使用。前臺頁面用于展示和數據分析供系統管理者分析使用。本方案在軟件設計的角度和電能監測管理的角度上具有一定的先進性和科學性。