ARM核心板在建筑物能耗管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
系統(tǒng)背景
改革開(kāi)放三十年來(lái)，我國(guó)的生產(chǎn)力水平得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，帶來(lái)了人口城鎮(zhèn)化水平的飛速提高，我國(guó)的GDP的高速增長(zhǎng)，使得國(guó)內(nèi)大中型城市的高樓大廈鱗次櫛比。建筑物的不斷長(zhǎng)高和長(zhǎng)大，必然帶來(lái)能耗的提高。因此，節(jié)能建筑成了建筑行業(yè)的首要議題。最近十年來(lái)，伴隨著電子技術(shù)的革命性進(jìn)步和軟件技術(shù)的不斷完善，產(chǎn)生了通過(guò)各種不同的電子裝置，結(jié)合軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控建筑物的能耗，成為了建筑物能耗管理的必要手段。
1. 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
建筑物能耗管理方案之數(shù)據(jù)采集層
● 由水、電、氣等各種能源計(jì)量監(jiān)測(cè)裝置組成，例如電能質(zhì)量表、電能表、水表、煤氣表、冷量表、熱量表、空調(diào)控制器、照明控制器等
● 數(shù)據(jù)采集層內(nèi)的各種監(jiān)測(cè)裝置必須具備通信功能，最常見(jiàn)的是RS485接口
● 數(shù)據(jù)采集層內(nèi)的裝置將監(jiān)測(cè)到的各種數(shù)據(jù)通過(guò)RS485接口，傳輸?shù)酵ㄐ殴芾頇C(jī)(或稱為串口服務(wù)器)，通過(guò)通信管理機(jī)上的端口連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器和管理軟件
建筑物能耗管理方案之網(wǎng)絡(luò)通信層
● 網(wǎng)絡(luò)通信層決定數(shù)據(jù)采集層采集的數(shù)據(jù)通過(guò)何種方式傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)器
● 根據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信層投資的多少，可以采用光纖通信、4G/GPRS無(wú)線通信、RJ45接口通信等多種方式組成以太網(wǎng)
● 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)常常采用身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密等方式保證數(shù)據(jù)的安全傳輸
建筑物能耗管理方案之系統(tǒng)管理層
● 以應(yīng)用軟件為核心，包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、Web服務(wù)器等，將通過(guò)數(shù)據(jù)采集層采集到的，又通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信層存儲(chǔ)在服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，監(jiān)控，并由打印機(jī)輸出成報(bào)表，或通過(guò)屏幕墻將某些數(shù)據(jù)公示
● 當(dāng)某些數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，再由數(shù)據(jù)采集層的儀表上的輸出繼電器信號(hào)，控制相應(yīng)回路或閥門(mén)的開(kāi)閉
● 可以通過(guò)外網(wǎng)，對(duì)手機(jī)或郵箱發(fā)送短信或郵件
建筑物能耗管理系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖
2. 系統(tǒng)功能
通過(guò)監(jiān)測(cè)，取得各種真實(shí)的數(shù)據(jù)
● 分類能耗：水、電、煤、氣、熱量、冷量
● 分項(xiàng)能耗：空調(diào)、照明、動(dòng)力、特殊用電
● 分時(shí)能耗：白天、黑夜
● 建筑能耗：不同的樓
● 部門(mén)能耗：不同的部門(mén)
● 設(shè)備能耗：重點(diǎn)設(shè)備
建筑物能耗管理系統(tǒng)方案之分析
借助軟件，對(duì)采集到的真實(shí)數(shù)據(jù)的分析，了解整個(gè)建筑物能耗的狀態(tài)以及各個(gè)部門(mén)、各棟建筑和各個(gè)不同時(shí)間段能耗的差異。
● 能耗排名
● 能耗報(bào)表
● 能耗曲線
建筑物能耗管理系統(tǒng)之管理
了解了建筑物內(nèi)能耗詳情后，制定相應(yīng)的規(guī)章制度，人為干預(yù)高耗能的部門(mén)，以減少能源浪費(fèi)。
● 設(shè)定能耗定額
● 接近能耗定額時(shí)，通過(guò)短信告警
● 能耗公示，每月公布能耗高的部門(mén)
建筑物能耗管理系統(tǒng)方案之控制
對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行必要的開(kāi)閉自動(dòng)化控制，以降低能耗。也可以通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)視，制定科學(xué)的節(jié)能改造方案。
● 照明定時(shí)開(kāi)關(guān)
● 空調(diào)溫度控制
● 節(jié)能改造
節(jié)能改造完成后，可以通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證節(jié)能改造的真實(shí)效果
建筑物能耗管理系統(tǒng)方案之數(shù)據(jù)采集器
整個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集器占據(jù)著非常重要的位置，也是開(kāi)發(fā)工作的難點(diǎn)，由嵌入式硬件、Linux系統(tǒng)、應(yīng)用程序三部分組成。
其硬件組成框架如下：
如果對(duì)嵌入式硬件、Linux系統(tǒng)、應(yīng)用程序完全進(jìn)行開(kāi)發(fā)，研發(fā)投入和穩(wěn)定性驗(yàn)證周期都比較長(zhǎng)。采用成熟穩(wěn)定的嵌入式核心板可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，提高穩(wěn)定性。這種方式的好處在于，將復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)集成到了iMX6UL核心板上，并且飛凌已經(jīng)移植好了Linux系統(tǒng)，我們只需要按照項(xiàng)目需求設(shè)計(jì)一個(gè)雙層的接口底板即可，相比之前可以將硬件加系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期由半年縮短至一個(gè)半月。
3. iMX6UL工業(yè)級(jí)核心板
FETMX6UL-C是一款基于NXP公司ARM Cortex-A7架構(gòu)iMX6Ul低功耗處理器設(shè)計(jì)的核心板，運(yùn)行主頻528MHz，核心板采用兩組優(yōu)質(zhì)80PIN板對(duì)板連接器設(shè)計(jì)，獨(dú)特的電源管理架構(gòu)相比ARM9系列核心板功耗更低。核心板功能接口資源豐富，最大支持8路UART、2路以太網(wǎng)、2路CAN等工業(yè)總線接口。嚴(yán)酷的溫度等級(jí)測(cè)試確保核心板在-40℃~+85℃環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。
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