自物聯網概念提出以來，物聯網技術在能耗監測系統中得到了廣泛的應用。結合物聯網技術，提出了基于物聯網三層架構的智慧校園能耗監測系統，系統中感知層的電能采集終端從電氣設備中采集電能參數;傳輸層智能數據網關完成RS485總線協議與以太網協議的協議轉換，通過校園網絡上傳到網絡層;網絡層監控中心完成數據存儲、分析和處理，并為客戶端提供網絡服務。系統設計融入了工程和模塊化的設計理念。后臺完成設備建模方法，實現檢測設備的管理，通過組織建模完成設備組織關系的管理，滿足系統對設備多維化、精細化管理的需求。

一、系統架構設計

一個完整的電能監控系統可以實時監控和遠程發布電力系統中的參數。本文設計的監控系統主要分為三個層次:感知層、傳輸層和網絡層。感知層的電能采集終端的功能是采集和轉換原始電壓和電流信號到模擬信號，完成電能參數數據的采集，并通過RS485總線將數據上傳到智能網關。本設計的電能采集終端可提供多種電表，如三相四線電子有功電表、單相遠程費控智能電表、智能能源多功能電表等。系統中的一些功能是基于特定的儀表，如電流和電壓的趨勢分析，相應的儀表應具有采集的電流和電壓參數;功率趨勢分析還需要能夠提供功率變量的儀表。

傳輸層的功能是訪問和傳輸來自感知層的信息，并通過校園網絡傳輸到網絡層。智能數據網關通過RS485總線接收數據，完成RS485總線協議與以太網協議之間的轉換，對終端電表上傳的實時動態進行本地分析，并通過校園網絡將數據壓縮打包上傳到網絡層。根據系統策略，網關分為整點數據報告、異常數據報告和修復、網關離線處理等。同時，網關還可以實現短時間數據存儲。當網關與服務器斷開連接時，電表報告的數據將暫時存儲在網關中，當連接正常時，然后報告這些數據。

網絡層的監控中心由平臺服務器、數據庫服務器和客戶端組成。監控中心使用以太網通信協議接收智能數據網關收集的數據包，并將數據包存儲在數據庫服務器中。應用服務層選擇B/S開發架構，平臺服務器完成與智能數據網關的通信、數據收集、數據分析和數據保存，并為客戶端提供Web服務。數據庫服務器提供可靠的數據存儲和查詢任務。客戶端方便用戶完成網絡瀏覽。該系統支持計算機、平板電腦、智能手機等各種客戶端智能終端，供用戶隨時監控校園用電情況。同時，平臺服務器還可以存儲云數據，提供云服務，方便用戶遠程訪問。

二、系統功能模塊的構成

本設計的功能模塊分為三部分：數據收集和存儲芯片、前臺顯示模塊和后臺工程管理功能。后臺工程管理功能支持前臺顯示和管理整個電能計量監控系統。

1、數據采集和存儲芯片

數據采集模塊完成與智能數據網關的通信、數據采集、分析和保存，采用自動和手動采集，為通信過程提供完善的日志管理、事件管理和故障檢測機制。數據存儲芯片根據報告的數據進行分類和分項存儲。根據存儲策略，平臺服務器將數據存儲到當地數據庫服務器和遠程(云存儲)數據中心。客戶端將請求信息發送給平臺服務器，平臺服務器在與數據庫服務器交互后將處理結果返回給客戶端。

2、前臺顯示模塊

前臺顯示模塊設計為實時動態顯示、用電明細、用電統計、用電分析、電能定額管理、綜合信息管理六個模塊。

1)實時動態顯示

電能實時動態顯示在秒的基礎上實時同步監測儀表和參數。數據顯示選擇可縮放矢量圖形(SVG)技術設計表頭和24小時數據實時顯示。顯示效果更真實、更直觀。表頭模仿真實表頭、功能和液晶屏效果。表頭液晶屏功能輪顯示模式。多個數據可以上下顯示。根據參數的不同，24小時實時動態設計分為柱圖顯示、餅圖顯示和曲線圖顯示。

2)用電明細

建筑用電明細可提供每棟建筑及其房間的用電明細。用戶可根據條件查詢房間所屬部門、電表啟動示數、電表停止示數、用電度數、用電類型(特點)、表格地址(倍數)、通訊時間等明細信息，并根據需要導出查詢明細，導出格式為PDF、CVS等。部門能耗明細可提供各組織部門的用電明細。用戶可根據條件查詢部門所在房間、電表起始示數、電表停止示數、用電度數、用電類型(特點)、表格地址(倍數)、通訊時間等明細信息，并根據需要導出查詢明細，導出格式為PDF、CvS等。

3)用電統計

用電統計是為了讓用戶更好地了解能耗的使用，為節能提供良好的保障。從用戶的角度來看，系統分為建筑用電統計和部門用電統計兩種統計方法。建筑用電統計以設備物理的原始位置為統計方法。部門用電統計是根據后臺系統的用電特點和組織區分的統計方法，主要包括年度用電表、月度用電表、年度用電匯總、月度用電匯總等。

4)用電分析

在建筑能耗分析和部門用電分析中，通過圖文結合提供查詢分析，包括按建筑比較、按建筑日、按建筑月、按用電特性、按用電分項進行數據顯示，使數據顯示更加直觀。

5)電能定額管理

電能定額管理是通過配備定額信息對能源進行定額管理的過程。它包括三個部分：定額清單、定額使用明細和能耗結構分析。定額管理包括上一級部門信息、部門信息和定額信息，通過管理部門基本信息進行能源定額分配;定額分配明細是今年部門能源分配和使用的明細;能耗結構分析反映了各種能耗類型在總能耗中的分布比例。

6)綜合信息管理

系統對能耗的綜合管理包括綜合信息瀏覽和基本信息管理。綜合信息瀏覽顯示即時電表分布、今年部門電源排名等信息。基本信息管理顯示電源分項配置目錄、電表倍數查詢目錄等信息。

3、后臺工程管理功能

后臺工程管理是設備運行的關鍵和基礎。軟件通過設備模板建模和組織架構建模實現設備管理和組織架構管理。系統通過軟件建模實現公共接口，可為第三方提供接口、二次開發和對接服務。后臺工程管理功能分為設備模板、設備管理、組織架構和系統維護四個部分。

三、后臺工程管理模塊設計

從數據網關數據接收、數據整理、采集設備管理、設備模板配置、組織協調、系統用戶權限分配、系統維護等方面完成后臺工程管理。設備管理和組織協調的質量直接影響到前臺數據顯示的合理性和合理性，以及數據顯示的效果。設備管理和組織管理的核心是設備管理建模設計和組織管理模板建模設計。

1、設備模板

設備模板是設備管理的基礎，也是整個項目管理的重點。設備模板設計是否合理、全面，與整個系統的科學合理性有關。設備模板設計的核心是設備模板建模和設備變量的設計。

2、設備管理

設備管理是一種基于物理節點的樹結構樹，用于管理現實中的組織結構。例如，設備管理是現實學校的項目或管理者只需要根據實際項目建立目錄樹，添加相應的設備，并選擇相應的設備模板。

3、組織架構

組織結構中系統在系統中的投影，組織結構是實際組織結構(學校、部門、部門等)在系統中的投影。通過建立組織結構，不同的組織可以分配不同的權限，并管理相應的設備。

4、系統維護

系統維護選項用于維護系統。學校系統經理查看在線網關、在線設備等，觀察其運行信息，及時解決問題，及時處理;查看在線客戶，觀察用戶登錄狀態信息;查看在線設備和在線網關，判斷這些網關或設備的狀態，調整平臺上的數據庫信息，查看數據庫狀態。

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