一、项目概述
1.1 导言
在工业范畴，节能减排是国家提出的战略要求，一同也是企业发展的方向，这关于下降了企业的出产本钱具有严重意义。以我国钢铁企业宝钢为例，可近似预算，宝钢2009年的钢铁年产量约为3000万吨，吨钢动力本钱约为1000元，动力本钱为300万亿，假如可以进步1%的动力利用率，可节约动力本钱3万亿，而宝钢仅仅只是我国的一家企业，由此可见，在节能减排方面的研究所具有的巨大商场价值。更为详尽的来看，在接连出产型的企业中，保证流水线的继续作业减少了因某个环节的毛病带来的严重丢掉。在电力出产型企业中，其配电装置的正常作业关于企业的继续出产具有严重意义。
本计划将完成各个出产设备和配电盒的能耗和温度检测。经过对能耗前史数据的处理，使得能耗数据完成可视化，关于企业找到严重耗能设备，克勤克俭地办理能耗，进一步加强节能减排作业有重要意义。一同，对设备温度的实时检测可以侦测流水线、配电装置是否作业反常，当产生反常现象是，经过及时报警，可以最大极限地下降反常情况带来的丢掉。由已有的前史数据也可以关于未来的能耗和温度改变趋势作出猜测，然后可以提示办理者何时温度或许出现反常，提示其采纳办法或许进行检修。
总的来看，能耗检测可以协助企业进行节能减排作业，下降企业的动力本钱，温度检测关于防备毛病带来的丢掉有严重意义。
1.2 项目简介
本项目在体系架构上包括传感器节点、会聚节点和办理节点的三个部分，如下图所示：
图一
传感器节点由EVK1100的硬件渠道合作传感器完成，将安顿在每一个需求丈量的出产设备和配电盒上，丈量并显现该设备的功率和温度信息，一同将测得的数据经过通讯模块及时发送给相应的会聚节点，假如信息反常，会在发送的数据中参加报警信号。会聚节点由一台PC机、担任通讯的硬件以及宣布报警信号的硬件一同完成，将为每一个出产车间，或许为必定数量的出产设备装备一个会聚节点。它可以存储传感器节点的前史信息，并剖析必定范围内的出产设备的工况，终究将得到的数据发送给办理节点，交给办理节点处理。办理节点可以由多台PC机构成，为整个企业能耗与温度监测的信息归纳中心，可以在这里看到企业内部一切出产设备的相应信息，然后为企业执行者决议计划供给根据。
二、需求剖析
2.1 功用要求
从单个传感器节点的功用上看，将完成单个出产设备和配电盒的能耗丈量、温度丈量，某些节点可进一步引进开关器材，在特别情况下，自动关掉电路，能量供给方面，开发板运用220V/380V电压供电，引进的霍尔传感器选用电池供电。
从网络体系全体功用来看，将完成整个工厂内功率与温度信息的实时监测，使得相关信息可视化，而且供给了及时报警的机制；经过剖析前史数据，可以猜测工厂内部的温度改变趋势，供给预警功用，办理者可在猜测的温度反常区间采纳相关办法；一同在时刻及空间两个维度了解工厂内部的能耗情况，选用可视化软件使其很好的显现在办理者面前，为办理者加强企业的节能降耗作业供给了杰出的辅佐。
2.2 功用要求
办理者终究看到的能耗和温度信息有必定的延时，该推迟的时刻为从传感器节点检测到相应信息，发送给会聚节点，然后交由办理节点显现所耗费的时刻，相同，预警功用也有必定的推迟，由于预警信息需求从传感器节点发送给会聚节点。可是，信息显现的推迟关于整个数据的监测不会带来太多负面影响，而报警的推迟只需控制在答应的范围内，相同可以承受。
在传感器节点传递数据包给会聚节点时，存在丢掉数据包的问题，可以引进ACK机制，即会聚节点在成功承受到数据包时，发送ACK帧给传感器节点，然后可保证数据的牢靠传输；一同，可以给带有报警信息的数据包引进优先机制，使其优先被会聚节点处理。以上改进计划可以改进丢掉数据包的问题。
三、计划设计
3.1 体系结构框图与模块功用剖析
3.1.1传感器节点的结构框图与各模块功用剖析
传感器节点的体系结构框图如下：
图二
传感器节点由能量供给模块、传感器模块、处理器模块、显现模块、通讯模块五个部分组成。其间能量供给模块为其他各个模块供给能量；传感器模块选用霍尔传感器来丈量出产设备的电压、电流，选用工业界常用的镍铬镍硅热电偶丈量出产设备的温度，并将信息传递给处理器模块；处理器模块由电压电流信息核算设备的功率，再将功率、温度信息传递给显现模块，在LCD屏幕上显现，一同将温度信息与预先设定的安全阈值进行比较，假如发现温度反常，则将报警信息参加到功率温度信息中，并一同发送给通讯模块，通讯模块在将数据打包成数据包后，直接发送给邻近的会聚节点，交给会聚节点进行一致剖析。
3.1.2会聚节点的体系结构框图如下：
图三
会聚节点由能量供给模块、处理器模块、通讯模块、报警模块组成。能量供给模块为其他各个模块供给能量；通讯模块随时侦听空间中是否有来自传感器节点的信息，并将收到的信息发送给处理器模块，一同也将处理模块处理后的信息发送给办理节点；处理器模块担任该区域内一切信息的归纳与处理，并将处理后的信息交给通讯模块，假如有反常信息，则将相应信息传递给报警模块；报警模块在收到报警信息后，会宣布警报声，提示是哪一台机器有温度超支的情况。
3.1.3办理节点的结构框图与各模块功用剖析
办理节点的体系结构框图如下：
图四
办理节点由能量供给模块、处理器模块、通讯模块组成。能量供给模块为其他各个模块供给能量；通讯模块担任与会聚节点进行通讯，并将收到的信息发送给处理器模块，处理器模块担任工厂内一切信息的归纳与处理，然后得到整个工厂内各出产设备的能耗与温度情况。
3.2 硬件渠道选用及资源配置
选用EVK1100硬件渠道，并引进霍尔传感器，报警设备，PC机等硬件来建造整个体系的硬件体系。
3.2.1传感器节点的硬件运用
EVK1100开发板完成温度丈量、信息处理、信息显现、通讯的功用，引进霍尔传感器完成电流、电压的丈量。EVK1100开发板直接衔接电源，供给继续供电，内置温度传感器丈量温度，运用AT32UC3A0128的MCU担任信息的处理和指令的传送，运用4 x 20蓝色LCD屏来显现信息，而且经过USART与会聚节点通讯。霍尔传感器端则可以经过内置电池供电，以坚持其比较小的体积，易于安放，一同与EVK1100开发板衔接，将测得的信息及时传递给EVK1100开发板。
3.2.2会聚节点的硬件运用
会聚节点的能量供给模块与处理器模块由PC机完成，具有能量供给、信息处理和指令传送等功用；报警模块由报警装置完成，在接收到报警信号后，宣布警报声。
而通讯模块的两部分功用别离由不同硬件完成：一为与传感器节点的通讯，可选用cc2420信号收发器完成这一层面的通讯，二为与办理节点的通讯，可直接由PC机经过更新整个工厂内部的数据库服务器的信息来完成，然后使得办理节点的PC机可以对相关的信息进行处理。
3.2.3办理节点的硬件运用
各个PC机合作或许由一个功用非常强壮的PC机处理整个工厂内部的能耗和温度信息，并经过可视化软件显现。
3.3体系软件架构
3.3.1传感器节点的软件架构
传感器节点的软件架构图如下：
图五
由Linux内核作为引导，由多种硬件作为支撑，完成设备通讯和LCD显现功用，在实践开发过程中，还或许引进其他使用，因而留出其他使用的API接口。
3.3.2会聚节点与办理节点的软件架构
会聚节点与办理节点经过PC机完成，因而不再具体画出PC机完成的软件架构，而给出其会聚节点与办理节点根据数据库服务器通讯的架构图。
图六
办理节点和会聚节点的差异在于，办理节点还需求一个能耗、温度的可视化软件，然后可以让办理者随时可以看到整个工厂内部的能耗和温度情况；会聚节点还需求参加报警服务与通讯服务，报警服务用于出现反常时报警，通讯服务用于与传感器节点通讯。（此处通讯服务指与传感器节点的通讯，由cc2420完成，与办理节点的通讯由PC机经过数据库服务器完成。）
3.4 体系运转流程图
3.4.1传感器节点运转流程图
图七
3.4.2会聚节点运转流程图
图八
3.4.3办理节点运转流程图
图九
3.4.4体系运转流程图剖析
由以上三个流程图可以看出，上电后，各个模块别离开端作业，经过检测是否收到外部信号，以及是否有反常信息来决议流程图的流向。
3.5 体系估计完成成果
本计划将完成各个出产设备和配电盒的能耗和温度检测。经过对能耗前史数据的处理，使得能耗数据完成可视化，关于企业找到严重耗能设备，进一步加强节能减排作业有重要意义。一同，对设备温度的实时检测可以侦测流水线、配电装置是否作业反常，当产生反常现象是，经过及时报警，可以最大极限地下降反常情况带来的丢掉。由已有的前史数据也可以关于未来的能耗和温度改变趋势作出猜测，然后可以提示办理者何时温度或许出现反常，提示其采纳办法或许进行检修。
来历：EEFOCUS
