浅谈无线传感器网络在智能楼宇空调自控系统中的应用

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1、浅谈无线传感器网络在智能楼宇空调自控系统中的应用白华(中国航天建筑设计研究院集团100071)摘要:本文描述了无线传感器网络的结构,详细介绍了基于无线传感器网络的智能楼宇自动控制系统的框架结构、设计思想以及软件功能模块的划分,并对其应用进行了展望。关键词:智能建筑无线传感器网络自控系统1引言智能建筑的概念,在上世纪末诞生于美国。我国的智能建筑于90年代才起步,但随着人们对生活环境需求的不断提高,智能建筑已成为我国最热门的话题之一,与此同时,发展节能建筑已成为城市文明和可持续发展的象征。本文主要介绍利用无线传感器网络系统,在楼宇自动控制

2、系统对建筑的自动控制过程中,做到既可提供舒适的环境,又可节约成本的目的。2无线传感器网络体系结构近年来随着无线通信、集成电路、传感器以及微电子系统等技术的飞速发展,新型无线网络应运而生,无线传感器网络就是其中之一。由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成的无线传感器网络(wirelesssensornetwork,WSN)具有无线通信、传感、数据采集和处理、协同合作等功能特点,能够广泛应用于人类生活的各个领域。本文提出将无线传感器网络应用在楼宇自控系统中,从而降低楼宇智能化的成本,更好的提高设备利用率。2.1传感器节点结构根据应

3、用场合的不同,传感器网络的节点结构略有不同,但是传感器节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。2.2传感器网络结构传感器网络系统通常包括传感器节点(sensornode)、汇聚节点(sinknode)和管理节点。无线传感器网络中,大量节点随机部署在监控区域(sensorfield),节点自组织成网络。传感器节点检测的数据逐跳地沿其他节点进行传输,最后汇聚到汇聚节点,通过互联网传输到远程中心。3无线传感器网络在智能建筑中的应用楼宇自控系统是建筑设备自动化控制系统的简称。通过实现建筑设备自动化控制,达到合理

4、利用设备,节省能源、节省人力,确保设备安全运行之目的。但是,现有的系统存在的问题也很多,例如无法满足用户自行维护设备的需要,无法降低系统组建的成本。智能建筑自控系统现有的工程应用都是基于有线系统的,通常由通讯线和多种类型的传感器组成的有线系统中,安装和维护这些线缆和传感器比传感器本身的成本要贵。可见,将无线传感器应用在楼宇自控系统中是非常有意义的。针对如上存在的问题,在目前所知的众多此类系统中,还没有一个良好的方案,都还只是处于初步应用的阶段。本论文借鉴以往众多系统的经验,在此基础上,提出一种新的适用于此类应用的基于WSN的Bacne

5、t模式楼宇自控系统技术方案,来解决此问题。3.1设计思想数据采集工作由无线传感器网络WSN完成,并将其传输到中央控制系统的数据预处理单元,然后根据不同的需要,将采集来的数据传给控制和监视单元,并通过用户可操作的管理平台(workstation),监视采集的数据,对系统实施控制,将控制指令发送到全局控制器,经过正确路由送到指定位置,控制对应的楼宇设备。3.2系统结构系统由四层组成。第一层是管理层,通过中央图形操作站,可以在任何地方、任何时间来监视和控制大楼内的设备。操作站界面以3D的实时动态仿真图形界面显示,便于用户操作。第二层是系统集

6、成层,向上通过Ethernet连接到操作站,向下连接现场控制器,同时提供网关,连接其他系统,如:消防,照明,门禁,酒店管理系统等。第三层是现场控制层,主要由DDC控制器组成,完全符合BACnet标准,连接在BACnetMS/TP网络。第四层是末端层,也叫传感器/执行器层,主要是由无线传感器网络和执行器组成,完成向DDC提供现场环境的测量和信号的采集、接收DDC发出的动作执行指令并实施。4结语综上所述,通过无线传感器网络实现对建筑物空调系统的自动控制,可以由现场的传感器进行精确的数据采集发至监控中心,状态参数可在屏幕上显示。空调系统自控

7、软件,可完成设备例行性时序操作,如节假日、周末及每日上下班定时启动、停止及顺序操作均由控制系统自动完成,可以减少人为的误操作。可实现节能运转,降低由人员多少、设备开关、外气冷热及时段特性而引起的负载不断变化,人工管理无法适应如此即时、繁琐的调整,而自动控制系统可自动完成,从而实现建筑的节能。此外,对于WSN的应用研究还处于初级阶段,许多亟需解决的问题期待人们的进一步关注。