CN114035464A - 一种公共建筑能耗监控边缘网关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种公共建筑能耗监控边缘网关,包括智能微断、智能网关、边缘控制器、能耗云服务器;智能微断实现对负载电路的检测以及通断控制;智能网关对智能微断实现控制、数据采集及配置,通过蓝牙Mesh组网与边缘控制器数据交互;边缘控制器采用“树莓派‑FPGA”控制架构,边缘控制器与能耗云服务器采用KubeEdge实现边云协同;能耗云服务器包括能耗数据处理后端、能耗数据库系统以及前端能耗监控系统;前端能耗监控系统用于通过监控界面对建筑内能耗进行监控,能耗数据库系统进行逻辑判断以及数据处理。本发明中,能耗云服务器通过网络组态及数据库,能实现对智能网关智能微断的远程配置、数据采集以及能耗分析、能耗控制。
Description
技术领域
本发明属于建筑能耗监控技术领域,具体涉及一种公共建筑能耗监控边缘网关。
背景技术
随着社会高速发展,人们对生活质量的要求也随之提高,对各种能源的需求量也在持续上升。尤其是大型公共建筑,人员较为密集、流量大、用能设备较多,对环境要求较高,其单位建筑面积能耗相对于居住建筑单位面积能耗,要高出十倍多,其中有许多可以避免的能量损耗。因此,亟需一种降低公共建筑能耗的边缘控制器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种公共建筑能耗监控边缘网关,可以有效地对公共建筑能耗进行监控管理,降低公共建筑能耗,已解决背景技术中所提出的问题。
为解决上述技术问题,本发明的实施提供包括智能微断、智能网关、边缘控制器、能耗云服务器;其中,
所述智能微断实现对负载电路的检测以及通断控制;
所述智能网关对智能微断实现控制、数据采集及配置,通过蓝牙Mesh组网与边缘控制器数据交互;
所述边缘控制器采用“树莓派-FPGA”控制架构,实现降低通信时延,边缘控制器与能耗云服务器采用KubeEdge实现边云协同;
所述能耗云服务器包括能耗数据处理后端、能耗数据库系统以及前端能耗监控系统;所述前端能耗监控系统用于通过监控界面对建筑内能耗进行监控,所述能耗数据库系统采用Django搭建进行逻辑判断以及数据处理。
进一步的,所述智能微断在整个系统中,处于底层位置,安装在建筑内的各个房间之内,建筑内能耗设备通过所述智能微断接入电网,所述智能微断能够控制负载的通断,并且进行电压、电流、有功功率、无功功率及剩余电流等参数的测量,在发生安全事故或者电网负载波动较大时,及时对电路进行控制,有效降低经济损失;智能微断通过485总线连接至智能网关,接收智能网关的命令并将测量参数上传到智能网关。
进一步的,所述智能网关与边缘控制器通过蓝牙Mesh组网进行数据交互;Mesh组网采用网络拓扑结构,所述网络拓扑结构中多个节点之间互连且各节点之间多条路径相通,实现多台智能网关与边缘控制器的连接与组网,扩大蓝牙信号的传输范围,控制器与网关通过蓝牙Mesh进行数据的交互传输。
进一步的,所述智能网关用于对智能微断上传数据的整合处理以及对智能微断的下行配置;在数据的整合处理过程中,智能网关对能耗数据的分析和格式转换,通过蓝牙Mesh组网上传到边缘控制器;在下行配置过程中,智能网关对智能微断的动作电流大小、报警触发条件、数据传输速率进行配置。具体的,所述智能网关作为多个智能微断的控制器与集中器,采用485总线方式与各个智能微断相连,对智能微断下发读表指令进行数据采集,并对能耗数据进行解码与格式转化,整合之后,发送到边缘控制器进行进一步的数据处理;同时智能网关可以接收对智能微断的配置信息,并下发指令对智能微断进行基本配置,包括智能微断的动作电流大小、报警触发条件、数据传输速率等。
优选的,所述智能网关的下行配置方式包括本地配置和服务器配置;其中,本地配置设置为电脑通过AP连接智能网关,再通过专门的配置网页直接对智能网关进行配置,配置智能微断的相关参数;所述服务器配置设置为在能耗云服务器端应用平台上进行参数设置,当智能网关连接应用平台后进而请求北向配置,北向设置的步骤为:
第一步,智能网关设置请求;
第二步,服务器回复设置请求ACK;
第三步,服务器设置命令下发;
第四步,智能网关回复设置命令ACK;
第五步,服务器确认网关设置回复。
进一步的,所述边缘控制器采用“树莓派-FPGA”架构,并采用KubeEdge实现边云协同;“树莓派-FPGA”架构包括树莓派及FPGA;其中,树莓派设置为通过其蓝牙与智能网关实现Mesh组网获取数据,FPGA与树莓派数据交互,同时进行数据处理,以降低数据处理时延;所述KubeEdge为一个系统架构,将边缘控制器的数据与能耗云服务器进行数据和模型的协同,使得边缘控制器与能耗云服务器的数据及模型保持一致。所述边缘控制器用于对能耗数据的再次集中与运算处理;再次集中过程是利用树莓派的蓝牙功能与智能网关组成蓝牙Mesh网络获取数据,对各智能网关所采集的智能微断能耗数据集中到边缘控制器,由边缘控制器再次进行处理;运算处理过程是对所有的能耗数据,根据预先设置的处理方式,进行逻辑判断,向下给智能网关发送相应的控制信号,向上往云端发送处理完成的数据信息。
优选的,在能耗云服务器中,所述数据处理后端包括部署KubeEdge和能耗数据处理APP;所述数据处理后端的部署KubeEdge与边缘控制器的KubeEdge进行边云协同,以实现两侧数据和模型的同步;能耗数据处理APP采用Python进行设计,主要包括数据解析、数据库的操作、前后端交互以及数据分析。
具体的,所述数据处理后端包括部署的KubeEdge和能耗数据处理APP;所述数据处理后端的部署KubeEdge与边缘控制器的KubeEdge进行边云协同,以实现两侧数据和模型的同步;能耗数据处理APP采用Python进行设计,主要包括数据解析、数据库的操作、前后端交互以及数据分析。
所述能耗数据库系统采用Django搭建,包括基本逻辑判断以及处理方法,根据前端能耗监控系统发送的动作指示,判断产生相应的处理逻辑,以此能耗数据库系统中的数据进行增删改查操作;所述能耗数据库系统用来保存基本的设备信息、用户数据以及建筑能耗数据;其中,服务器前后端分离方式开发,数据传输通过第三方代理实现。
所述前端能耗监控系统采用Vue进行界面的设计,其界面包括系统的登录页面、配置页面和监控页面;其中,所述登录页面需要输入对应的账号信息进行登录;所述配置页面用于对底层智能微断实现基本的参数配置,包括智能微断的动作电流大小、报警触发条件、数据传输速率;根据实际需求,进行智能微断的参数整定,形成安全的电气设计;所述监控页面,通过前后端代理,调用后端数据库内相关数据,在监控界面显示建筑能耗的参数信息以及参数的变化趋势等等;在监控界面,可以更改在设计页面已设计完成的控件状态,实现对建筑内电路的通断控制,实现对公共建筑能耗数据的展示以及交互控制,其数据的前后端交互使用axios代理实现。。
优选的,所述登录页面存在着权限区分,包括普通账户和管理员账户;所述管理员账户可用于设定用户的账号、密码、权限,分配用户可以控制的微断,查看建筑能耗监控结果;所述普通账户可以进入配置页面进行权限范围内的微断配置、进入监控页面进行能耗监控。
本发明的上述技术方案的效果如下:本发明的一种公共建筑能耗监控边缘控制,包括智能微断、智能网关、边缘控制器、能耗云服务器;可以通过网页或者服务器,对新增的智能微断实现基本配置,前端监控界面可以实时观测到建筑内能耗数据的变化,实现对建筑能耗的实时监控,根据公共建筑内的实际情况,动态调整公共建筑内能耗使用情况,降低能耗使用,实现建筑节能。
附图说明
图1为本发明的一种公共建筑能耗监控边缘网关的整体框架示意图;
图2为本发明的一种公共建筑能耗监控边缘网关中微断配置流程示意图;
图3为本发明的一种公共建筑能耗监控边缘网关中云端组态环境的示意图。
附图标记说明:1、智能微断;2、智能网关;3、边缘控制器;4、蓝牙Mesh组网;5、能耗云服务器;6、前端能耗监控系统;7、能耗数据处理后端;8、KubeEdge;9、前后端代理;10、能耗数据库系统。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-图3所示,一种公共建筑能耗监控边缘网关,包括智能微断1、智能网关2、边缘控制器3、能耗云服务器5;所述智能微断1实现对负载电路的检测以及通断控制;所述智能网关2对智能微断1实现控制、数据采集及配置,通过蓝牙Mesh组网4与边缘控制器3数据交互;所述边缘控制器3使用“树莓派-FPGA”架构实现对数据的判断处理,并采用KubeEdge8实现边云协同;所述能耗云服务器5包括能耗数据处理后端7、能耗数据库系统10以及前端能耗监控系统6;所述前端能耗监控系统6用于通过监控界面对建筑内能耗进行监控,所述能耗数据库系统10采用Django搭建逻辑判断以及数据处理。本发明中,边缘控制器3其南向连接为智能网关2和智能微断1,北向连接为能耗云服务器5。边缘控制器3通过蓝牙Mesh组网4连接各房间能耗智能网关2,能耗智能网关2再通过485总线连接若干智能微断1,智能微断1的主要功能包括对负载电路进行参数检测及通断控制。
在进一步的实施例中,所述智能微断1实现对负载电路的检测以及通断控制,安装在建筑终端,实现对底层负载的控制效果;所述智能网关2通过485总线连接智能微断1下发指令实现控制、数据采集及配置,智能网关2通过蓝牙Mesh组网4与边缘控制器3进行数据交互。
在进一步的实施例中,智能网关2采用485总线方式与各个智能微断1相连,作为多个智能微断1的控制器与集中器,对智能微断1进行数据采集,并对能耗数据进行解码与格式转化,发送到边缘控制器3进行进一步的数据处理;同时智能网关2可以接收对智能微断1的配置信息,并下发指令对智能微断1进行基本配置,包括智能微断1的动作电流大小、报警触发条件、数据传输速率等。
在进一步的实施例中,所述边缘控制器3采用“树莓派-FPGA”架构,并在其内部部署KubeEdge 8,实现对建筑能耗数据的规整以及相应的逻辑处理、数据的边云协同。利用树莓派的蓝牙与智能网关2组成的Mesh网络获取数据,并与FPGA模块数据共享,使用此方式提高数据的处理速度,降低数据处理时延,对于现场的控制更加及时;此外边缘控制器3内部署的KubeEdge 8为一个系统架构,实现边缘控制器3侧数据与能耗云服务器5的数据及模型保持一致,即实现云端协同的效果。
在进一步的实施例中,所述能耗云服务器5中前后端数据交互通过第三方工具axios代理实现,前后端不同域名地址,无法直接共享数据,通过第三方代理,在代理中设置前后端与域名及接口,经请求拦截转发,实现数据的互通。
在进一步的实施例中,所述能耗数据库系统10用于存储建筑能耗数据信息,以及用户的账户名、密码等用户信息,智能微断1的基本参数信息。
在进一步的实施例中,所述能耗云服务器5的前端能耗监控系统6包括系统的登录页面、配置页面和能耗监控页面。
其中,所述登录页面存在着权限区分,包括普通账户和管理员账户;所述管理员账户可用于设定用户的账号、密码、权限,分配用户可以控制的微断,查看建筑能耗监控结果;所述普通账户可以进入配置页面进行权限范围内的微断配置、进入监控页面进行能耗监控。
所述配置界面用于对底层智能微断1实现基本的参数配置,包括微断的动作电流大小、数据传输速率等;根据实际需求,进行微断的参数整定,形成安全的电气设计。
所述监控界面,通前后端代理9,调用后端数据库内相关数据,在监控界面监控建筑能耗的实时参数以及变化趋势;在监控界面,可以调整设计页面已设计完成的控件状态,实现对建筑内电路的通断控制。
在进一步的实施例中,所述智能网关2下行配置包括本地配置和服务器配置,其中服务器配置为北向设置,是指在云端应用平台上设置;其具体步骤为:
第一步、网关发出设置请求,向服务器请求设置消息;
第二步、服务器回复网关请求,确定收到请求消息,准备进行配置;
第三步、服务器进行设置命令的整合下发;
第四步、智能网关2接收到配置信息,通过指令对智能微断1配置,配置完成发送验证到服务器;
第五步、服务器收到设置完成消息,确定配置过程完成;在服务器的整个配置过程中,服务器与网关之间不断的进行消息的确认,通过验证的及时回复确保设置过程的正确进行,提高系统设置的可靠性。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:包括智能微断、智能网关、边缘控制器、能耗云服务器;其中,
所述智能微断实现对负载电路的检测以及通断控制;
所述智能网关对智能微断实现控制、数据采集及配置,通过蓝牙Mesh组网与边缘控制器数据交互;
所述边缘控制器采用“树莓派-FPGA”控制架构,实现降低通信时延,边缘控制器与能耗云服务器采用KubeEdge实现边云协同;
所述能耗云服务器包括能耗数据处理后端、能耗数据库系统以及前端能耗监控系统;所述前端能耗监控系统用于通过监控界面对建筑内能耗进行监控,所述能耗数据库系统采用Django搭建进行逻辑判断以及数据处理。
2.根据权利要求1所述的一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:所述智能网关与边缘控制器通过蓝牙Mesh组网进行数据交互;Mesh组网采用网络拓扑结构,所述网络拓扑结构中多个节点之间互连且各节点之间多条路径相通。
3.根据权利要求1所述的一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:所述智能微断能够控制负载的通断以及测量基本电量参数,所述基本电量参数包括电压、电流、有功功率、无功功率及剩余电流;所述智能微断通过485总线连接至智能网关,所述智能微断接收智能网关的命令并将测量参数上传到智能网关。
4.根据权利要求1所述的一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:所述智能网关用于对智能微断上传数据的整合处理以及对智能微断的下行配置;在数据的整合处理过程中,智能网关对能耗数据的分析和格式转换,通过蓝牙Mesh组网上传到边缘控制器;在下行配置过程中,智能网关对智能微断的动作电流大小、报警触发条件、数据传输速率进行配置。
5.根据权利要求4所述的一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:所述智能网关的下行配置方式包括本地配置和服务器配置;其中,本地配置设置为电脑通过AP连接智能网关,再通过专门的配置网页直接对智能网关进行配置,配置智能微断的相关参数;所述服务器配置设置为在能耗云服务器端应用平台上进行参数设置,当智能网关连接应用平台后进而请求北向配置,北向设置的步骤为:
第一步,智能网关设置请求;
第二步,服务器回复设置请求ACK;
第三步,服务器设置命令下发;
第四步,智能网关回复设置命令ACK;
第五步,服务器确认网关设置回复。
6.根据权利要求1所述的一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:所述边缘控制器采用“树莓派-FPGA”架构,并采用KubeEdge实现边云协同;“树莓派-FPGA”架构包括树莓派及FPGA;其中,树莓派设置为通过其蓝牙与智能网关实现Mesh组网获取数据,FPGA与树莓派数据交互,同时进行数据处理,以降低数据处理时延;所述KubeEdge为一个系统架构,将边缘控制器的数据与能耗云服务器进行数据和模型的协同,使得边缘控制器与能耗云服务器的数据及模型保持一致。
7.根据权利要求1所述的一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:所述前端能耗监控系统采用Vue进行界面的设计,其界面包括登录界面、配置界面以及能耗数据监控界面;其中,所述配置界面用于对智能微断的参数配置;所述能耗数据监控界面实现对公共建筑能耗数据的展示以及交互控制,其数据的前后端交互使用axios代理实现。
8.根据权利要求7一种公共建筑能耗监控边缘网关,其特征在于:在能耗云服务器中,所述数据处理后端包括部署KubeEdge和能耗数据处理APP;所述数据处理后端的部署KubeEdge与边缘控制器的KubeEdge进行边云协同,以实现两侧数据和模型的同步;能耗数据处理APP采用Python进行设计,主要包括数据解析、数据库的操作、前后端交互以及数据分析。
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