基于ZigBee技術的智能樓宇能源管理系統

【摘要】本文使用ZigBee技術作為物理層、網絡層設計標準，構建了無線傳感器網絡。利用ARM-Linux的系統平臺，設計了友好的交互式控制界面，在樓宇環境設立多種類型的傳感器節點和支持IPV6的接入網關，通過無線網關與移動設備的網絡節點，監控所有用電設備，建立了完善的智能樓宇能源管理系統。

【關鍵詞】傳感器網絡智能樓宇ZigBee

1概述

據統計，我國建筑能耗是世界上同緯度國家的3倍，占全國一次能源消耗總量的27.8%；其次，照明、空調及其他電器設備，占全國建筑總能耗的46%。在節能方面，智能樓宇目前在應用中最普遍的控制功能主要有兩大塊：一是照明，二是電器。在智能照明控制中，可以實現定時開關、隨意調節燈光的明暗度等功能，而且能設定不同的照明場景來滿足不同時間的照明需要；在電器的使用中，可以檢測使用情況，若暫時不使用就實現待機或者關機，若房間無人，則關閉空調和燈光。基于此類需求本文提出了基于ZigBee技術的智能樓宇能源管理系統。

圖1系統框圖

2技術方案設計

基于ZigBee技術的低碳型智能樓宇管理系統主要由大廈安防管理系統和能源管理系統組成。每個子系統以ZigBee無線網絡為基礎，通過主節點連接到物聯網樓層網關，各層網關再連接到外部網絡，達到智能遠程管理和節能的目的。節點類型有：主控系統節點、安防管理系統子節點、能源管理系統子節點。

其節點包括主節點和各個子系統的子節點，具體結構框圖如圖1：

2.1主控系統節點

主控系統節點以ARMS3C2440為控制核心，帶有觸摸屏、大容量內存、音頻接口及與互聯網的通訊網口，它利用RS-232接口與主節點的CC2430通訊，傳遞網絡中的各種信息，它具有兩個方向上的對外接口：向上與基于IPV6的以太網接口、向下與Zigbee無線網絡通訊的接口。系統結構圖如圖2所示：

主節點匯集各個子節點的信息，綜合處理，把從子節點采集的各種信息翻譯、傳送到網絡服務器；主節點把從外網得到的控制信息經過處理，發送到子節點執行，遠程控制大樓各個子節點。

2.2安防管理系統子節點

子節點以TI的CC2430低功耗芯片為控制核心，它是用于2.4GHz的IEEE802.15.4片上系統解決方案，結合多種多媒體傳感器，包括音頻采集、視頻監控、煙霧水火等傳感器、醫療急救和緊急報警開關等組成了全面的安防體系。本系統有以下特點：（1）完善的防盜系統，實現門、窗、陽臺等地方的監控和報警，力爭做到零誤報；（2）實現家中火災早期的監測和煤氣泄漏等突發事件的監測；（3）實現辦公室和家庭安全狀況遠程實時監測和查詢；（4）具有現場圖像抓拍功能，在設防狀態下，當紅外傳感器或者門磁觸發告警時，系統將啟動攝像頭對現場進行拍攝。系統結構圖如圖3：

系統開機后首先調用控制器進行初始化，然后讀取按鍵值，根據按鍵值判斷當前狀態，當主機處于設防狀態時，通過掃描CC2430模塊來查詢各個節點的情況，一旦發現有異常情況或者醫療求救，系統判斷為何種突發事件后，立即啟動報警裝置和攝像頭，并給預先設置好的手機號碼發送短信，并做相應的防護措施。系統軟件流程如4：

圖2主節點結構圖

圖3安防管理系統結構圖

圖4安防系統流程圖

2.3能源管理系統子節點

節能系統可以遠程監控大廈的用電情況，傳遞用電信息參數，可以根據外界亮度和有無人情況自動調節燈管的開關狀態或者亮度，實現廊燈白天自動熄滅，房間人來燈亮，人走燈滅的自動控制；可以根據房間的溫度和有無人情況自動調節空調的開關狀態或者溫度，實現人走自動關閉空調，其系統結構圖與安防的結構圖3.3類似。

總結

智能樓宇在無線通信與組網方面，采用Zigbee技術，具有特別重要和關鍵的意義，也將成為以后的發展方向。基于Zigbee技術的產品銷售額比兩年前翻了3倍，ZIGBEE技術在智能電網，智能家居等方面都取得了廣泛的應用。采用這一新型技術的應用，從根本上改變落后的手段和技術，不再一味的尋求簡單方便的安裝手段，而是從用戶的應用靈活性方面考慮，更多的人性化特點，更多的節能減排，讓物聯網行業產生從量變到質變的技術更新革命。