專利名稱：建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種工業(yè)以太網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng) 混合結(jié)構(gòu)的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中國是一個人口眾多、能源資源相對貧乏的國家，每年大約有13億平方米的建 筑總量，接近全球建筑總量的一半，其中建筑能耗已經(jīng)占到全社會總能耗的40%左右， 比發(fā)達國家落后13年，建筑能耗問題已成為我國未來經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。在建筑能 耗中各種建筑設(shè)備所消耗的能源約占建筑能源消耗量的80%，因此，如何采取智能化技 術(shù)有效地對建筑物用電設(shè)備進行控制從而達到節(jié)能運行是建筑節(jié)能的重要方面。隨著智能建筑技術(shù)的發(fā)展，中央空調(diào)計算機控制、恒壓供水、智能照明等自動 化系統(tǒng)為建筑物提供了舒適的工作和生活環(huán)境，也為建筑用電設(shè)備節(jié)能控制提供了有效 的手段。然而建筑是以人為中心的場所，目前的智能建筑系統(tǒng)是根據(jù)事先設(shè)定的定值進 行控制，沒有根據(jù)人的存在與否自動調(diào)整設(shè)備狀態(tài)從而實現(xiàn)節(jié)能，更沒有考慮根據(jù)不同 人對環(huán)境的偏好來實現(xiàn)個性化控制，例如空調(diào)、照明、供水、供暖等設(shè)備一方面在有 人時需要開啟，無人時可以關(guān)閉或修改設(shè)定值從而達到進一步節(jié)能目的。現(xiàn)實生活中， 由于人們節(jié)能意識不強或者沒有提供相應(yīng)的技術(shù)措施還無法達到這一點。尤其在辦公 樓、教室等公共場所，無論白天還是夜間長明燈現(xiàn)象依然存在，特別在下班以后，也許 夜間辦公樓已經(jīng)空無一人，但這時照明、空調(diào)、供水、暖氣等系統(tǒng)照常運行。因此，如 果能夠利用智能化手段對建筑物內(nèi)人員的分布情況以及行為習(xí)慣進行檢測，在有人的區(qū) 域系統(tǒng)控制設(shè)備提供舒適的工作環(huán)境、無人的區(qū)域自動控制用電設(shè)備斷電或處于低功耗 狀態(tài)運行，將進一步提升用電設(shè)備節(jié)能空間。鑒于建筑物內(nèi)的用電設(shè)備的數(shù)量和種類越來越多，傳統(tǒng)的針對單一設(shè)備或單一 系統(tǒng)的節(jié)能控制理論和方法已難以勝任建筑內(nèi)各種設(shè)備的整體優(yōu)化，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得 所有用電設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備狀態(tài)與信息以及環(huán)境參數(shù)等海量數(shù)據(jù)的獲取與共享成 為可能，為多樣性、數(shù)量龐大的各種建筑用電設(shè)備的整體優(yōu)化節(jié)能控制提供了新的途 徑。建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)是各種建筑用電設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，它高度集成 了通信、計算、控制和物理系統(tǒng)，是一個復(fù)雜的、動態(tài)的、以人為本的系統(tǒng)。在建筑設(shè) 備物聯(lián)網(wǎng)中，設(shè)備通過不同介質(zhì)(有線、無線等)和形式(固定、移動等)互聯(lián)到統(tǒng)一的 網(wǎng)絡(luò)中，從網(wǎng)絡(luò)中獲取信息(接收命令、傳感信息、數(shù)據(jù)等)并為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(提供信息、 執(zhí)行計算、實現(xiàn)設(shè)備控制等)。如何有效地構(gòu)建建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)并使得用電設(shè)備以最低能 耗運行，且同時能為人們提供安全、舒適、快捷、便利的生活或工作環(huán)境，這將是建筑 用電設(shè)備節(jié)能控制中非常有意義的研究內(nèi)容。由于物聯(lián)網(wǎng)是近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)，有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計以及應(yīng)用方面的 研究目前許多還處在探索階段。Kottenstette等人考慮物聯(lián)網(wǎng)的安全性和可靠性要求，基 于被動適應(yīng)概念提出了一種物聯(lián)網(wǎng)理論架構(gòu)；也有將形式化架構(gòu)模式用于復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計和針對隨機多智能體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建立了一種以用戶為中心的架構(gòu)；Karsai等從模型 驅(qū)動方法出發(fā)，為物聯(lián)網(wǎng)建立了一個完全平行的系統(tǒng)，進行模型集成計算，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng) 和模型之間的交互。這些物聯(lián)網(wǎng)的研究工作為建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有 益的思路。建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)不僅具有物聯(lián)網(wǎng)通用的特征如復(fù)雜性、動態(tài)性、重構(gòu)性和重 配置性等特征，而且具有其特有的以人為中心的重要特征，國內(nèi)外關(guān)于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng) 的研究尚未見有相關(guān)報道。因此，研究建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用具有一定的 挑戰(zhàn)性，有許多理論和技術(shù)問題需要解決。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提出了一種建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系 統(tǒng)，它對設(shè)備的控制方式更加靈活多變，通過直接和設(shè)備相連克服了傳統(tǒng)方法模型難以 精確建立的不足。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，它包括至少一個建筑，每個建筑設(shè)有至少一個 數(shù)據(jù)管理計算機，數(shù)據(jù)管理計算機利用以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理中心計算機連接，同時數(shù)據(jù)管 理計算機還通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與手機終端通信，通過廣域網(wǎng)與遠程控制終端連接；各建 筑內(nèi)設(shè)有若干個房間單元，在各房間單元內(nèi)設(shè)有至少一個環(huán)境模塊、至少一個房間控制 器以及至少一個設(shè)備無線測控模塊，在房間單元內(nèi)設(shè)有至少一個建筑用電設(shè)備，每個建 筑用電設(shè)備與一個對應(yīng)的設(shè)備無線測控模塊連接；環(huán)境模塊集成了一組傳感器采集環(huán)境 信息，并接收人員RFID信息；房間控制器安裝在信息插座上為即插即用式，房間控制器 通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊連接，同時房間控制器還通過以太 網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理計算機連接。所述建筑用電設(shè)備包括空調(diào)或中央空調(diào)、照明燈具、電加熱器以及水泵中的至 少一種。所述設(shè)備無線測控模塊采集相應(yīng)建筑用電設(shè)備的狀態(tài)及其參數(shù)信息，并通過射 頻收發(fā)器以無線方式發(fā)送給房間控制器，同時接收來自房間控制器的控制命令實現(xiàn)對相 應(yīng)用電設(shè)備的操作和控制；各建筑用電設(shè)備由開關(guān)信號控制，與之相對應(yīng)的無線測控模 塊上設(shè)有繼電器和控制按鈕；房間控制器通過給設(shè)備無線測控模塊發(fā)送命令自動實現(xiàn)對 建筑用電設(shè)備的開關(guān)控制，同時控制按鈕允許手動方式對建筑用電設(shè)備進行操作，并且 手動操作優(yōu)先級最高；對于數(shù)字信號控制的建筑用電設(shè)備，與之相對應(yīng)的無線測控模塊 通過模擬遙控器方式實現(xiàn)對建筑用電設(shè)備的控制；無線測控模塊的主控制器為MEGA64芯片。所述環(huán)境模塊包括環(huán)境模塊主控制器、光照度傳感器、溫濕度傳感器、熱釋電 紅外傳感器、二氧化碳濃度傳感器以及射頻收發(fā)器；環(huán)境模塊采集環(huán)境溫度、濕度、光 照度、紅外傳感信息、二氧化碳濃度和人員信息；通過射頻收發(fā)器環(huán)境模塊接入到無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中與房間控制器進行雙向通信并且接收人員身份RFID信息；環(huán)境模塊主控制 器為MEGA64芯片。所述房間控制器通過射頻收發(fā)器連接到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境模塊，從而獲知 各個房間的環(huán)境信息；房間控制器與設(shè)備無線測控模塊進行雙向通信得到建筑用電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)信息；同時房間控制器通過給設(shè)備無線測控模塊發(fā)送命令對相應(yīng)建筑用電設(shè) 備控制；通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理計算機連接；房間控制器為MC9S12NE64和MEGA64芯片。所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用射頻收發(fā)器UM2455無線收發(fā)芯片作為主控制 器；設(shè)備無線測控模塊、環(huán)境模塊和房間控制器均通過射頻收發(fā)器連接到無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中。所述數(shù)據(jù)管理計算機通過以太網(wǎng)連接各房間控制器，以數(shù)據(jù)庫的形式對房間控 制器上傳的房間單元的環(huán)境信息和建筑用電設(shè)備的狀態(tài)信息進行統(tǒng)一管理，根據(jù)全局優(yōu) 化結(jié)果發(fā)出設(shè)備控制命令到房間控制器；同時數(shù)據(jù)管理計算機提供Browser/Server框架 的用戶設(shè)備管理界面，允許授權(quán)用戶遠程登陸，利用廣域網(wǎng)或手機終端查看房間環(huán)境參 數(shù)、建筑用電設(shè)備狀態(tài)與參數(shù)、控制建筑用電設(shè)備啟停，并對設(shè)備故障進行診斷。所述無線通信網(wǎng)絡(luò)為GPRS網(wǎng)絡(luò)或CDMA網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)。本實用新型中的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由工業(yè)以太網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和 GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)構(gòu)成。本實用新型主要利用如下技術(shù)1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信在建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，房間控制器與環(huán)境模塊通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進 行雙向通信，房間控制器與設(shè)備的無線測控模塊之間也是通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行通 信。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建對整個建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建起到彌足輕重的作 用。當(dāng)房間控制器和環(huán)境模塊或者是房間控制器和設(shè)備無線測控模塊進行通信的時候， 發(fā)送方會向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一幀信息，這幀信息包含有3個字段分別是物理幀 頭、網(wǎng)絡(luò)幀頭和數(shù)據(jù)負載。在此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中收到這幀信息的節(jié)點會對網(wǎng)絡(luò)幀頭進 行解析，得到源地址與目的地址。無線通訊網(wǎng)絡(luò)是個樹狀的網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點是否為 協(xié)調(diào)器判斷是沿著樹往上還是往下轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，若是往上，則從每一層的路由節(jié)點開始判 斷目標(biāo)節(jié)點是否在該層，若不在，則轉(zhuǎn)發(fā)到上一層直到最頂層；往下，也是依次從每個 路由節(jié)點判斷是否是該節(jié)點還是在該層或是在下一層，直到最大深度，經(jīng)過一層層的傳 遞，信息最終到達目的地址。當(dāng)房間控制器和環(huán)境模塊或者是房間控制器和設(shè)備無線測 控模塊進行通信的時候，根據(jù)信息的發(fā)送方和接收方的不同數(shù)據(jù)負載的格式也不相同， 具體的數(shù)據(jù)負載幀格式如附錄通信協(xié)議中所示。當(dāng)房間單元內(nèi)的房間控制器啟動并初始化一些參數(shù)之后(工作頻道，網(wǎng)絡(luò)ID， 鄰居表等等)，環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊隨之自動啟動，并向房間控制器尋找可以加 入的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。需要加入網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊首先向房間控制器進行注 冊，這一行為可由以下程序?qū)崿F(xiàn)1.發(fā)送需要加入網(wǎng)絡(luò)的請求廣播幀，周圍存在的房間控制器也將回應(yīng)這個廣播 幀，回應(yīng)的幀依然是廣播幀，里面包含的信息為被請求加入的環(huán)境模塊或者是設(shè)備無線 檢測模塊的短地址。請求加入的環(huán)境模塊或是設(shè)備無線檢測模塊將會在一定時間內(nèi)監(jiān)聽 這些廣播幀，選擇其中一個信號強度最好的節(jié)點加入。2. 一旦決定了需要加入哪個節(jié)點，該環(huán)境模塊或是設(shè)備無線測控模塊從廣播幀 中取得將要加入的短地址，向擁有該地址的節(jié)點請求分配地址，同時發(fā)送的還有自己的ID號，以供地址注冊用。3.被請求加入的環(huán)境模塊或是設(shè)備無線測控模塊，通過特定的方法生成一個短 地址向房間控制器進行注冊。該地址的生成方式類似IP地址的分配方式，通過IP地址的 不同段(IP地址xx:xx:xx:xx，四段，類似樹狀網(wǎng)絡(luò)的四層)，可以讓加入設(shè)備知道從 屬哪個節(jié)點之下，并且也知道如果有別的環(huán)境模塊或是設(shè)備無線測控模塊申請加入自己 的話，短地址該如何分配。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊與房間控制器之間進行雙 向通信。其中環(huán)境模塊上傳給房間控制器包括有環(huán)境參數(shù)(含人員信息)，設(shè)備無線測控 模塊向房間控制器上傳對應(yīng)的設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。房間控制器可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向 設(shè)備無線測控模塊發(fā)送對應(yīng)設(shè)備的控制命令實現(xiàn)對設(shè)備的控制。2、以太網(wǎng)技術(shù)利用C#開發(fā)Web應(yīng)用程序，通過建立B/S架構(gòu)的管理系統(tǒng)，使得授權(quán)用戶可以 在任何地方通過登陸系統(tǒng)提供的瀏覽界面查看大樓環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)，還可以遠 程控制相關(guān)設(shè)備的開關(guān)。通過Visual C#進行Socket網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)，使得數(shù)據(jù)管理計算機 與設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的各個房間控制器建立連接，并通過傳輸控制協(xié)議TCP進行數(shù)據(jù)的 交換，實時的顯示整個大樓的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)。數(shù)據(jù)管理計算機同時還將各個 房間控制器上傳的信息其中包括有各房間單元的環(huán)境參數(shù)(含人員信息)以及房間內(nèi)的建 筑用電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)信息保存到專門的數(shù)據(jù)庫中并對數(shù)據(jù)庫進行維護和管理。授權(quán)用 戶登陸數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，通過管理計算機向各個房間控制器發(fā)送下達命令實現(xiàn)對建筑設(shè)備 的遠程控制。3、GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)利用GSPS/GSM網(wǎng)絡(luò)允許用戶用手機通過發(fā)短信方式來遠程控制設(shè)備的起停。 我們把數(shù)據(jù)管理計算機通過串口與西門子GSM模塊TC35相連，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控 制GSM模塊實現(xiàn)管理計算機和用戶手機的無線通信功能。本實用新型的有益效果為本實用新型構(gòu)建的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)混合了工業(yè)以太 網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)使得對設(shè)備的控制方式更加靈活多變， 通過直接和設(shè)備相連克服了傳統(tǒng)方法模型難以精確建立的不足，為建筑用電設(shè)備智能化 控制提供了新的思路。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為環(huán)境模塊結(jié)構(gòu)圖；圖3為房間控制器結(jié)構(gòu)圖；圖4為設(shè)備無線測控模塊結(jié)構(gòu)圖；圖5為射頻收發(fā)器電路；圖6為用電設(shè)備開關(guān)控制原理圖。其中，1.環(huán)境模塊主控制器，2.光照度傳感器，3.溫濕度傳感器，4.熱釋電紅外 傳感器，5. 二氧化碳濃度傳感器，6.其他類型傳感器，7.射頻收發(fā)器，8.房間控制器， 9.設(shè)備無線測控模塊，10.人員身份識別卡，11.建筑用電設(shè)備，12.以太網(wǎng)接口，13.建筑，14.數(shù)據(jù)管理計算機，15.數(shù)據(jù)管理中心計算機，16.廣域網(wǎng)，17.遠程控制終端， 18.無線通信網(wǎng)絡(luò)，19.手機終端20.開關(guān)量輸入，21.數(shù)字量輸入，22.開關(guān)量輸出，23.數(shù) 字量輸出，24.模擬量輸出。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。圖1中，建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括若干個建筑13，各建筑13中設(shè)有一臺數(shù) 據(jù)管理計算機14，數(shù)據(jù)管理計算機14通過工業(yè)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理中心計算機15連接，數(shù) 據(jù)管理中心計算機15則通過廣域網(wǎng)16與遠程控制終端17連接；同時各數(shù)據(jù)管理計算機 14還通過無線通信網(wǎng)絡(luò)18與手機終端19連接；各房間子單元設(shè)有房間控制器8，房間控 制器8通過射頻收發(fā)器7連接到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊9進行雙 向通信；房間控制器8通過與環(huán)境模塊進行通信可以獲知各個房間的環(huán)境信息、人員信 息，通過與設(shè)備無線測控模塊9進行通信獲知建筑用電設(shè)備11的狀態(tài)參數(shù)等信息，同時 房間控制器8通過給設(shè)備無線測控模塊9發(fā)送命令實現(xiàn)對相應(yīng)建筑用電設(shè)備11的控制。 房間控制器8通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理計算機14連接，房間控制器8給數(shù)據(jù)管理計算機14 上傳房間環(huán)境信息、人員身份信息、建筑用電設(shè)備11的狀態(tài)以及對建筑用電設(shè)備11的相 應(yīng)操作等信息同時房間控制器8接收并執(zhí)行數(shù)據(jù)管理計算機14的下達命令。所述建筑用電設(shè)備11包括空調(diào)、中央空調(diào)、照明裝置、水泵裝置中的至少一 種，它們通過與之對應(yīng)的設(shè)備無線測控模塊9經(jīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與房間控制器8進行雙向 通信。設(shè)備無線測控模塊9采集建筑用電設(shè)備11的狀態(tài)及其參數(shù)信息通過射頻收發(fā)器7 以無線方式發(fā)送給房間控制器8，同時接收來自房間控制器8的控制命令實現(xiàn)對相應(yīng)建筑 用電設(shè)備11的操作和控制。對于由開關(guān)信號控制的建筑用電設(shè)備11，與之相對應(yīng)的設(shè)備 無線測控模塊9上加有固態(tài)繼電器和控制按鈕；通過給設(shè)備無線測控模塊9發(fā)送命令自動 實現(xiàn)對設(shè)備的開和關(guān)操作同時控制按鈕允許人手動對設(shè)備進行操作并且手動操作優(yōu)先。 對于數(shù)字信號控制的建筑用電設(shè)備11，與之相對應(yīng)的設(shè)備無線測控模塊9通過模擬遙控 器的功能來實現(xiàn)對設(shè)備的控制；所述環(huán)境模塊包括環(huán)境模塊主控制器1，其上集成了光照度傳感器2、溫濕度傳 感器3、熱釋電紅外傳感器4、二氧化碳濃度傳感器5以及射頻收發(fā)器7，以采集環(huán)境溫 度、濕度、光照度、紅外傳感信息、二氧化碳濃度。通過射頻收發(fā)器7環(huán)境模塊1接入到 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中并且能夠接收人員身份RFID信息；為了以后擴展的需要環(huán)境模塊還可 以集成其他類型的傳感器6。環(huán)境模塊主控制器為MEGA64芯片；射頻收發(fā)器為UM2455 無線收發(fā)芯片。所述房間控制器8也設(shè)有射頻收發(fā)器7與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接，射頻收發(fā)器7 為UM2455無線收發(fā)芯片；通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)房間控制器8與環(huán)境模塊1和設(shè)備無線 測控模塊9進行雙向通信；房間控制器8通過以太網(wǎng)接口與以太網(wǎng)連接；設(shè)備無線測控 模塊9采集用電設(shè)備的狀態(tài)及其參數(shù)信息以無線方式發(fā)送給房間控制器8，同時接收來 自房間控制器8的控制命令實現(xiàn)對相應(yīng)建筑用電設(shè)備11的操作和控制；房間控制器8為 MC9S13NE64 和 MEGA64 芯片。所述數(shù)據(jù)管理計算機14通過以太網(wǎng)連接各房間控制器8，以數(shù)據(jù)庫的形式對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，根據(jù)全局優(yōu)化結(jié)果發(fā)出設(shè)備控制命令到房間控制器8通過設(shè)備無線 測控模塊9完成對相應(yīng)建筑用電設(shè)備11的控制；同時數(shù)據(jù)管理計算機14提供Browser/ Server框架的用戶設(shè)備管理界面，允許授權(quán)用戶遠程經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)或手機查看房間環(huán)境參數(shù)、 設(shè)備狀態(tài)與參數(shù)、控制設(shè)備啟停。圖2中，環(huán)境模塊包括環(huán)境模塊主控制器1上集成了光照度傳感器2、溫濕度傳 感器3、熱釋電紅外傳感器4、二氧化碳濃度傳感器5以及根據(jù)需要擴展的其他類型傳感 器6和射頻收發(fā)器7;主要采集環(huán)境溫度、濕度、光照度、紅外傳感信息、二氧化碳濃 度、人員身份信息RFID，根據(jù)需要還可以進一步擴展；其中對溫濕度、光照度等信息的 收集主要是通過集成傳感器來感知房間的環(huán)境，而對于人員的情況信息的收集主要是通 過無線通信的收發(fā)設(shè)備——射頻收發(fā)器用來接收人員身份信息RFID。環(huán)境模塊主控制器1為MEGA64芯片，包括8路A/D輸入，普通I/O接口， SPI, TWI等，基本上覆蓋了市面常見的各類傳感器接口。本實用新型使用了單總線溫濕 度傳感器(DHT21，奧松公司產(chǎn)品)，該傳感器占用一個I/O 口；紅外傳感器，一個I/O 口 ；光敏電阻，占用一路A/D。除了 UM2455所占用的一個SPI 口之外，MEGA64空余 的其他管腳全部外接，這樣可以使用一個環(huán)境模塊完成多種環(huán)境參數(shù)的測量。圖3中，房間控制器8它通過射頻收發(fā)器7與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接；通過無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)房間控制器可以與環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊進行雙向通信；通過以太網(wǎng)接 口 12與以太網(wǎng)連接；設(shè)備無線測控模塊9采集設(shè)備的狀態(tài)及其參數(shù)信息以無線方式發(fā)送 給房間控制器8，同時接收來自房間控制器8的控制命令實現(xiàn)對相應(yīng)建筑用電設(shè)備11的操 作和控制。圖4中，設(shè)備無線測控模塊9通過射頻收發(fā)器7連接到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與 房間控制器8的雙向通信，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無線測控模塊9向房間控制器8上 傳相應(yīng)建筑用電設(shè)備11的狀態(tài)參數(shù)信息并接收房間控制器8下達的對于建筑用電設(shè)備11 的控制和操作命令。在設(shè)備無線測控模塊上有開關(guān)量輸入20、數(shù)字量輸入21、開關(guān)量輸 出22、數(shù)字量輸出23和模擬量輸出24。設(shè)備無線測控模塊9根據(jù)建筑用電設(shè)備11的控 制類型，選擇不同的開關(guān)量輸出22或數(shù)字量輸出23或模擬量輸出24實現(xiàn)對建筑用電設(shè) 備11的自動控制。設(shè)備無線測控模塊9的主控制器為MEGA64芯片；射頻收發(fā)器7為 UM2455無線收發(fā)芯片。圖5中，射頻收發(fā)器7為UM2455無線收發(fā)芯片。UM2455芯片工作于 (2.4-2.48Ghz)ISM免費頻段的，具有18個擴頻通信信道的，傳輸速率為625KBPS，具有 CSMA-CCA功能，采用直接序列擴頻通訊，抗干擾力強。該芯片通過SPI接口與CPU連 接，占用較少的CPU管腳。工作電壓為2.4 3.6V可以采用電池供電，發(fā)射電流13mA， 接收電流23mA。覆蓋范圍可以從幾十米到幾百米。當(dāng)處于休眠狀態(tài)時，耗電量也非常 小。其休眠態(tài)耗電僅1 μ W。圖6中，與開關(guān)量控制設(shè)備相對應(yīng)的設(shè)備無線測控模塊9包括MEGA64主控制 器加有固態(tài)繼電器和按鍵，主控制器MEGA64通過ΡΕ5端口控制固態(tài)繼電器的過零開和 過零關(guān)實現(xiàn)對設(shè)備的開和關(guān)控制；通過回讀ΡΕ5 口的高低電平來確認(rèn)設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)， 當(dāng)ΡΕ5高電平則判定該設(shè)備處于開的狀態(tài)ΡΕ5低電平判定處于關(guān)的狀態(tài)；同時設(shè)備無線 測控模塊上有按鍵允許人手動對設(shè)備進行開和關(guān)操作通過ΡΕ4讀取脈沖信號，每次按鍵被按下就使設(shè)備狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，實現(xiàn)設(shè)備由開到關(guān)或是由關(guān)到開。以管理計算機遠程控制一個房間內(nèi)的燈為例，來說明建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能 實現(xiàn)的具體步驟1)為所有房間控制器分配IP地址；每個房間控制器都有自己的一個IP地址，通 過以太網(wǎng)管理計算機實現(xiàn)與房間控制器的雙向通信；2)在房間單元中，每個建筑用電設(shè)備都有與之對應(yīng)的設(shè)備無線測控模塊；與燈 設(shè)備相對應(yīng)的無線測控模塊上添加繼電器和控制按鈕實現(xiàn)對燈的自動/手動操作，并且 手動操作優(yōu)先；無線測控模塊對燈的自動/手動控制原理遵循圖6。3)房間控制器和設(shè)備無線測控模塊通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行雙向通信；設(shè)備無 線測控模塊向所在房間子單元的房間控制器進行注冊，注冊成功后設(shè)備無線模塊通過無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)向房間控制器上傳設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)等信息，房間控制器通過無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)向設(shè)備無線測控模塊發(fā)送對相應(yīng)設(shè)備的控制命令；同時房間控制器允許管理計算機對 設(shè)備進行遠程操作并且管理計算機操作命令優(yōu)先級最高；4)管理計算機找到燈設(shè)備所在房間子單元的房間控制器，遵循管理計算機與房 間控制器通信協(xié)議下行命令幀格式向房間控制器發(fā)送對該燈設(shè)備的控制命令；5)房間控制器接收到管理計算機的控制命令，遵循房間控制器與設(shè)備無線測控 模塊通信協(xié)議下行命令幀格式給與燈設(shè)備對應(yīng)的無線測控模塊發(fā)送控制命令，最終由無 線測控模塊實現(xiàn)對燈的開關(guān)操作。對于其他各類設(shè)備的控制可采用與上述相同的過程進行。
權(quán)利要求1.一種建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，它包括至少一個建筑，每個建筑設(shè)有 至少一個數(shù)據(jù)管理計算機，數(shù)據(jù)管理計算機利用以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理中心計算機連接，同 時數(shù)據(jù)管理計算機還通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與手機終端通信，通過廣域網(wǎng)與遠程控制終端連 接；各建筑內(nèi)設(shè)有若干個房間單元，在各房間單元內(nèi)設(shè)有至少一個環(huán)境模塊、至少一 個房間控制器以及至少一個設(shè)備無線測控模塊，在房間單元內(nèi)設(shè)有至少一個建筑用電設(shè) 備，每個建筑用電設(shè)備與一個對應(yīng)的設(shè)備無線測控模塊連接；環(huán)境模塊集成了一組傳感 器采集環(huán)境信息并接收人員射頻識別信息；房間控制器安裝在信息插座上為即插即用 式，房間控制器通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊連接，同時房間控 制器還通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理計算機連接。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述建筑用電設(shè)備包括 空調(diào)或中央空調(diào)、照明燈具、電加熱器以及水泵中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述設(shè)備無線 測控模塊采集相應(yīng)建筑用電設(shè)備的狀態(tài)及其參數(shù)信息，并通過射頻收發(fā)器以無線方式發(fā) 送給房間控制器，同時接收來自房間控制器的控制命令實現(xiàn)對相應(yīng)用電設(shè)備的操作和控 制；各建筑用電設(shè)備由開關(guān)信號控制，與之相對應(yīng)的無線測控模塊上設(shè)有繼電器和控制 按鈕；房間控制器通過給設(shè)備無線測控模塊發(fā)送命令自動實現(xiàn)對建筑用電設(shè)備的開關(guān)控 制，同時控制按鈕允許手動方式對建筑用電設(shè)備進行操作，并且手動操作優(yōu)先級最高； 對于數(shù)字信號控制的建筑用電設(shè)備，與之相對應(yīng)的無線測控模塊通過模擬遙控器方式實 現(xiàn)對建筑用電設(shè)備的控制；無線測控模塊的主控制器為MEGA64芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述環(huán)境模塊包括環(huán)境 模塊主控制器、光照度傳感器、溫濕度傳感器、熱釋電紅外傳感器、二氧化碳濃度傳感 器以及射頻收發(fā)器；環(huán)境模塊采集環(huán)境溫度、濕度、光照度、紅外傳感信息、二氧化碳 濃度和人員信息；通過射頻收發(fā)器環(huán)境模塊接入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中與房間控制器進行 雙向通信并且接收人員身份射頻識別信息；環(huán)境模塊主控制器為MEGA64芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述房間控制器通過射 頻收發(fā)器連接到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境模塊，從而獲知各個房間的環(huán)境信息；房間控制 器與設(shè)備無線測控模塊進行雙向通信得到建筑用電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)信息；同時房間控制 器通過給設(shè)備無線測控模塊發(fā)送命令對相應(yīng)建筑用電設(shè)備控制；通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理 計算機連接；房間控制器為MC9S12NE64和MEGA64芯片。
6.如權(quán)利要求1或3或4或5所述的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述的無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用射頻收發(fā)器UM2455無線收發(fā)芯片作為主控制器；設(shè)備無線測控 模塊、環(huán)境模塊和房間控制器均通過射頻收發(fā)器連接到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。
7.如權(quán)利要求1所述的建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述無線通信網(wǎng)絡(luò)為 GPRS網(wǎng)絡(luò)或CDMA網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要本實用新型是一種建筑用電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。它包括至少一個建筑，每個建筑設(shè)有至少一個數(shù)據(jù)管理計算機，數(shù)據(jù)管理計算機利用以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理中心計算機連接；數(shù)據(jù)管理計算機通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與手機終端通信，通過廣域網(wǎng)與遠程控制終端連接；各建筑設(shè)有若干房間單元，各房間單元內(nèi)設(shè)有至少一個環(huán)境模塊、至少一個房間控制器及至少一個設(shè)備無線測控模塊；房間單元內(nèi)設(shè)有至少一個建筑用電設(shè)備，各建筑用電設(shè)備與對應(yīng)的設(shè)備無線測控模塊連接；環(huán)境模塊集成了一組傳感器，并接收人員RFID信息；房間控制器安裝在信息插座上為即插即用式，房間控制器通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境模塊和設(shè)備無線測控模塊連接，同時房間控制器還通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理計算機連接。
文檔編號H04L12/28GK201796269SQ20102019479
公開日2011年4月13日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者張桂青, 張琳, 汪明, 王路, 申斌, 閆俏 申請人:山東建筑大學(xué)