CN202632501U - 基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置，包括信息输入与显示装置、数据中心组件、至少一组的信息采集与收发装置组件、信息采集与收发装置蓄电装置和数据中心外接电源；数据中心组件包括分别与数据中心中央处理器相连接的数据中心数据管理模块、数据中心无线模块和数据中心数据库；信息采集与收发装置组件包括分别与信息采集与收发装置中央处理器相连接的传感器、信息采集与收发装置电源管理模块、信息采集与收发装置无线模块、信息采集与收发装置数据库和信息采集与收发装置数据分析模块。

Description

基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置。

背景技术

随着智能小区、智能CBD等中、大型建筑群在大中城市的流行，建筑能耗监测变得越来越复杂，网络布线、有线数据传输成本随着规模的级数扩张，成为管理层不得不重视的一个问题。

目前的无线传感网络在建筑能源监测中的应用集中在传感器组网上，已有的研究在通过布点保证通信畅通的前提下，对无线传感器网络所有节点的能量均衡和节约问题考虑的较少。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种成本低，能量使用效率高的能对建筑群能耗监测的基于无线传感网络的建筑群能耗监测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置，包括信息输入与显示装置、数据中心组件、至少一组的信息采集与收发装置组件、信息采集与收发装置蓄电装置和数据中心外接电源；数据中心组件包括分别与数据中心中央处理器相连接的数据中心数据管理模块、数据中心无线模块和数据中心数据库；所述信息输入与显示装置与数据中心中央处理器相连接；数据中心无线模块连接有数据中心无线收发装置；信息采集与收发装置组件包括分别与信息采集与收发装置中央处理器相连接的传感器、信息采集与收发装置电源管理模块、信息采集与收发装置无线模块、信息采集与收发装置数据库和信息采集与收发装置数据分析模块；所述信息采集与收发装置无线收发装置与信息采集与收发装置无线模块相连接；所述信息采集与收发装置无线收发装置与数据中心无线收发装置信号连接；所述信息输入与显示装置、数据中心数据管理模块、数据中心中央处理器、数据中心无线模块、数据中心数据库和数据中心无线收发装置均与数据中心外接电源相连接；传感器、信息采集与收发装置中央处理器、信息采集与收发装置电源管理模块、信息采集与收发装置无线模块、信息采集与收发装置数据库、信息采集与收发装置数据分析模块和信息采集与收发装置无线收发装置均与信息采集与收发装置蓄电装置相连接。

作为对本实用新型的基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置的改进：数据中心中央处理器连接有报警器，所述报警器与数据中心外接电源相连接。

本实用新型通过一种多层分簇的无线传感器网络在建筑群能耗监测中的有效实施，大大减轻建筑能耗监测布线的复杂度及布线成本，并通过一种簇首优选、多跳通信的方式，均衡整个无线传感器网络的能耗，大大延长无线传感器网络的生命周期，经在某智能小区试验，单个20000焦耳的无线传感器能够在不充电的条件下野外有效工作近3个月，整个网络的生命周期可达到6个月。由于无线传感器网络部署方便，具有覆盖区域、生命周期、感知精度等多方面的可扩展性、容错性、健壮性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本实用新型的基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置结构示意图。

具体实施方式

图1～图5给出了一种基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置，包括信息输入与显示装置1、数据中心组件2、报警器3、至少一组的信息采集与收发装置组件6、信息采集与收发装置蓄电装置7和数据中心外接电源8。数据中心组件2包括数据中心数据管理模块21、数据中心中央处理器22、数据中心无线模块24和数据中心数据库25。信息采集与收发装置组件6包括传感器61、信息采集与收发装置中央处理器62、信息采集与收发装置电源管理模块63、信息采集与收发装置无线模块64、信息采集与收发装置数据库65和信息采集与收发装置数据分析模块66。

信息输入与显示装置1、数据中心数据管理模块21、数据中心中央处理器22、数据中心无线模块24、数据中心数据库25、报警器3和数据中心无线收发装置4均与数据中心外接电源8相连接，由数据中心外接电源8提供电源；传感器61、信息采集与收发装置中央处理器62、信息采集与收发装置电源管理模块63、信息采集与收发装置无线模块64、信息采集与收发装置数据库65、信息采集与收发装置数据分析模块66和信息采集与收发装置无线收发装置5均与信息采集与收发装置蓄电装置7相连接，由信息采集与收发装置蓄电装置7提供电源。为保持图面整洁，省略附图中的所有电连接关系标注。

信息输入与显示装置1、数据中心数据管理模块21、数据中心无线模块24、数据中心数据库25和报警器3分别与数据中心中央处理器22相连接，数据中心无线模块24连接有数据中心无线收发装置4；传感器61、信息采集与收发装置电源管理模块63、信息采集与收发装置无线模块64、信息采集与收发装置数据库65和信息采集与收发装置数据分析模块66均与信息采集与收发装置中央处理器62相连接，信息采集与收发装置无线模块64连接有信息采集与收发装置无线收发装置5；数据中心无线收发装置4与信息采集与收发装置无线收发装置5信号连接。

实际使用时，将信息采集与收发装置组件6分布于建筑物中每个有能源损耗的地方，并将邻近的一个小区域内的若干个信息采集与收发装置组件6组成一个基层组，每个基层组内设置一个基层簇首(即其中的一个信息采集与收发装置组件6)；并将邻近的一个大区域内的若干个基层簇首组成一个高层组，每个高层组内设置一个高层簇首(即其中的一个基层簇首)；将所有的高层簇首组成一个顶层组，每个顶层组内设置一个顶层簇首(即其中的一个高层簇首)；每个基层组内的信息采集与收发装置组件6将信息传送到基层簇首，每个基层簇首再将信息传送到高层簇首内，每个高层簇首再将信息传送到顶层簇首，顶层簇首再将信息传送到数据中心组件2中，由数据中心组件2进行数据的最后处理。

选取基层簇首、高层簇首与顶层簇首的步骤如下：

在信息采集与收发装置数据库65内置入每个信息采集与收发装置组件6唯一的序列号(01到N，N的值视所需要监测的建筑群单位个数而定)以及基层簇首电源阈值、高层簇首电源阈值和顶层簇首电源阈值(即分别为当任基层簇首的最小电量值、当任高层簇首的最小电量值和当任顶层簇首的最小电量值)。

选取基层簇首：

在序列号为01到10的基层组内，所有的信息采集与收发装置组件6均进行以下操作：

1、01号信息采集与收发装置组件6进行如下操作：

1.1、信息采集与收发装置中央处理器62读取信息采集与收发装置电源管理模块63内的电源存储量信息。

1.2、信息采集与收发装置中央处理器62读取信息采集与收发装置数据库65内的基层簇首电源阈值，如果电源存储量信息显示的电源存储量大于基层簇首电源阈值，则将电源存储量信息传送到基层组内序列号为02到10号的信息采集与收发装置组件6内。

2、01号信息采集与收发装置组件6内的电源存储量信息传送到基层组内序列号为02号的信息采集与收发装置组件6内具体步骤如下：

2.1、01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62将电源存储量信息传送到01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64内，

2.2、01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64控制信息采集与收发装置无线收发装置5将电源存储量信息传送到02号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线收发装置5中，

2.3、02号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线收发装置5接收到电源存储量信息后，将电源存储量信息传送到02号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64内，

2.4、02号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64将电源存储量信息传送到02号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62内，

2.5、02号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62将电源存储量信息传送到02号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置数据库65内。

03号的信息采集与收发装置组件6与10号的信息采集与收发装置组件6的信息传送同步骤2。

3、01号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62接收到02到10号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息后，01号的信息采集与收发装置组件6内进行如下操作：

3.1、信息采集与收发装置中央处理器62开始读取02到10号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息，并将02到10号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息传送到信息采集与收发装置数据分析模块66中，

3.2、信息采集与收发装置数据分析模块66经过分析后，反馈给信息采集与收发装置中央处理器62一个01号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量最高的信息(信息采集与收发装置数据分析模块66分析对比，选出一个电源存储量最高的信息采集与收发装置组件6，此处以01号的信息采集与收发装置组件6为例)，

02号的信息采集与收发装置组件6到10号的信息采集与收发装置组件6的信息采集与收发装置中央处理器62接收到其他九个信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息后，处理方式同步骤3。

由于对比结果为01号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量最高，所以由01号的信息采集与收发装置组件6暂时当任基层簇首。

选取高层簇首：

选取出以序列号为01、11、21、31、41和51为基层簇首后(选取规则为以上所述的选取基层簇首部分)，01、11和21三个比较接近的基层簇首中自动选取一个高层簇首，31、41和51三个比较接近的基层簇首中自动选取一个高层簇首。

4、01号信息采集与收发装置组件6进行如下操作：

4.1、信息采集与收发装置中央处理器62读取信息采集与收发装置电源管理模块63内的电源存储量信息。

4.2、信息采集与收发装置中央处理器62读取信息采集与收发装置数据库65内的高层簇首电源阈值，如果电源存储量信息显示的电源存储量大于高层簇首电源阈值，则将电源存储量信息传送到基层组内序列号为11和21号的信息采集与收发装置组件6内。

5、01号信息采集与收发装置组件6内的电源存储量信息传送到基层组内序列号为11号的信息采集与收发装置组件6内具体步骤如下：

5.1、01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62将电源存储量信息传送到01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64内，

5.2、01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64控制信息采集与收发装置无线收发装置5将电源存储量信息传送到11号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线收发装置5中，

5.3、11号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线收发装置5接收到电源存储量信息后，将电源存储量信息传送到11号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64内，

5.4、11号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64将电源存储量信息传送到11号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62内，

5.5、11号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62将电源存储量信息传送到11号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置数据库65内。

21号的信息采集与收发装置组件6的信息传送同步骤5。

6、01号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62接收到11与21号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息后，01号的信息采集与收发装置组件6内进行如下操作：

6.1、信息采集与收发装置中央处理器62开始读取11与21号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息，并将11与21号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息传送到信息采集与收发装置数据分析模块66中，

6.2、信息采集与收发装置数据分析模块66经过分析后，反馈给信息采集与收发装置中央处理器62一个01号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量最高的信息(信息采集与收发装置数据分析模块66分析对比，选出一个电源存储量最高的信息采集与收发装置组件6，此处以01号的信息采集与收发装置组件6为例)，

11号的信息采集与收发装置组件6与21号的信息采集与收发装置组件6的信息采集与收发装置中央处理器62接收到其他两个信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息后，处理方式同步骤6。

由于对比结果为01号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量最高，所以由01号的信息采集与收发装置组件6暂时当任高层簇首。

31、41和51三个比较接近的基层簇首中选取高层簇首的过程同以上01、11和21三个比较接近的基层簇首的选取过程(最后得出31号的信息采集与收发装置组件6暂时当任高层簇首)。

选取顶层簇首：

选取出01与31号的信息采集与收发装置组件6为高层簇首后，序列号为01与31号的信息采集与收发装置组件6自动进入顶层组，并进行以下操作：

7、01号信息采集与收发装置组件6进行如下操作：

7.1、信息采集与收发装置中央处理器62读取信息采集与收发装置电源管理模块63内的电源存储量信息。

7.2、信息采集与收发装置中央处理器62读取信息采集与收发装置数据库65内的基层簇首电源阈值，如果电源存储量信息显示的电源存储量大于基层簇首电源阈值，则将电源存储量信息传送到基层组内序列号为31号的信息采集与收发装置组件6内。

8、01号信息采集与收发装置组件6内的电源存储量信息传送到基层组内序列号为31号的信息采集与收发装置组件6内具体步骤如下：

8.1、01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62将电源存储量信息传送到01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64内，

8.2、01号信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64控制信息采集与收发装置无线收发装置5将电源存储量信息传送到31号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线收发装置5中，

8.3、31号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线收发装置5接收到电源存储量信息后，将电源存储量信息传送到31号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64内，

8.4、31号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置无线模块64将电源存储量信息传送到31号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62内，

8.5、31号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62将电源存储量信息传送到31号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置数据库65内。

9、01号的信息采集与收发装置组件6内的信息采集与收发装置中央处理器62接收到31号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息后，01号的信息采集与收发装置组件6内进行如下操作：

9.1、信息采集与收发装置中央处理器62开始读取31号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息，并将31号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息传送到信息采集与收发装置数据分析模块66中，

9.2、信息采集与收发装置数据分析模块66经过分析后，反馈给信息采集与收发装置中央处理器62一个01号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量最高的信息(信息采集与收发装置数据分析模块66分析对比，选出一个电源存储量最高的信息采集与收发装置组件6，此处以01号的信息采集与收发装置组件6为例)，

31号的信息采集与收发装置组件6的信息采集与收发装置中央处理器62接收到01号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量信息后，处理方式同步骤3。

由于对比结果为0001号的信息采集与收发装置组件6的电源存储量最高，所以由0001号的信息采集与收发装置组件6暂时当任顶层簇首。

选取出基层簇首、高层簇首与顶层簇首后，进行如下操作：

0001号到0010号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0001号的信息采集与收发装置组件6中。

0011号到0020号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0011号的信息采集与收发装置组件6中。

0021号到0030号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0021号的信息采集与收发装置组件6中。

0031号到0040号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0031号的信息采集与收发装置组件6中。

0041号到0050号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0041号的信息采集与收发装置组件6中。

0051号到0060号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0051号的信息采集与收发装置组件6中。

0001号、0011号和0021号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0001号的信息采集与收发装置组件6中。

0031号、0041号和0051号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0031号的信息采集与收发装置组件6中。

0001号和0031号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到0001号的信息采集与收发装置组件6中。

0001号的信息采集与收发装置组件6将获取的数据传送到数据中心2中。

具体步骤如下：

集层组内的传感器61获取数据，并将获取的数据传送到集层组内的信息采集与收发装置中央处理器62中，集层组内的信息采集与收发装置中央处理器62将获取的数据传送到集层组内的信息采集与收发装置无线模块64中，并控制集层组内的信息采集与收发装置无线收发装置5发出。

基层簇首内的信息采集与收发装置无线收发装置5接收到获取的数据，传送到基层簇首内的信息采集与收发装置中央处理器62，基层簇首内的信息采集与收发装置中央处理器62将获取的数据传送到基层簇首内的信息采集与收发装置无线模块64，并由基层簇首内的信息采集与收发装置无线模块64控制基层簇首内的信息采集与收发装置无线收发装置5发出。

高层簇首内的信息采集与收发装置无线收发装置5接收到获取的数据，传送到高层簇首内的信息采集与收发装置中央处理器62，高层簇首内的信息采集与收发装置中央处理器62将获取的数据传送到高层簇首内的信息采集与收发装置无线模块64，并由高层簇首内的信息采集与收发装置无线模块64控制高层簇首内的信息采集与收发装置无线收发装置5发出。

顶层簇首内的信息采集与收发装置无线收发装置5接收到获取的数据，传送到顶层簇首内的信息采集与收发装置中央处理器62，顶层簇首内的信息采集与收发装置中央处理器62将获取的数据传送到顶层簇首内的信息采集与收发装置无线模块64，并由顶层簇首的信息采集与收发装置无线模块64控制顶层簇首内的信息采集与收发装置无线收发装置5发出。

数据中心无线收发装置4接收到获取的数据，并传送到数据中心无线模块24中，数据中心无线模块24接收到获取的数据，并传送到数据中心中央处理器22中，数据中心中央处理器22接收到获取的数据，并将获取的数据传送入数据中心数据管理模块21中，同时，数据中心中央处理器22读取数据中心数据库25中的标准值，并将标准值传送到数据中心数据管理模块21中；数据中心数据管理模块21把标准值与获取的数据进行对比，如果获取的数据在标准值范围内，则反馈一个“正常的信息”，如果获取的数据在标准值范围外，则反馈一个“异常的信息”，数据中心中央处理器22接收到“异常的信息”后，就控制报警器3进行报警。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置，其特征是：包括信息输入与显示装置（1）、数据中心组件（2）、至少一组的信息采集与收发装置组件（6）、信息采集与收发装置蓄电装置（7）和数据中心外接电源（8）；

数据中心组件（2）包括数据中心中央处理器（22），所述数据中心中央处理器（22）连接有数据中心无线模块（24）；所述信息输入与显示装置（1）与数据中心中央处理器（22）相连接；数据中心无线模块（24）连接有数据中心无线收发装置（4）；

信息采集与收发装置组件（6）包括收发装置中央处理器（62），所述收发装置中央处理器（62）分别连接有传感器（61）、信息采集与收发装置电源管理模块（63）和信息采集与收发装置无线模块（64）；所述信息采集与收发装置无线收发装置（5）与信息采集与收发装置无线模块（64）相连接；

所述信息采集与收发装置无线收发装置（5）与数据中心无线收发装置（4）信号连接；

所述信息输入与显示装置（1）、数据中心中央处理器（22）、数据中心无线模块（24）和数据中心无线收发装置（4）均与数据中心外接电源（8）相连接；传感器（61）、信息采集与收发装置中央处理器（62）、信息采集与收发装置电源管理模块（63）、信息采集与收发装置无线模块（64）和信息采集与收发装置无线收发装置（5）均与信息采集与收发装置蓄电装置（7）相连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的建筑群能耗监测装置，其特征是：数据中心中央处理器（22）连接有报警器（3），所述报警器（3）与数据中心外接电源（8）相连接。