基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)能耗實時監(jiān)測與安全預警系統(tǒng)

二、需求分析

2.1 功能要求

從單個傳感器節(jié)點的功能上看，將實現(xiàn)單個生產(chǎn)設(shè)備和配電盒的能耗測量、溫度測量，某些節(jié)點可進一步引入開關(guān)器件，在特殊情況下，主動關(guān)掉電路，能量供給方面，開發(fā)板使用220V/380V電壓供電，引入的霍爾傳感器采用電池供電。

從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體功能來看，將實現(xiàn)整個工廠內(nèi)功率與溫度信息的實時監(jiān)測，使得相關(guān)信息可視化，并且提供了及時報警的機制；通過分析歷史數(shù)據(jù)，能夠預測工廠內(nèi)部的溫度變化趨勢，提供預警功能，管理者可在預測的溫度異常區(qū)間采取相關(guān)措施；同時在時間及空間兩個維度了解工廠內(nèi)部的能耗情況，采用可視化軟件使其很好的顯示在管理者面前，為管理者加強企業(yè)的節(jié)能降耗工作提供了良好的輔助。

2.2 性能要求

管理者最終看到的能耗和溫度信息有一定的延時，該延遲的時間為從傳感器節(jié)點檢測到相應信息，發(fā)送給匯聚節(jié)點，進而交由管理節(jié)點顯示所消耗的時間，同樣，預警功能也有一定的延遲，因為預警信息需要從傳感器節(jié)點發(fā)送給匯聚節(jié)點。但是，信息顯示的延遲對于整個數(shù)據(jù)的監(jiān)測不會帶來太多負面影響，而報警的延遲只要控制在允許的范圍內(nèi)，同樣可以接受。

在傳感器節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)包給匯聚節(jié)點時，存在遺失數(shù)據(jù)包的問題，可以引入ACK機制，即匯聚節(jié)點在成功接受到數(shù)據(jù)包時，發(fā)送ACK幀給傳感器節(jié)點，從而可保障數(shù)據(jù)的可靠傳輸；同時，可以給帶有報警信息的數(shù)據(jù)包引入優(yōu)先機制，使其優(yōu)先被匯聚節(jié)點處理。以上改進方案可以改善丟失數(shù)據(jù)包的問題。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與模塊功能分析

3.1.1傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖與各模塊功能分析

傳感器節(jié)點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：

圖二

傳感器節(jié)點由能量供應模塊、傳感器模塊、處理器模塊、顯示模塊、通信模塊五個部分組成。其中能量供應模塊為其他各個模塊供應能量；傳感器模塊選用霍爾傳感器來測量生產(chǎn)設(shè)備的電壓、電流，選用工業(yè)界常用的鎳鉻鎳硅熱電偶測量生產(chǎn)設(shè)備的溫度，并將信息傳遞給處理器模塊；處理器模塊由電壓電流信息計算設(shè)備的功率，再將功率、溫度信息傳遞給顯示模塊，在LCD屏幕上顯示，同時將溫度信息與預先設(shè)定的安全閾值進行比較，如果發(fā)現(xiàn)溫度異常，則將報警信息加入到功率溫度信息中，并一起發(fā)送給通信模塊，通信模塊在將數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包后，直接發(fā)送給附近的匯聚節(jié)點，交給匯聚節(jié)點進行統(tǒng)一分析。

3.1.2匯聚節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖與各模塊功能分析

匯聚節(jié)點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：

圖三

匯聚節(jié)點由能量供應模塊、處理器模塊、通信模塊、報警模塊組成。能量供應模塊為其他各個模塊供應能量；通信模塊隨時偵聽空間中是否有來自傳感器節(jié)點的信息，并將收到的信息發(fā)送給處理器模塊，同時也將處理模塊處理后的信息發(fā)送給管理節(jié)點；處理器模塊負責該區(qū)域內(nèi)所有信息的綜合與處理，并將處理后的信息交給通信模塊，如果有異常信息，則將相應信息傳遞給報警模塊；報警模塊在收到報警信息后，會發(fā)出警報聲，提示是哪一臺機器有溫度超標的情況。