CN107205047A - 一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统及方法，所述系统包括有包括ZigBee无线传感器网络及管理中心，所述管理中心通过PC机实现，且所述PC机中设有GIS系统，所述ZigBee无线传感器网络由是协调器、路由器以及终端设备组成。本发明针对小区、学校、家庭、楼宇等范围较小的局部区域进行能源管理，旨在改变过去能源使用的粗放型管理模式，提供无线化、网络化、智能化的能源综合监测分析平台，帮助用户清晰掌握能源使用情况，对能源进行合理规划、统筹调度，以达到提高能效、降低成本的目的。

Description

一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统及方法
技术领域
本发明属于智能监控的技术领域，特别涉及基于无线传感器网络和GIS的建筑能源监控系统及方法。
背景技术
节能减排的关键是节约能源，提高能效，减少污染。加强用能管理，发展智能电网和分布式能源，实施节能发电调度、合同能源管理、政府节能采购等行之有效的管理方式。能源成本的持续增涨，不仅使大型耗能企业更加注重能源管理，同时中小型企业以及学校、医院、小区等小型单位对能源管理的需求也不断增大。传统的能源管理系统布线复杂、成本高昂、组网困难、可扩展性差，无法满足小型区域日益增长的能源管理需求。
为此，人们对此提出改进，如专利申请201410709631.0公开了一种基于ZigBee无线传感器网络的能源监控方法和系统，包括：监控中心通过紫蜂ZigBee协调器，发送数据采集请求给ZigBee无线传感器网络中的各个能源监控装置；通过所述ZigBee协调器接收所述ZigBee无线传感器网络中各个能源监控装置返回的数据，所述数据由各个能源监控装置中的传感器获取；记录接收到的所述ZigBee无线传感器网络中各个能源监控装置返回的数据；依据能耗类型和时间，统计所述返回的数据，得出各种能源的使用情况。不仅能够实时准确的获取各种能源监控装置中的数据，还能通过监控中心分析从所述能源监控装置中获得的数据，从而能够得出各种能源的使用情况，实现能源使用过程中警戒线的预警和能源使用规划的目的。
然而，该方式仅仅能够利用ZigBee无线传感器采集数据，由此实现预警和能源规划，并不能满足人们对能源的使用进行预测的目的，而且，数据的采集受到无线传感器本身性能的影响，不稳定，容易产生误差，信息的利用率不高，难以实现人们能源管理的需要。
发明内容
针对上述食品安全和卫生问题，本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统及方法，该系统及方法针对小区、学校、家庭、楼宇等范围较小的局部区域进行能源管理，旨在改变过去能源使用的粗放型管理模式，提供无线化、网络化、智能化的能源综合监测分析管理中心，帮助用户清晰掌握能源使用情况，对能源进行合理规划、统筹调度，以达到提高能效、降低成本的目的。
本发明的另一个目的在于提出一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统及方法，该系统及方法采集数据准确可靠，利用效率高，且结合了GIS技术，直观反映不同地域能耗差异以及能耗资源空间分布情况，有利于提高能耗信息管理效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统，所述系统包括有包括ZigBee无线传感器网络及管理中心，其特征在于所述管理中心通过PC机实现，且所述PC机中设有GIS系统，所述ZigBee无线传感器网络由是协调器、路由器以及终端设备组成，它们的硬件都是ZigBee无线传输模块，不同的功能定义、通信过程控制以及设备外设的各项驱动均由软件来实现；协调器负责网络的构建，路由器对网络中数据进行转发；终端设备为采集节点，负责对能耗数据的采集，ZigBee无线传感器网络中的采集节点与智能仪表、传感器以及控制系统相连，通过各节点组建ZigBee无线传感器网络进行数据交互，ZigBee无线传感器网络中的协调器通过串口与PC机相连。
管理中心，即基于GIS的综合管理软件管理中心，将监控软件结合GIS技术，对建筑内的能源情况进行有效管理。每个传感器节点的位置信息都直接反应在综合管理软件的GIS系统上，用户可以在GIS上面下达采集命令以及控制命令，协调器收到命令后向采集节点下达能源采集命令，采集节点采集的数据经过协调器上传到管理中心。综合管理软件对采集数据进行分析、处理并存储到后台数据库。在积累大量历史数据的基础上，可以进行相对准确的能源供需预测，为制定能源管理和调度方案提供准确、可靠的决策依据。由于该系统结合了GIS技术，直观反映不同地域能耗差异以及能耗资源空间分布情况，并能给合理分配和调度能源提供完善的数据信息，有利于提高能耗信息管理效率。系统具有成本低廉、具有良好的人机交互界面、安全可靠、组网灵活、可扩展性好等特点，适用于各种小范围的能源管理领域。
ZigBee无线传感器网络由是协调器、路由器以及终端设备(采集节点)组成。它们的硬件都是ZigBee无线传输模块，不同的功能定义、通信过程控制以及设备外设的各项驱动均由软件来实现。协调器负责网络的构建，路由器对网络中数据进行转发，终端设备负责对能耗数据的采集。管理中心的监控软件结合GIS技术，对局域的能源情况进行有效管理。
终端设备采集模块与智能仪表、传感器以及控制系统相连，在ZigBee网络中充当终端节点，负责采集能耗数据，它的功能是接收上层发送的采集命令和控制命令，并做出响应，把采集的数据通过无线网络上传给协调器。在实际应用中，ZigBee模块功耗低，可使用电池供电。当设备处于空闲状态时，可设置为休眠状态，接收到上层命令后再将其唤醒，可进一步降低功耗。
进一步，所述协调器负责对整个网络的构建和网络节点的管理，通过RS232串口与PC机相连，实现网络与管理中心的数据交互。协调器以及路由器和终端设备组成区域建筑能源管理的通信网络，是整个系统的核心。
管理中心软件模块是系统的控制中心，能够实时监测能源的消耗情况。当接收到采集数据后对其进行分析、处理并存储到后台数据库。在积累大量历史数据的基础上，可以进行相对准确的能源供需预测，为制定能源管理和调度方案提供准确、可靠的决策依据，同时结合GIS技术，直观反映不同地域能耗差异以及能耗资源空间分布情况，有利于提高能耗信息管理效率。
ZigBee无线传感器网络硬件核心主要是TI公司生产的CC2430片上系统芯片，既要实现终端数据数据采集与传输，又要具备协调器与路由器的功能，其节点核心电路主要由8位MCU、LCD显示模块、无线射频模块、发射天线、电源模块、RS-232串行通信模块和USB接口电路组成，其中，LCD显示模块、RS-232串行通信模块、USB接口电路与无线射频模块分别连接于8位MCU。
本发明所实现的方法，通过采集节点采集数据，采集节点采集的数据经过协调器上传到管理中心，由管理中心对采集数据进行分析、处理并存储到后台数据库，且在分析处理过程中结合GIS地图进行分析处理。在积累大量历史数据的基础上，可以进行相对准确的能源供需预测，为制定能源管理和调度方案提供准确、可靠的决策依据。
进一步，用户可以通过GIS系统下达采集命令以及控制命令，协调器收到命令后向采集节点下达能源采集命令。
进一步，采集节点，以智能电表作为能耗信息计量终端，通过串口与网络中的终端节点相连，由于采集终端节点提供的接口是RS-232串口，计量终端的接口是RS-485串口，中间需通过RS-232转RS-485转换器实现信号转换。
采集节点为主站，电表为从站；通信链路的建立与解除均有主站发出命令帧来控制，每一命令帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据长度域、数据域、帧信息纵向校验码以及帧结束符7部分组成。
为获取智能电表的正向有功总电能，需要发送正确的采集命令帧。采集节点发送读取电能数据的命令帧之前，先发送4个0xFE字节唤醒接收方，之后发送读数据命令帧。读取正向有功总电能的命令帧的控制码为0x01，数据长度为0x02，数据域为0x43、0xC3，命令帧总长度为14个字节。
采集节点发送读取数据命令帧后，可立即通过串口获取返回的电量信息，其也遵循通讯信息帧的格式，返回的数据帧为18个字节，通过对数据帧进行解析即可获得8位十进制的正向有功总电能。
进一步，在Z-Stack 2006协议栈的hal_uart.c文件中，找到HalUARTOpen()函数，在函数中添加对1200bps波特率的支持，并把串口配置成一个起始位0、8位传输数据、偶校验、一个停止位1。修改配置主要是对串口相关寄存器的操作，包括U0BAUD、U0GCR和U0UCR寄存器，关完成串口配置后即可实现终端节点与计量终端的通信。
进一步，所述方法具有五个子模块：系统配置模块、信息处理模块、数据库存储查询模块、自动报警模块以及GIS查询显示模块，其中，
系统配置模块：实现对网络参数进行配置，包括串口配置以及采集命令帧配置。
信息处理模块：实现串口通信功能以及对采集的能耗数据进行分析、处理。
数据存库存存储、查询模块：利用SQL Server数据库有效管理采集能耗信息。
自动报警模块：实现异常现象或超出用户预设范围时自动报警。
GIS查询显示模块：移植GIS到基于zigbee与GIS的建筑能源综合管理系统软件，结合GIS的优势，对能耗信息进行查询、显示。
具体地说，信息处理模块负责对采集的数据进行处理，PC端的基于zigbee与GIS的建筑能源综合管理系统软件与物联网主要应用的协议——ZigBee协议网络的协调器相连，之间通过串口通信来完成采集数据交互。
其处理流程为：当串口接收到采集数据时，判断串口接收数据帧是否为有效数据帧。受传输噪声影响，当串口接收的不是有效数据帧时，直接丢弃该数据帧；反之，则对该数据帧进行解析，获取数据帧中的节点地址和电量值，并把该数据帧存入到历史数据库，在CListCtrl列表控件中显示数据帧信息，方便对其进行管理和查询。将获取的电量值与预设的报警电量进行比较，若超出预警电量，则将该数据帧存储到报警数据库中，自动产生响铃警报。软件设有两个数据库：一个是历史数据库，用于存储所有数据(包括报警数据与正常数据)；一个是报警数据库，只用于存储产生报警的数据。
本发明该系统及方法针对小区、学校、家庭、楼宇等范围较小的局部区域进行能源管理，旨在改变过去能源使用的粗放型管理模式，提供无线化、网络化、智能化的能源综合监测分析平台，帮助用户清晰掌握能源使用情况，对能源进行合理规划、统筹调度，以达到提高能效、降低成本的目的。
由此，本发明能直观地对建筑能源进行有效地管理，实现能源消耗的可视化，并能对耗能信息进行监控、查询、分析和处理，提供用户详细的能源使用报告。
附图说明
图1为本发明所实现的系统架构框图。
图2为本发明所实现的ZigBee无线传感器采集与传输节点硬件电路框图。
图3为本发明所实现的电源转换电路的电路图。
图4为本发明所实现的电池供电电路的电路图。
图5为本发明所实现的终端节点软件设计流程图。
图6为本发明所实施字节传输格式示意图。
图7为本发明所实施基于zigbee与GIS的建筑能源综合管理系统软件架构图。
图8为本发明所实施信息处理流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1所示，为本发明所实现的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统，所述系统包括有包括ZigBee无线传感器网络及管理中心，所述管理中心通过PC机实现，且所述PC机中设有GIS系统，所述ZigBee无线传感器网络由是协调器、路由器以及终端设备组成，它们的硬件都是ZigBee无线传输模块，不同的功能定义、通信过程控制以及设备外设的各项驱动均由软件来实现；协调器负责网络的构建，路由器对网络中数据进行转发；终端设备为采集节点，负责对能耗数据的采集，ZigBee无线传感器网络中的采集节点与智能仪表、传感器以及控制系统相连，通过各节点组建ZigBee无线传感器网络进行数据交互，ZigBee无线传感器网络中的协调器通过串口与PC机相连。
管理中心，即基于GIS的综合管理软件管理中心，将监控软件结合GIS技术，对建筑内的能源情况进行有效管理。每个传感器节点的位置信息都直接反应在综合管理软件的GIS系统上，用户可以在GIS上面下达采集命令以及控制命令，协调器收到命令后向采集节点下达能源采集命令，采集节点采集的数据经过协调器上传到管理中心。综合管理软件对采集数据进行分析、处理并存储到后台数据库。在积累大量历史数据的基础上，可以进行相对准确的能源供需预测，为制定能源管理和调度方案提供准确、可靠的决策依据。由于该系统结合了GIS技术，直观反映不同地域能耗差异以及能耗资源空间分布情况，并能给合理分配和调度能源提供完善的数据信息，有利于提高能耗信息管理效率。系统具有成本低廉、具有良好的人机交互界面、安全可靠、组网灵活、可扩展性好等特点，适用于各种小范围的能源管理领域。
ZigBee无线传感器网络由是协调器、路由器以及终端设备(采集节点)组成。它们的硬件都是ZigBee无线传输模块，不同的功能定义、通信过程控制以及设备外设的各项驱动均由软件来实现。协调器负责网络的构建，路由器对网络中数据进行转发，终端设备负责对能耗数据的采集。管理中心的监控软件结合GIS技术，对局域的能源情况进行有效管理。
终端设备采集模块与智能仪表、传感器以及控制系统相连，在ZigBee网络中充当终端节点，负责采集能耗数据，它的功能是接收上层发送的采集命令和控制命令，并做出响应，把采集的数据通过无线网络上传给协调器。在实际应用中，ZigBee模块功耗低，可使用电池供电。当设备处于空闲状态时，可设置为休眠状态，接收到上层命令后再将其唤醒，可进一步降低功耗。
进一步，所述协调器负责对整个网络的构建和网络节点的管理，通过RS-232串口与PC机相连，实现网络与管理中心的数据交互。协调器以及路由器和终端设备组成区域建筑能源管理的通信网络，是整个系统的核心。
管理中心软件模块是系统的控制中心，能够实时监测能源的消耗情况。当接收到采集数据后对其进行分析、处理并存储到后台数据库。在积累大量历史数据的基础上，可以进行相对准确的能源供需预测，为制定能源管理和调度方案提供准确、可靠的决策依据，同时结合GIS技术，直观反映不同地域能耗差异以及能耗资源空间分布情况，有利于提高能耗信息管理效率。
图2所示，为本发明所实现的ZigBee无线传感器网络终端硬件核心主要是TI公司生产的CC2430片上系统芯片。节点既要实现终端数据数据采集与传输，又要具备协调器与路由器的功能，其硬件电路框图如图2所示。节点核心电路主要由8位MCU、LCD显示模块、无线射频模块、发射天线、电源模块、RS-232串行通信模块和USB接口电路组成，其中，LCD显示模块、RS-232串行通信模块、USB接口电路与无线射频模块分别连接于8位MCU，8位MCU、USB接口电路与无线射频模块和发射天线的设计可参见CC2430的芯片手册，下面详细介绍其他电路构成。
电源模块负责对节点进行供电，节点支持5V电源和电池两种供电方式。若节点在网络中作协调器或路由器，为保证网络的稳定性和可靠性，可采用5V电源进行供电；若节点在网络中作为终端采集节点，为方便节点的安装、提高系统灵活性，可使用3节1.5V电池串联供电。由于CC2430芯片的工作电压为3.3V，因此需要将电源转换为稳定的3.3V工作电压。如图3所示，SW-SPDT是5V电源供电和电池供电的切换开关，输入电源经TPS79533电源转换芯片降压后转换为3.3V稳定工作电压。图4为电池连接电路。
本发明所实现的方法，通过采集节点采集数据，采集节点采集的数据经过协调器上传到管理中心，由管理中心对采集数据进行分析、处理并存储到后台数据库，且在分析处理过程中结合GIS地图进行分析处理。在积累大量历史数据的基础上，可以进行相对准确的能源供需预测，为制定能源管理和调度方案提供准确、可靠的决策依据。
用户可以通过GIS系统下达采集命令以及控制命令，协调器收到命令后向采集节点下达能源采集命令。
采集节点，以智能电表作为能耗信息计量终端，通过串口与网络中的终端节点相连，由于采集终端节点提供的接口是RS-232串口，计量终端的接口是RS-485串口，中间需通过RS-232转RS-485转换器实现信号转换。
采集节点为主站，电表为从站。通信链路的建立与解除均有主站发出命令帧来控制，每一命令帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据长度域、数据域、帧信息纵向校验码以及帧结束符7部分组成。
为获取智能电表的正向有功总电能，需要发送正确的采集命令帧。采集节点发送读取电能数据的命令帧之前，先发送4个0xFE字节唤醒接收方，之后发送读数据命令帧。读取正向有功总电能的命令帧的控制码为0x01，数据长度为0x02，数据域为0x43、0xC3，命令帧总长度为14个字节。
采集节点发送读取数据命令帧后，可立即通过串口获取返回的电量信息，其也遵循通讯信息帧的格式，返回的数据帧为18个字节，通过对数据帧进行解析即可获得8位十进制的正向有功总电能，整个通信过程的字节传输格式如图6所示。
由于计量终端的通讯接口波特率为1200bps，而Z-Stack 2006协议栈仅支持两种波特率：38400bps和115200bps，因此为了匹配两者的通讯，需要在Z-Stack2006协议栈中添加对1200bps波特率的支持。由于计量终端的通信过程中，每字节含8个二进制码，传输时在数据前面加上一个起始位0，在数据后面加上偶校验位和停止位1。D0是数据的最低有效位，D7是数据的最高有效位，先传低位，后传高位。因此也要在Z-Stack 2006协议栈中对串口的配置进行相应的修改。具体的修改方法为：在协议栈的hal_uart.c文件中，找到HalUARTOpen()函数，在函数中添加对1200bps波特率的支持，并把串口配置成一个起始位0、8位传输数据、偶校验、一个停止位1。修改配置主要是对串口相关寄存器的操作，包括U0BAUD、U0GCR和U0UCR寄存器，关完成串口配置后即可实现终端节点与计量终端的通信。
基于zigbee与GIS的建筑能源综合管理系统软件能直观地对建筑能源进行有效地管理，实现能源消耗的可视化，并能对耗能信息进行监控、查询、分析和处理，提供用户详细的能源使用报告。基于zigbee与GIS的建筑能源综合管理系统软件按功能可分为五个子模块：系统配置模块、信息处理模块、数据库存储查询模块、自动报警模块以及GIS查询显示模块，如图7所示。
其中，系统配置模块：实现对网络参数进行配置，包括串口配置以及采集命令帧配置。
信息处理模块：实现串口通信功能以及对采集的能耗数据进行分析、处理。
数据存库存存储、查询模块：利用SQL Server数据库有效管理采集能耗信息。
自动报警模块：实现异常现象或超出用户预设范围时自动报警。
GIS查询显示模块：移植GIS到基于zigbee与GIS的建筑能源综合管理系统软件，结合GIS的优势，对能耗信息进行查询、显示。
具体地说，信息处理模块负责对采集的数据进行处理，PC端的基于zigbee与GIS的建筑能源综合管理系统软件与物联网主要应用的协议——ZigBee协议网络的协调器相连，之间通过串口通信来完成采集数据交互。其处理流程如图8所示。
当串口接收到采集数据时，判断串口接收数据帧是否为有效数据帧。受传输噪声影响，当串口接收的不是有效数据帧时，直接丢弃该数据帧；反之，则对该数据帧进行解析，获取数据帧中的节点地址和电量值，并把该数据帧存入到历史数据库，在CListCtrl列表控件中显示数据帧信息，方便对其进行管理和查询。将获取的电量值与预设的报警电量进行比较，若超出预警电量，则将该数据帧存储到报警数据库中，自动产生响铃警报。软件设有两个数据库：一个是历史数据库，用于存储所有数据(包括报警数据与正常数据)；一个是报警数据库，只用于存储产生报警的数据。
本发明把GIS应用到区域建筑能源管理系统中，能使得用户对区域建筑能源实施更科学、合理的管理方案。本文提出的区域建筑能源管理系统，具有较强的通用性，能有效克服传统能源管理系统所存在的不足，并能很好地满足小型区域对能源管理的市场需求。
通过基于无线传感器网络和GIS的建筑能源综合管理能够强化管理水平和完善能源考核评价体系、减少能源消耗、提高能源利用率有利于提高能耗信息管理效率，提升经济发展质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统，所述系统包括有包括ZigBee无线传感器网络及管理中心，其特征在于所述管理中心通过PC机实现，且所述PC机中设有GIS系统，所述ZigBee无线传感器网络由是协调器、路由器以及终端设备组成，它们的硬件都是ZigBee无线传输模块，不同的功能定义、通信过程控制以及设备外设的各项驱动均由软件来实现；协调器负责网络的构建，路由器对网络中数据进行转发；终端设备为采集节点，负责对能耗数据的采集，ZigBee无线传感器网络中的采集节点与智能仪表、传感器以及控制系统相连，通过各节点组建ZigBee无线传感器网络进行数据交互，ZigBee无线传感器网络中的协调器通过串口与PC机相连。
2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统，其特征在于终端设备与智能仪表、传感器以及控制系统相连，在ZigBee网络中充当终端节点，负责采集能耗数据，它的功能是接收上层发送的采集命令和控制命令，并做出响应，把采集的数据通过无线网络上传给协调器；ZigBee模块功耗低，可使用电池供电，当设备处于空闲状态时，可设置为休眠状态，接收到上层命令后再将其唤醒，可进一步降低功耗。
3.如权利要求2所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统，其特征在于所述协调器负责对整个网络的构建和网络节点的管理，通过RS-232串口与PC机相连，实现网络与管理中心的数据交互。
4.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理系统，其特征在于ZigBee无线传感器网络硬件核心主要是TI公司生产的CC2430片上系统芯片，既要实现终端数据数据采集与传输，又要具备协调器与路由器的功能，其节点核心电路主要由8位MCU、LCD显示模块、无线射频模块、发射天线、电源模块、RS-232串行通信模块和USB接口电路组成，其中，LCD显示模块、RS-232串行通信模块、USB接口电路与无线射频模块分别连接于8位MCU。
5.一种基于无线传感器网络的建筑能源综合管理方法，其特征在于该发通过采集节点采集数据，采集节点采集的数据经过协调器上传到管理中心，由管理中心对采集数据进行分析、处理并存储到后台数据库，且在分析处理过程中结合GIS地图进行分析处理。
6.如权利要求5所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理方法，其特征在于用户可以通过GIS系统下达采集命令以及控制命令，协调器收到命令后向采集节点下达能源采集命令。
7.如权利要求5所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理方法，其特征在于采集节点，以智能电表作为能耗信息计量终端，通过串口与网络中的终端节点相连，由于采集终端节点提供的接口是RS-232串口，计量终端的接口是RS-485串口，中间需通过RS-232转RS-485转换器实现信号转换。
8.如权利要求7所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理方法，其特征在于采集节点为主站，电表为从站；通信链路的建立与解除均有主站发出命令帧来控制，每一命令帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据长度域、数据域、帧信息纵向校验码以及帧结束符7部分组成。
9.如权利要求8所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理方法，其特征在于采集节点发送读取电能数据的命令帧之前，先发送4个0xFE字节唤醒接收方，之后发送读数据命令帧。读取正向有功总电能的命令帧的控制码为0x01，数据长度为0x02，数据域为0x43、0xC3，命令帧总长度为14个字节；采集节点发送读取数据命令帧后，可立即通过串口获取返回的电量信息，其也遵循通讯信息帧的格式，返回的数据帧为18个字节，通过对数据帧进行解析即可获得8位十进制的正向有功总电能。
10.如权利要求9所述的基于无线传感器网络的建筑能源综合管理方法，其特征在于在Z-Stack 2006协议栈的hal_uart.c文件中，找到HalUARTOpen()函数，在函数中添加对1200bps波特率的支持，并把串口配置成一个起始位0、8位传输数据、偶校验、一个停止位1。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107610443A (zh) * 2017-10-30 2018-01-19 吉林建筑大学 一种具有无线采集数据功能的信息集成系统
CN107704574A (zh) * 2017-09-30 2018-02-16 深圳万城节能股份有限公司 建筑能源管理方法及系统
CN109389312A (zh) * 2018-10-16 2019-02-26 西安交通大学 一种适用于园区能源网络的合同能源管理系统
CN110415142A (zh) * 2019-08-05 2019-11-05 广东新虹大数据科技有限公司 一种能源管理系统架构

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201262704Y (zh) * 2008-08-25 2009-06-24 西安建筑科技大学 一种用于住宅节能的无线监控装置
CN102176149A (zh) * 2011-02-24 2011-09-07 浙江工业大学 基于无线传感器网络的智能楼宇能耗监测系统
CN102223408A (zh) * 2011-06-10 2011-10-19 太原市特普高电子科技有限公司 基于无线传感器网络的能耗实时监测及节能管理系统
CN202050545U (zh) * 2011-04-27 2011-11-23 浙江工业大学 基于无线传感技术的楼宇能耗监测分析系统
CN102789219A (zh) * 2012-07-27 2012-11-21 中国海洋大学 一种能源管理系统
CN103092158A (zh) * 2012-12-31 2013-05-08 深圳先进技术研究院 一种基于无线传感器网络的大型建筑能耗实时监控系统
CN104777798A (zh) * 2014-11-28 2015-07-15 武汉誉德合同能源管理有限公司 一种基于ZigBee的能源监控方法、装置和系统
CN105976134A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 暨南大学 基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201262704Y (zh) * 2008-08-25 2009-06-24 西安建筑科技大学 一种用于住宅节能的无线监控装置
CN102176149A (zh) * 2011-02-24 2011-09-07 浙江工业大学 基于无线传感器网络的智能楼宇能耗监测系统
CN202050545U (zh) * 2011-04-27 2011-11-23 浙江工业大学 基于无线传感技术的楼宇能耗监测分析系统
CN102223408A (zh) * 2011-06-10 2011-10-19 太原市特普高电子科技有限公司 基于无线传感器网络的能耗实时监测及节能管理系统
CN102789219A (zh) * 2012-07-27 2012-11-21 中国海洋大学 一种能源管理系统
CN103092158A (zh) * 2012-12-31 2013-05-08 深圳先进技术研究院 一种基于无线传感器网络的大型建筑能耗实时监控系统
CN104777798A (zh) * 2014-11-28 2015-07-15 武汉誉德合同能源管理有限公司 一种基于ZigBee的能源监控方法、装置和系统
CN105976134A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 暨南大学 基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统及方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107704574A (zh) * 2017-09-30 2018-02-16 深圳万城节能股份有限公司 建筑能源管理方法及系统
CN107610443A (zh) * 2017-10-30 2018-01-19 吉林建筑大学 一种具有无线采集数据功能的信息集成系统
CN109389312A (zh) * 2018-10-16 2019-02-26 西安交通大学 一种适用于园区能源网络的合同能源管理系统
CN110415142A (zh) * 2019-08-05 2019-11-05 广东新虹大数据科技有限公司 一种能源管理系统架构

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