分析 建设智能建筑从建筑能耗监测开始
于雪+韩乐乐+鲁艳慧
摘 要：目前常用的建筑能耗采集器多是上位机通过485或232总线直接连接分布在建筑内的仪器仪表，但这种采集方法存在一些缺陷。 首先大量部署485总线会带来较高的施工成本，同时影响美观。 另外当环境恶劣时，该方法布线复杂，或根本无法实现。 针对上述存在的问题，设计了一种基于GPRS传输模式的绿色智能建筑能耗采集系统。它利用SIM卡短信来设置通讯，网络的保密性好，可靠性高，可实现一点对一点，一点对多点等灵活的组网方式。 在无法布线的情况下能方便的实现数据无线远传，容易实现异地和远程监控。 子站GPRS模块可对室内水、电、暖等多种相关能耗数据进行监控，从而实现控制中心对智能建筑内的能耗数据进行有效的监控。
关键词：GPRS模块；绿色智能建筑；建筑能耗采集器；数据无线远传
中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0019-02
随着国家智慧城市建设的不断发展，对智能建筑低能耗的要求越来越高。在现实生活中，若能对建筑内的各种能耗数据进行有效监控和采集，将对智能建筑节能减排的工作提供巨大的帮助。近年来随着无线通信技术[1]的不断发展和进步，信息采集系统与通信网络相结合正在成为一种新的发展趋势。本设计将GPRS无线通讯技术[2-4]与绿色智能建筑能耗采集器相结合，组成无线能耗数据采集监控网络，实时对建筑能耗数据进行采集和处理。在当今的中国，随着国家对节能减排工作的重视，智能建筑能耗采集器具有良好的发展和应用前景。
1 总体方案选择与论证
系统总体设计方案，当仪器仪表接收到相关指令时，需要将采集的各种相关能耗数据利用RS485接口传给主控CPU，主控CPU通过RS232串口传递给子站GPRS。子站GPRS模块与主站GPRS模块的通信通过手机SIM卡的短信功能进行通信，主站GPRS模块将采集的能耗数据经由RS232总线传给上位机（PC）进行处理和存储。子站GPRS模块可对室内水、电、暖等多种相关能耗数据进行监控。
本设计中一个子站GPRS模块通过RS232与主控CPU相连，而主控CPU通过485总线与多个仪表通讯。主站GPRS模块通过SIM卡的短信设置可以与多个子站GPRS模块进行通讯，可同时控制多个采集点，进行数据采集。系统采用ATmegal6作为主控芯片性能可靠，成本较低，功耗低、性价比高。主控CPU采集到能耗数据后，通过子站GPRS模块转SIM卡进行数据传输，主站GPRS将接收到的数据传输到上位机，在计算机上对采集到的能耗数据进行分析和处理。
2 数据采集
数据通过AVR单片机进行采集，当主站GPRS发来命令时，通过GSM网络将信息传输给子站GPRS模块，子站GPRS模块通过232串口线将数据传输给主控CPU（ATMEGAL16），其接收命令后将信息通过485串口发送给智能电表进行数据采集。当数据采集完毕后，子站GPRS在通过短信的方式发给主站GPRS模块，最终通过232串口发给上位机。
数据采集主要包括电量采集和温度采集。电量采集模块采用智能电表模块，包括接收模块及通讯接口，能够实时的将电量数据采集，通过RS485串口传递给主控CPU。温度采集模块使用温度传感器DS18B20集成模块，其在內部把所测得温度信号转换为多位数字信号，传递给主控CPU。其测量温度范围为-55℃～125℃，利用单I2C总线协议，方便硬件的实现。DS18B20智能温度传感器，可以直接读出温度，并且可根据实际要求通过程序控制实现温度的显示。再具体实施中，我们利用AVR单片机上集成的DS18B20模块进行温度数据的采集。
3 GPRS模块通讯
短信模块G100简化了通信接口，性能稳定可靠，使用方便灵活。短信模块G100的通信接口可以通过RS232与硬件进行连接，便于操作。采用G100的短信无线数据传输功能构建采集系统时，控制中心只需计算机连接一个G100主模块即可。控制中心（PC机）可以利用串口将相关的控制密令传送给G100主模块，与G100分模块的通信，可以利用网络运营商的GSM网络进行通信。GSM是全球移动通信系统，G100分模块会将数据以短信的形式通过GSM网络发送到控制中心进行处理。当G100分模块接收到主模块的相关指令后，会将指令数据通过RS232串口发送到采集控制器进行数据采集。当有数据从采集器传送给G100分模块时，分模块利用GSM网络的短信的功能与主模块进行通信。GSM网络为用户提供了一个完全透明的数据传输通道，只要在GSM网络覆盖的地方，终端设备无需做任何改动即可搭建一个可靠、稳定的数据平台。
本设计中，子站GPRS模块可对多种能耗数据进行监控，一个主站GPRS模块又可与多个子站GPRS模块通讯。本设计采用GPRS模块MC39i，我们通过RS-232串口将其与ATMEGAL16相连，采用标准的命令对其进行控制，同时把采集的信息送到GPRS网络传输到控制中心。
4 GPRS与上位机连接
GPRS模块接口与计算机进行连接时，由于两者的电平不匹配，G100模块采用的是TTL电平（+5V相当于逻辑“1”，0V相当于逻辑“0”），而计算机的接口电平不是TTL电平，这就造成两者通信电平的不一致，需要进行电平转换。TTL-232转接板有两种供电的模式，一种直接采用片外电源的方式进行供电，一种是由G100模块上的电源进行供电，本设计采用了G100模块的VOUT输出5V电源进行供电。
5 测试平台
系统具体实现，在本设计中系统采用ATmegal6作为系统控制芯片。采集系统采集到电表和温度数据后，通过子站G100模块转SIM卡进行数据传输，主站G100接收数据，并通过串口将数据传输到上位机，进行数据的存储。上位机监控软件用VB程序编写，实现数据的接收分析存储与管理，以及针对分析结果实现对下位机的相应控制。本设计完成了整个数据采集、传输和存储的过程，能够实时的对电表和温度的数据进行监控。
在本次的平台搭建中，我们采用两个G100模块，模拟主站GPRS模块和子站GPRS模块，采集的数据包括电表数据和温度数据，主控芯片为ATmegal6。电表与AVR单片机之间利用RS485总线进行连接，利用AVR单片机上集成的DS18B20模块完成温度数据的采集。利用计算机作为控制中心，采用上位机程序对主站GPRS进行相关数据的发送。本设计建筑能耗采集器采用GPRS无线通讯，省去了布线的费用，由于不需要铺设有线线路，可有效缩短建设周期，符合当今智能建筑的发展方向。
6 总结与展望
本设计通过能耗采集器对室内水、电、暖等多种能耗数监控，通过GPRS模块SIM卡短信设置实现数据远程传输和监控，可以摆脱有线通信的制约，实现数据无线远传。采用无线接入的数据采集器，可方便地布署于各种场合，能够通过PC机对电量、温度等数据进行有效监控，实现了一套完整的系统，另外利用GSM网络短信进行通信，有效提升了自我防护功能。上位机对采集的能耗数据进行处理和存储，能够为以后进行数据分析提供原始数据。同时，硬件和软件方面具有良好的抗干扰设计，良好的完成了系统运作，能够有效的传输数据，实现了远程监控。绿色节能建筑是智能建筑发展的必然趋势，将会作为现代建筑甚至未来建筑的一个有机组成部分。本系统设计能够很好的应用到未来智能建筑的发展，适合于智能建筑的节能减排。
参考文献
[1]陈玲，蒋中秋，朱轶.无线传感器网络监测中远程数据传输的GPRS实现[J].煤田地质与勘探，2008，36（4）：70-72.
[2]范成军，杨德芳，吴杰，等.基于GPRS的电能表的设计与实现[J].仪表技术，2006，（6）：21-23.
[3]代小红，王光利.基于GPRS技术的设备远程监控系统[J].压电与声光，2008，30（6）：765-768.
[4]梁娟，王典洪，熊月华.基于GR64模块的通用GPRS数传单元设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2007，（2）：48-50.
