一种基于Niagara的大型公共建筑能耗采集系统的制作方法

一种基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统
技术领域
1.本实用新型属于大型公共建筑能耗采集装置和建筑节能技术领域，特别是涉及一种基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统。


背景技术：

2.大型公共建筑是指单体建筑面积达到2万平米以上，给人们提供公共活动，并采用中央空调制冷供热的建筑，其包括商业建筑、办公建筑、通信建筑、旅游建筑等类别。根据中国建筑节能协会及能耗统计专业委员会公布的数据显示：在2018年，公共建筑的建筑面积占全国城镇建筑面积的19％，公共建筑产生的建筑能耗占全国能源消耗比重的1/5强，公共建筑的建筑碳排放量占全国能源碳排放量的六分之一以上。其中，大型公共建筑的建筑面积占全国建筑总面积的5％左右，大型公共建筑的耗电量却达到全国建筑总耗电量的20％以上。随着我国城镇化水平的不断提升，建筑行业的不断发展，大型公共建筑的数量和面积也是有增无减，建筑耗能量也是与日俱增。在全球能源枯竭的背景下，如何提升大型公共建筑的能效，挖掘大型公共建筑的节能潜力，受到了广泛的关注与重视。
3.为进一步提升大型公共建筑的能源利用率，应当建立大型公共建筑能耗监管系统，将建筑能耗数据精准、实时的采集、上传、管理和分析，合理分配能源。
4.特别地，大型公共建筑能耗信息采集系统中最核心的硬件部分为数据采集网关。其中，honeywell的子公司tridium致力于物联网平台技术的开发，tridium研发的开放式软件框架平台——niagara是一个功能丰富、通用统一的开放式平台，能够提供一个完整的软硬件集成开发工具，可以满足不同应用领域的需要方案，可以用于集成和管理协议和智能设备。协议集成是指无缝衔接modbus、bacnet、zigbee等所有物联网协议；智能设备管理包含各类传感器、控制器、机电设备的数据采集和控制。其中，jace
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8000智能网关被用于连接多个建筑子系统和智能设备，可以实现系统集成、数据上传与下发、数据报警、管理、监控等功能，具有很强的可拓展性和灵活性。
5.目前，大型公共建筑能耗采集领域还存在以下问题：
6.传统的，大型公共建筑能耗消耗情况只能通过总支路或某一分支路的能耗计量仪表显示，建筑内各个空间单元中的不同种类用能设备的耗能情况不可以清晰地、完全地展现在建筑管理侧，也就无法对能耗故障诊断和能耗数据告警提供更加具体的分析依据；存在不支持对用能设备的耗能情况进行统计、查询和转发的情形，也就无法对机电设备进行能耗建模和用能分析；由于建筑能耗监测点位众多，情况复杂，存在各类能耗采集仪表的通讯协议大不相同，无法集成各类设备将各类能耗数据实时上传至上位机的情况，造成数据丢失，也就无法对建筑能耗情况进行科学分析和调度优化。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，提供一种基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统。
8.本实用新型为了实现上述目的，提供以下技术方案：
9.一种基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统，包括感知层、网络层和应用层；
10.感知层包括能耗采集类传感器、环境监测类传感器以及用于控制建筑内机电设备启停的执行机构；
11.网络层包括集线器、第一无线传输模块、控制器、智能网关和以太网交换机；能耗采集类传感器、环境监测类传感器以及执行机构与集线器连接，集线器通过第一无线传输模块与智能网关连接，智能网关与控制器以及以太网交换机连接；
12.应用层包括服务器、基于stm32单片机的建筑空间单元能耗采集终端和建筑能耗显示终端，基于stm32单片机的建筑空间单元能耗采集终端通过第二无线传输模块与控制器连接，服务器与以太网交换机连接，建筑能耗显示终端与服务器连接。
13.优选的，所述集线器采用rs
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485集线器。
14.优选的，第一无线传输模块和第二无线传输模块采用lora无线传输模块。
15.优选的，控制器采用easy io
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30p控制器。
16.优选的，智能网关采用jace
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8000智能网关。
17.优选的，基于stm32单片机的建筑空间单元能耗采集终端包括stm32单片机和与stm32单片机连接的电源模块、lcd触屏模块、lora无限模块、sdio存储模块、jtag模块和wifi模块，lora无限模块通过第二无线传输模块与控制器连接。
18.优选的，能耗采集类传感器包括智能电表、水表、燃气表和热量表。
19.优选的，环境监测类传感器包括温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器。
20.优选的，服务器采用web服务器。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
22.本实用新型基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统可以兼容不同类型的传感器采集感知层硬件数据、监测设计设备运行状态，利用lora无线传输模块简化信号传输通路，支持modbus、bacnet等多种传输协议，用户可以通过建筑空间单元能耗采集终端和显示屏建筑能耗显示终端实时读取大型公共建筑中不同空间单元和建筑综合运行能耗。在该硬件基础上，可以为背景技术中大型公共建筑中存在能源浪费、调度不合理等技术问题提数据支撑。
附图说明
23.图1是本实用新型的原理示意图。
24.图2是本实用新型中stm32f103zet6微控制器芯片的最小系统图。
25.图3是本实用新型中stm32f103zet6微控制器芯片的复位电路图。
26.图4是本实用新型中stm32f103zet6微控制器芯片的电源电路图。
27.图5是本实用新型中stm32f103zet6微控制器芯片的时钟电路图。
28.图6是本实用新型的大型公共建筑能耗采集流程图。
29.图7是jace
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8000智能网关的硬件示意图。
30.图8是easy io
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30p控制器的硬件示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图及本实用新型的优选实施方案来详细说明本实用新型的具体实施方式：
32.参照图1，本实用新型基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统包括：感知层、网络层和应用层，具体的：
33.所述感知层包括装置在不同建筑空间单元中，用于计量照明用电、插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电的智能电表，用于计量耗水量的水表，用于计量燃气使用量的燃气表，用于计量供热量的热量表，用于检测室内外环境参数的温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器，用于控制建筑内机电设备启停的执行机构；
34.所述网络层包括rs
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485集线器、lora无线传输模块、easy io
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30p控制器、jace
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8000智能网关和以太网交换机，智能电表、水表、燃气表、热量表、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器用于控制建筑内机电设备启停的执行机构均与rs
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485集线器连接，rs
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485集线器通过lora无线传输模块与jace
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8000智能网关连接，jace
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8000智能网关与easy io
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30p控制器连接；
35.所述应用层包括服务器、基于stm32单片机的建筑空间单元能耗采集终端和建筑能耗显示终端，用于实时读取大型公共建筑中不同空间单元和建筑综合运行能耗，包括各个传感器的输出值、各类建筑能耗设备的启停状态；其中，基于stm32单片机的建筑空间单元能耗采集终端通过第二无线传输模块与控制器连接，服务器与以太网交换机连接，建筑能耗显示终端与服务器连接。
36.进一步的，参照图1和图2，基于stm32单片机的建筑空间单元能耗采集终端包括stm32单片机和与stm32单片机连接的电源模块、lcd触屏模块、lora模块、sdio存储模块、jtag模块和wifi模块；lora模块通过另一个lora无线传输模块与easy io
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30p控制器连接。
37.其中，电表、水表、燃气表、热量表等检测信号通过rs
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485集线器进行中继，然后通过rs
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485信号lora无线传输模块传送给jace
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8000智能网关；各类建筑能耗设备(灯、电机等)的数字量信号连接到stm32单片机的数字输入模块，然后通过数字量信号lora无线传输模块传送给easy io
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30p控制器的数字量输入端口，然后easy io
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30p控制器通过rs
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485端口传输给jace
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8000智能网关；jace
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8000智能网关的com1口通过rs
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485信号lora无线传输模块接收到rs
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485集线器传输的各类传感器信号，jace
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8000智能网关的com2口通过rs
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485信号线连接到easy io
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30p控制器，接收到数字量信号的lora无线传输模块传输的各类开关量信号；jace
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8000智能网关与以太网交换机通过工业以太网profinet进行数据交换。
38.实施例
39.如图1所示，本实施例基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统可以分为感知层、网络层和应用层。感知层采集终端对应的包括智能电表、水表、燃气表、热量表及等计量设备、数字输入模块在内的启停(开关)状态监测设备和室内外环境监测设备(温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器)；并通过集线器以无线网络的形式形成通讯链路；各采集终端设备通过lora无线传输模块获取大型公共建筑能耗信息；jace
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8000智能网关实时收集不同建筑空间单元的能源消耗情况传输给pc机，并通过建筑空间单元能耗采集终端和建筑能耗显示终端实时读取大型公共建筑中不同空间单元和建筑综合运行能耗，便于能源管理和故障诊断。
40.建筑空间单元是大型公共建筑根据建筑本体空间结构划分为若干个子空间单元，每个建筑空间单元拥有一个rs
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485集线器，每个采集终端设备拥有自己的设备地址，用于实现建筑能耗分支分项准确计量管理；
41.所述建筑能耗采集终端设备还应支持rs
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485信号传输，能够星形联接连接到建筑空间单元中的rs
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485集线器；
42.所述stm32微控制器通过lora无线传输模块联通局域网与easy io30p控制器连接，控制器与jace
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8000智能网关通过以太网交换数据；
43.所有建筑能耗数据存入服务器以pc机存储设备；
44.数据中心可以利用分支分项能耗数据发掘大型公共建筑节能潜力，并在建筑空间单元能耗采集终端和建筑能耗显示终端进行可视化管理，以供建筑维护管理人员参考。
45.本实施例基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统的采集流程包括以下步骤：
46.步骤(1)根据建筑本体空间特征将大型公共建筑划分为若干个建筑空间单元。在每个建筑空间单元中，根据耗能种类(照明用电、插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电、耗水量、燃气量、供热量和相关的室内外环境参数)部署相应的信息采集设备，每个信息采集设备(电表、水表、燃气表、热量表、温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器)拥有自己的设备编码，并且能够进行分支分项监测与计量；
47.步骤(2)能耗信息数据报文能够通过lora无线通讯模块直接传输到数据中心的能耗采集系统，其中jace
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8000智能网关与能耗采集终端的通讯协议完全兼容，这意味着在信号传输链路中没有必要再添加相关的协议转换器；
48.步骤(3)建筑能耗采集系统通过lora无线传输模块联通局域网与各个建筑空间单元能耗采集终端连接，通过odbc、dde等技术交换能耗采集信息；
49.步骤(4)将影响建筑能耗变化的室内外环境因素温度、湿度和二氧化碳浓度与其它的建筑能耗信息共同存储在数据中心；
50.步骤(5)基于niagara的大型公共建筑能耗采集系统中，通过lora对建筑能耗数据和机电设备启停状态进行实时监控，按照步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)完成大型公共建筑的分支分项能耗计量；
51.步骤(6)建筑能耗显示终端通过屏幕显示的方式对水、电、气、热等需求量进行展示，为建筑维护和管理人员进行能耗诊断、节能优化、数据报警提供参考依据，为挖掘建筑节能潜力提供数据源和技术支持。
52.参照图2
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图8，本实用新型的原理是：感知层的模拟量数据信号通过星形接入rs
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485集线器，同时，感知层的数字量数据信号通过基于stm32的微型控制器的数字量输入端口；stm32微型控制器通过lora模块连接到easy io
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30p控制器的数字量输入端口；stm32微型控制器包含lcd显示模块，可以展示上位机下发的该建筑空间单元能耗数据；集线器通过lora无线传输模块连接到jace
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8000智能网关的com1口，easy io
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30p控制器通过rs
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485信号线连接到jace
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8000智能网关的com2口；jace
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8000智能网关通过工业级以太网profinet连接到以太网交换机；以太网交换机通过双绞线连接到web服务器；pc机通过tcp/ip因特网通讯协议连接到web服务器，读取到建筑能耗数据；pc机通过建筑能耗显示终端对读取到的建筑能耗数据进行可视化展示，为建筑管理人员进行能耗数据查询、能耗建模、能耗分析、能耗预测、能耗告警、能耗调度优化及能耗分配策略等技术服务提供数据支撑。
53.本实用新型基于以上使用步骤和工作原理，可拓展性强，可以快速添加或移除能耗采集设备；便捷性好，集数据采集、上传与下发为一体；可视化程度高，可以分支分项展示各建筑空间单元能耗数据和建筑整体运行能耗；通讯能力强，集成rs
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485信号传输模块、lora无线透传模块和以太网；兼容性强，可以支持modbus、bacnet、zigbee等不同的通讯传输协议。
54.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。