基于传感器网络的工业能耗实时监测与安全预警系统

送给附近的汇聚节点，交给汇聚节点进行统一分析。

3.1.2汇聚节点的结构框图与各模块功能分析

汇聚节点的系统结构框图如下：

图三

汇聚节点由能量供应模块、处理器模块、通信模块、报警模块组成。能量供应模块为其他各个模块供应能量；通信模块随时侦听空间中是否有来自传感器节点的信息，并将收到的信息发送给处理器模块，同时也将处理模块处理后的信息发送给管理节点；处理器模块负责该区域内所有信息的综合与处理，并将处理后的信息交给通信模块，如果有异常信息，则将相应信息传递给报警模块；报警模块在收到报警信息后，会发出警报声，提示是哪一台机器有温度超标的情况。

3.1.3管理节点的结构框图与各模块功能分析

管理节点的系统结构框图如下：

图四

管理节点由能量供应模块、处理器模块、通信模块组成。能量供应模块为其他各个模块供应能量；通信模块负责与汇聚节点进行通信，并将收到的信息发送给处理器模块，处理器模块负责工厂内所有信息的综合与处理，从而得到整个工厂内各生产设备的能耗与温度状况。

3.2 硬件平台选用及资源配置

选用EVK1100硬件平台，并引入霍尔传感器，报警设备，PC机等硬件来建设整个系统的硬件体系。

3.2.1传感器节点的硬件使用

EVK1100开发板实现温度测量、信息处理、信息显示、通信的功能，引入霍尔传感器实现电流、电压的测量。EVK1100开发板直接连接电源，提供持续供电，内置温度传感器测量温度，使用AT32UC3A0128的MCU负责信息的处理和指令的传送，使用4 x 20蓝色LCD屏来显示信息，并且通过USART与汇聚节点通信。霍尔传感器端则可以通过内置电池供电，以保持其比较小的体积，易于安放，同时与EVK1100开发板连接，将测得的信息及时传递给EVK1100开发板。

3.2.2汇聚节点的硬件使用

汇聚节点的能量供应模块与处理器模块由PC机实现，具有能量供应、信息处理和指令传送等功能；报警模块由报警装置实现，在接收到报警信号后，发出警报声。

而通信模块的两部分功能分别由不同硬件实现：一为与传感器节点的通信，可采用cc2420信号收发器实现这一层面的通信，二为与管理节点的通信，可直接由PC机通过更新整个工厂内部的数据库服务器的信息来实现，从而使得管理节点的PC机可以对相关的信息进行处理。

3.2.3管理节点的硬件使用

各个PC机配合或者由一个功能十分强大的PC机处理整个工厂内部的能耗和温度信息，并通过可视化软件显示。

3.3系统软件架构

3.3.1传感器节点的软件架构

传感器节点的软件架构图如下：

图五

由Linux内核作为引导，由多种硬件作为支持，实现设备通信和LCD显示功能，在实际开发过程中，还可能引入其他应用，因此留出其他应用的API接口。

3.3.2汇聚节点与管理节点的软件架构

汇聚节点与管理节点通过PC机实现，因此不再详细画出PC机实现的软件架构，而给出其汇聚节点与管理节点基于数据库服务器通信的架构图。

图六

管理节点和汇聚节点的差异在于，管理节点还需要一个能耗、温度的可视化软件，从而可以让管理者随时可以看到整个工厂内部的能耗和温度情况；汇聚节点还需要加入报警服务与通信服务，报警服务用于出现异常时报警，通信服务用于与传感器节点通信。（此处通信服务指与传感器节点的通信，由cc2420实现，与管理节点的通信由PC机通过数据库服务器实现。）

3.4 系统运行流程图

3.4.1传感器节点运行流程图

图七

3.4.2汇聚节点运行流程图

图八

3.4.3管理节点运行流程图

图九

3.4.4系统运行流程图分析

由以上三个流程图可以看出，上电后，各个模块分别开始工作，通过检测是否收到外部信号，以及是否有异常信息来决定流程图的流向。

3.5 系统预计实现结果

本方案将实现各个生产设备和配电盒的能耗和温度检测。通过对能耗历史数据的处理，使得能耗数据实现可视化，对于企业找到重大耗能设备，进一步加强节能减排工作有重要意义。同时，对设备温度的实时检测可以侦测流水线、配电装置是否工作异常，当发生异常现象是，通过及时报警，能够最大限度地降低异常状况带来的损失。由已有的历史数据也可以对于未来的能耗和温度变化趋势作出预测，从而能够提醒管理者何时温度可能出现异常，提醒其采取措施或者进行检修。

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