0 引言

无所不在的物联网通信时代即未光降，物联网被专家及多个国度认为是继互联网海潮之后的又一次科技概绫屈。不管是IBM提出的聪明地球，照样温家宝总理在无锡提出的感知中国，都意味着物联网将是当下最热点最具竞争性的家当。传统的能源治理系同一般须要布设现场总线，然后将现场设备连接到一台电脑进行数据处理并向用户显示界面，当数据量较大年夜时可能须要零丁的数据处理办事器，而如不雅须要实现跨地区的长途治理，更是须要在互联网上架设一台专门的办事器，如许，不仅须要投入办事器等收集设备以及开辟响应的办事软件，体系的保护除现场级设备和总线链路外还须要IT部分的治理员协助保护办事器设备，避免办事器故障而造成损掉。是以，将物联网技巧惹人到长途能源治理体系中来，底层应用无线传感收集连接现场传感器及设备，上层应用互联网技巧办事，清除现场级布线的懊末路，可以清除收集硬件的投入及日常的IT保护，同时可以轻松实现基于WEB办事的长途治理。因为本文所述的能源治理体系采取安科瑞（Acrel）公司供给的平台及解决筹划，是以，在体系具体实现的设计均按照Acrel平台的请求，但这并不影响借鉴和参考此平台和解决筹划来评论辩论物联网的构架、问题，及前景。

1 什么是物联网
2.1 工作道理

1.1 物联网的定义

图3为ZigBee能源治理体系，长途通信收集采取工业以太收集，收集中电表的通信协定采取MODBUS-RTU协定。全部体系中监控主机经由过程以太网按照TCP/IP协定把MODBUS-RTU敕令数据传递给ZigBee收集中间节点，收集中间节点再经由过程单点对多点的通信模式，以广播的方法把敕令数据帧传递给ZigBee无线收集中的各个ZigBee采集器，经由过程ZigBee采集器传递给485总线上的各个表计，如不雅表计的地址与敕令帧中所涉及的地址吻合，则做出响应的数据答复，经由过程原路返回给监控主机。
今朝国内对物联网也还没有一个同一的标准定义，只是在大年夜体的技巧框架上做了一个概念性的表述：经由过程射频辨认（RFID）、传感器、全球定位体系、激光扫描器等信息传感设备，按商定的协定，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化辨认、定位、跟踪、监控和治理的一种收集。物联网就字面意义上懂得就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基本仍然是互联网，是在互联网基本上的延长和扩大的收集；第二，其用户端延长和扩大到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。大年夜物联网本质上看，物联网是现代信息技巧成长到必定阶段后出现的一种聚合性应用与技巧晋升，将各类感知技巧、现代收集技巧和人工智能与主动化技巧聚合与集成应用，使人与物聪明对话，创造一个聪明的世界。因为物联网技巧的成长几乎涉及到了信息技巧的方方面面，是一种聚合性、体系性的立异应用与成长，也是以才被称为是信息技巧的第三次概绫屈性立异。物联网的本质概括起来重要表如今三个方面：一是互联网特点，即对须要联网的物必定要可以或许实现互联互通的互联收集；二是辨认与通信特点，即纳入物联网的“物”必定要具备主动辨认与物物通信的功能；三是智能化特点，即收集体系应具有主动化、自我反馈与智能控制的特英国沃森点。

物联网技巧在此能源治理体系中取得了成功的应用，经由过程设定一些阈值及前提，电灯可按照亮度传感器的感知数据及夏令、冬令时光自行开关，实现了物物感知、智能控制的效不雅，而云技巧的应用实现了免IT基本举措措施的用户应用即时宣布，彻底清除了IT设备采购周期、IT保护等身分的影响。应用物联网技巧将使人们的生活加倍便捷、加倍智能化，物联网技巧将会越来越多的被应用，物联网应用也会大年夜今朝的局限于一个工厂、一栋麓竽暌诡的局域感知型物联网，向大年夜范围、浩瀚不合设备互联的广域感知型物联网成长。然则因为当前物联网技巧还没有相干同一的标准体系，且物联网本身的定义还存在争辩，是以，周全普及的大年夜范围广域物联网还有很多路要走。
物联网的构造重要由三大年夜块构成：

一、包含各类传感器、控制器等数据采集控制设备，及构成这些设备互联的底层传感收集构成的设备感知层。感知层中的智能终端、智能传感器、射频辨认，以及传感收集，构成了物联网的底层基本。

二、将底层传感器数据传输到互联网上的收集层。收集层应用各类接入技巧：如以太网、GPRS、3G、Wi-Fi，甚至卫星通信等，最终接入互联网。云技巧强大年夜的存储、萌芽、计算才能，也都归属在这一层。

三、根据客户自珊孟耋，应用感知数据或状况为用户供给有效的特定办事的应用层。应用层是对感知数据的一种特定情势的出现。


1.3 ZigBee技巧的特点

ZigBee协定基于IEEE 802.15.4标准，大年夜2004年宣布ZigBee V1．0到最新的增长了ZigBee-PRO扩大指令集的ZigBee2006版本，ZigBee功能赓续强大年夜。ZigBee具备强大年夜的设备联网功能(见图1)，它支撑3种重要的自组织无线收集类型，即星型构造(Star)、网状构造(Mesh)和树型构造(Cluster Tree)，特别是网状构造，具有很强的收集结实性和体系靠得住性。与今朝广泛应用的wi-Fi、Bluetooth等短距离无线通信技巧比拟较，ZigBee的特点重要有：


(2)低成本。经由过程大年夜幅简化协定(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的请求，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点须要32KB代码，子功能节点少至4 KB代码。

(3)低速度、短延时。ZigBee的最大年夜通信速度达到250 kb／s(工作在2.4GHz时)，知足低速度传输数据的应用需求。ZigBee的响应速度较快，一般大年夜睡眠转入工作状况只需15ms，节点连接进入收集只需30ms，进一步节俭了电能。比拟较，蓝牙需3～10S、Wi-Fi需3S。

(4)近距离，高容量。传输范围一般介于10～100 m，在增长RF发射功率后，亦可增长到1~3km。这指的是相邻节点间的距离，若经由过程路由和节点间通信的接力，扩大后达到几百米甚至几公里。ZigBee可采取星状、片状和网状收集构造。由一个主节点治理若干子节点，最多一个主节点可治理254个子节点。


(5)高靠得住性和高安然性。ZigBee的媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)采取CSMA/CA的碰撞避免机制，同时为须要固定带宽的通信营业预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。ZigBee还供给了3级安然模式，包含无安然设定、应用接人控制清单防止不法获取数据以及采取高等加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)的对称暗码，以灵活肯定其安然属性。

(6)免执照频段。采取直接序列扩频袈溱工业科学医疗(Industrial Scientific Medical，ISM)频段，分别为2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。

1.4 ZigBee的机能参数
(1)工作周期短、收发信息功耗较低，并且RFD(Reduced Function Device，简化功能器件)采取了休眠模式，不工作时都可以进入睡眠模式。

以Acrel公司ANEZB-485 ZigBee采集器和ANEZB-GTW ZigBee收集终端为例，其重要参数见表1.

2 能源治理体系的设计


能源治理体系重要实现对区域内用电设备的智能治理，采取基于Acrel公司解决筹划，感知层采取ZigBee无线通信技巧。因为ZigBee收集具有设备成本低、设备体积小、省电、收集自愈才能强等特点，异常合适广泛应用在智能家庭、工业控制、能源治理、医疗监控等物联网范畴。网关和收集电力仪表、智能开关构成一个ZigBee私域收集，实现互相之间的连接。网关可进行本地逻辑运算，实现本地智能。

2.2 体系构造
能源治理体系由现场采集履行器、本地数据处理、应用办事法度榜样等几个部分构成。其体系构造见图2。

(1)现场采集履行器：重要有ACR330ELH、ACR220EL卡表

(2)应用办事法度榜样：运行于Google云技巧办事平台，基于Google App Engine开辟的web应用法度榜样，具有权限的用户在任何可以接入互联网的处所，应用Web浏览器登录，即可查看该能源治理体系中的设备运行状况，以及能耗数捷报表等信息。

3 能源治理体系计量体系宜选电力仪表

建立能源治理体系应先建立计量体系。数据先于决定计划，节能始于计量。为了不反复投资，造成浪费，能源治理体系应与配电系同一体化，直接在配电体系中采集能耗数据。

电能计量宜采取电力仪表作为内部治理电表，不宜用收费电表。在电能治理中，供电部分一般会在总进线处安装收费电表。推敲内部电能计量与节能治理的须要，在用户安装收费电表的基本上安装电力仪表，用于内部电能治理。是以用户可自立选择采购，但应留意制造商是否有电力仪表（电能部分）的计量许可证。电力仪表可以完查对各回路、各功能区的分项电能数据的采集，经由过程后台电能治理体系完成电能分项计量。

4 ZigBee无线抄表解决筹划

全部体系可以监测全部厂区或整幢麓竽暌诡等的各个分项的电能计量，譬如一个厂区路灯耗电量、各个办公室的耗电量、各条临盆线的耗电量等等，还可以以报表的情势分析该工厂在一段不时光内的各个分项能耗┞芳总能耗的百分比，以便工厂懂得这段时光里的各个分项的能耗，以制订出往后能耗治理筹划，已达到节能减耗的效不雅。

安科瑞为临盆基地——江苏安科瑞电器制造有限公司设计的┞冯对临盆用电进行治理的电能治理分析体系，是基于ZigBee（物联网）无线收集的电能治理体系，全部体系的组网采取ZigBee与RS485混淆组网模式。

1.2 物联网的构成
全部厂区共设8个集中监测点，分别位于配电间、层配临盆动力柜、空调动力柜、排风机控制箱及位于配电末尾的几个照明控制箱。每个监测点各设置无线ZigBee采集器一龌棘经由过程RS485总线对位于该监测点的电能计量仪表进行通信组网；监控中间设置ZigBee收集终端一龌棘结合现场实际情况及推敲通信的靠得住性，于恰当地位设置数只ZigBee中继路由器。体系的组网示意如图4。

公司经由过程建立ZigBee（物联网）无线收集电能治理体系解决筹划的工厂试点工程，对ANEZB无线ZigBee通信模块的实际参数进行了验证。具体参数见表3。

表3 ANEZB系列ZigBee通信模块机能参数表

注1：以上表中数据是试点工程中的实测数据。在实际情况实施时，应视麓竽暌刮实际构造而定。
注2：无线旌旗灯号穿透才能，往往还会受到如房间堆放物品的数量，堆放物品的高度等影响。
4 停止语
基于ZigBee无线收集配电治理体系组网方法比较灵活，并且有效削减了布线工作量，解决了有线通信方法带来的布线难度大年夜、成本高和进级保护艰苦等问题。



参考文献：
[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2010.08版.
[2]张莉.ZigBee技巧在物联网中的应用[J].电信网技巧,2010年3月,第3期.
[3]宋谦，物联网技巧在能源治理体系中的应用.美国迪进上海代表处体系工程师.(end)