【基于物联网数据库的校园电能管理系统设计与实现】物联网无线管理系统

　　摘 要：随着节约型数字化校园建设的深入，本文提出了基于物联网数据库的校园电能管理系统，该系统是一种以智能终端（如平板电脑、智能手机）为采集工具，采集模块通过无线3G或者WIFI网络汇总校园电能数据，动态实时显示，监控校园用电情况的系统平台。通过Web服务接口接收电量信息，采用ASP.NET进行后台系统管理。解决高校用电资源管理的信息化、网络化，提升了高校后勤信息化服务水平，从而有效地防止浪费，推进低碳校园建设。
　　关键词：物联网数据库；智能终端；电能计量；数字化管理
　　中图分类号：TP311.52 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)01-0034-03
　　
　　一、引言
　　自从高校后勤社会化改革以来，许多高校对学生公寓的用电管理都取得了共识，纷纷加装计量设备、引进系统产品，实现用电收费和安全管理，取得了很好的成效。但是，对办公教学等部门的用电管理却被忽略了，这恰恰是许多高校节电工作没有收到实际效益的根本所在。因此加强依法计量，加强能耗检测，加强制度、监督职能的建设是做好高校节电工作的基础。
　　因此，高校节能工作中应当全面引入市场经济的机制，彻底改变过去“用多用少一个样，用多用少全由学校支付”的做法。具体就是对学校所属各部门均安装计量设备，对办公教学单位、行政管理部门等不同的用电单位确定不同的免费用电指标，超出指标的，由相关责任人或部门支付。
　　为了提升了高校后勤信息化服务水平，防止浪费，推进低碳校园建设，从校园用电管理入手，开发基于物联网数据库的校园电能管理系统（Campus Electric Energy Manager System，简称CEEMS）。
　　所谓物联网数据库，就是指在原有关系型数据库或者实时数据库的基础上，通过物联网技术采集工业现场数据，直接将其添加到数据库中，然后又提供了相关的接口，可以方便地为物联网工业控制环境所使用的一种数据库技术集成。
　　CEEMS系统实现目标是电量采集人员通过智能终端进行手工抄表或者自动抄表，把采集到的数据保存到远程物联网数据库中，后勤管理人员可以进行用电管理和用电查询，实时掌握学校的电能使用情况，并根据实际需要进行调配。系统的应用将推动后勤管理信息化，进一步促进后勤工作效率向更高的层次发展。
　　二、系统设计
　　校园电能管理系统主要由三部分组成：电能信息采集模块、后台的用电管理模块和前台的用电查询模块。系统的功能模块如图1所示。
　　电能信息查询模块，由两部分组成，分别为实时监控模块和历史查询模块。
　　实时监控查询模块根据用户输入的楼号、房间号或表号显示查询位置当前的用电情况，包括：各个设备的当月用电量和上月用电量等，历史情况查询模块根据用户输入的房间号显示该房间内各个电器一个周期内的用电统计曲线报表。
　　电能管理功能由用电管理模块实现，由五部分组成，分别为用户权限管理模块、抄表记录管理模块、用电额度控制模块、数据维护模块、绩效考核模块。
　　电能信息采集模块由“手持终端抄表”和“宿舍电量自动采集系统”组成。管理人员通过手持终端到指定的宿舍进行抄表操作，然后报送用电数据到中心数据库；宿舍电量自动采集系统是定时发送宿舍的用电信息到中心数据库，整个过程自动完成。
　　本系统的系统结构如图2所示，校园电能管理系统接收来自行政区域和宿舍区域的电量信息。行政区域利用手持终端手抄录入电量信息，通过Web服务上传电量信息到CEEMS系统；宿舍区域整合已有的第三方电能管理系统，通过Windows服务程序定时把数据同步到CEEMS系统。CEEMS系统包含了行政区和宿舍区电量使用情况的数据，对校园电量进行统一管理。
　　校园电能管理系统界面如图3所示。
　　三、系统实现与关键技术
　　1.Windows Mobile开发框架应用
　　Windows Mobile是微软为智能移动终端设备使用的操作系统，Windows Mobile将用户熟悉的桌面Windows体验扩展到了移动设备上。基于Windows Mobile操作系统的智能终端设备分为两个大类Pocket PC和Smartphone。其中Smartphone从外观设计、使用习惯等方面来看，更像一部电话，同时具备一定的数据管理和处理能力。而Pocket PC的设计使它更像一部个人电脑，有非常强大的数据管理和处理能力，而现在有部分Pocket PC也加入了电话功能，使其成为新的Pocket PC phone。针对不同的硬件设备需求，微软的Windows Mobile操作系统也可以细分为：Windows Mobile for Smartphone，Windows Mobile for Pocket PC和Windows Mobile for Pocket PC phone。本系统采用Windows Mobile for Pocket PC进行电量采集，采集工作人员可以很容易地把电量信息采集到系统中。
　　Windows Mobile项目开发一般过程包括：
　　（1）安装Visual Studio 2008；
　　（2）安装Windows Mobile 6.5 SDK开发包和Windows Mobile 6.5.3 Professional Images；
　　（3）安装SQL Server CE数据库；
　　（4）安装同步软件ActiveSync，实现开发机与WINCE智能终端数据同步；
　　（5）创建项目文件；
　　（6）根据需求实现Windows Mobile界面；
　　（7）编写Windows Mobile逻辑实现代码并把处理的数据保存到SQL Server CE数据库；
　　（8）调用Web服务接口，上传数据到CEEMS系统；
　　（9）模拟器测试；
　　（10）部署项目到WINCE智能终端，测试使用。
　　本系统中采用SQL Server 2005作为物联网信息采集中心数据库，Microsoft SQL Server Compact 3.5作为手机上的客户端数据库。Microsoft SQL Server Compact 3.5(简称SQLCE数据库)是客户端应用程序的本地数据库，通过SQLCE数据库和SQL Server数据库互相传递数据。
　　CEEMS系统通过智能终端可以进行校园行政区手抄式电量信息采集，如图4所示。
　　2.物联网数据库的实现
　　物联网数据库是作为物联网应用的重要组成部分，物联网数据库由数据库本身、数据采集和接口三部分组成。物联网数据库框架如图5所示。
　　物联网数据库是建立于关系数据库和实时数据库基础之上的。关系型数据库是建立在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据，目前主流的关系数据库有Oracle、SQL Server、access、DB2、Sybase等；实时数据库是数据库技术结合实时处理技术产生的，实时数据库的一个重要特性就是实时性，包括数据实时性和事务实时性，目前主流的实时数据库产品有Wonderware公司的Industrial SQL，OSIsoft公司的PI，AspenTech公司的 IP21。
　　物理网数据库中的数据采集部分主要方式包括：串口数据采集、有线网络数据采集、无线传感网数据采集，以及RFID数据采集等，这些数据采集可以通过开发相应的中间件来完成。
　　物联网数据库为了具有良好的扩展性能，还包含一定的应用程序接口，常见的实现方法可以是Web服务、FTP文件传输或者MQ消息队列接口，用于外部应用程序通过这些接口进行数据访问。
　　3.CEEMS应用系统数据传输服务
　　CEEMS应用系统通过与第三方电能管理系统对接。采集到宿舍区电量信息到CEEMS数据库中，数据传输采用Windows服务完成。教学行政区电能信息采集利用智能终端手工抄录电量通过Web服务上传数据到CEEMS库中。实现这一功能的流程如图6所示。
　　四、结束语
　　校园电能数字化管理系统的建设是基于高校用电现状和管理需求而量身订制的，它不仅适用于办公教学楼的用电指标管理，学生公寓的用电收费和安全管理，还适用于学校二级电表的抄收和数据分析管理，校内商业用户电表的抄收和收费管理等，及时、准确地将全校的电表使用数据反映在手机上，使高校后勤用电管理部门享受信息化社会与知识经济时代所带来的益处，符合当前用电紧张，提倡节能、节电，建设低碳校园的趋势。
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　　（编辑：杨馥红）