基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警系統(tǒng)

二、需求分析

2.1 功能要求

從單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的功能上看，將實(shí)現(xiàn)單個(gè)生產(chǎn)設(shè)備和配電盒的能耗測(cè)量、溫度測(cè)量，某些節(jié)點(diǎn)可進(jìn)一步引入開(kāi)關(guān)器件，在特殊情況下，主動(dòng)關(guān)掉電路，能量供給方面，開(kāi)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(lái)看，將實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠內(nèi)功率與溫度信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得相關(guān)信息可視化，并且提供了及時(shí)報(bào)警的機(jī)制；通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，能夠預(yù)測(cè)工廠內(nèi)部的溫度變化趨勢(shì)，提供預(yù)警功能，管理者可在預(yù)測(cè)的溫度異常區(qū)間采取相關(guān)措施；同時(shí)在時(shí)間及空間兩個(gè)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(qiáng)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(shí)，該延遲的時(shí)間為從傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到相應(yīng)信息，發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而交由管理節(jié)點(diǎn)顯示所消耗的時(shí)間，同樣，預(yù)警功能也有一定的延遲，因?yàn)轭A(yù)警信息需要從傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。但是，信息顯示的延遲對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)不會(huì)帶來(lái)太多負(fù)面影響，而報(bào)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(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)包給匯聚節(jié)點(diǎn)時(shí)，存在遺失數(shù)據(jù)包的問(wèn)題，可以引入ACK機(jī)制，即匯聚節(jié)點(diǎn)在成功接受到數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送ACK幀給傳感器節(jié)點(diǎn)，從而可保障數(shù)據(jù)的可靠傳輸；同時(shí)，可以給帶有報(bào)警信息的數(shù)據(jù)包引入優(yōu)先機(jī)制，使其優(yōu)先被匯聚節(jié)點(diǎn)處理。以上改進(jìn)方案可以改善丟失數(shù)據(jù)包的問(wèn)題。

三、方案設(shè)計(jì)

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(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖與各模塊功能分析

傳感器節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：

圖二

傳感器節(jié)點(diǎn)由能量供應(yīng)模塊、傳感器模塊、處理器模塊、顯示模塊、通信模塊五個(gè)部分組成。其中能量供應(yīng)模塊為其他各個(gè)模塊供應(yīng)能量；傳感器模塊選用霍爾傳感器來(lái)測(cè)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(cè)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(jì)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(shí)將溫度信息與預(yù)先設(shè)定的安全閾值進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)溫度異常，則將報(bào)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(diǎn)，交給匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一分析。

3.1.2匯聚節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖與各模塊功能分析

匯聚節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：

圖三

匯聚節(jié)點(diǎn)由能量供應(yīng)模塊、處理器模塊、通信模塊、報(bào)警模塊組成。能量供應(yīng)模塊為其他各個(gè)模塊供應(yīng)能量；通信模塊隨時(shí)偵聽(tīng)空間中是否有來(lái)自傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，并將收到的信息發(fā)送給處理器模塊，同時(shí)也將處理模塊處理后的信息發(fā)送給管理節(jié)點(diǎn)；處理器模塊負(fù)責(zé)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(yīng)信息傳遞給報(bào)警模塊；報(bào)警模塊在收到報(bào)警信息后，會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，提示是哪一臺(tái)機(jī)器有溫度超標(biāo)的情況。