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摘要：随着人们生活水平的提高，对建筑内电气设备的安全性要求也越来越高。但是，现有建筑电气设备存在着信息获取困难、维修困难等问题，对电气设备状态监测和管理工作带来了巨大的挑战。本文提出了一种基于 ZigBee无线传感器网络的建筑电气设备状态自动监测系统，将采集到的现场数据通过 ZigBee无线通信方式传送到监控中心，再利用计算机对现场数据进行分析，实现了对建筑内电气设备的监控与管理。该系统结构简单、成本低、灵活性好、便于安装与维护、具有很强的实用性。关键词： ZigBee；建筑电气；设备状态监测；监控中心
引言：针对传统建筑电气设备管理存在的问题，提出了一种基于无线传感网络的建筑电气设备自动监测系统，并给出了该系统的软硬件设计、结构组成以及软件流程。该系统可用于监控建筑内各种电气设备运行状态，实现对电气设备进行远程管理，有助于提高建筑安全性和自动化水平。
1.系统的总体结构
该系统由硬件和软件两部分组成，包括 Zigbee终端节点和 Zigbee网关两部分。硬件包括以Tiny6410为核心的数据采集模块，以及电源管理、温度采集、烟雾检测、时钟显示和 Zigbee射频通信模块等。软件部分采用基于 Zigbee无线传输协议的嵌入式编程软件 Zigbee Standard，通过该软件对采集数据进行存储、分析以及定时发送。通过上位机软件对采集的数据进行显示和远程管理，并可利用传感器实现自动控制，如：自动启停风机、继电器和其它设备等。此外，该系统还具有自我保护功能，包括：断网处理、超低功耗管理和错误处理。该系统在传统监测基础上增加了无线传感网络技术，利用 Zigbee无线组网技术实现了对电气设备的实时监测。由于采用了无线通信方式，简化了通信线路，降低了传输的数据量；通过对采集到的信号进行分析处理和综合判断，为电气设备的管理和运行维护提供决策支持。系统可以在建筑内多个地方进行部署，不受线缆、机房等地点的限制；设备之间不需要布线，可以节省大量投资和施工时间。同时，由 ZigBee无线传感器网络采集现场的实时数据，并将数据通过 ZigBee无线通信方式传输到监控中心，由监控中心利用计算机对现场数据进行分析，从而实现对电气设备的自动监测和管理。该系统主要由以下几部分组成：（1）现场 ZigBee无线传感器节点；（2）无线通信模块；（3）监控中心；（4）计算机网络通信；（5）建筑电气设备状态监测和管理软件。本系统采用CC243
0作为 ZigBee无线通信芯片，用来组建无线传感网络，然后通过 ZigBee无线通信模块与远程监控中心进行信息交互，实现对电气设备的实时监控，最后将所采集的数据存储到数据库中，供管理人员进行查询和分析。掏耳器
2.传感器网络的设计
建筑内的电气设备种类繁多，分布零散，因此在设计系统时，主要采用无线传感网络技术，将各电气设备的状态信息通过无线传感器网络传递给监控中心，实现对电气设备的远程监控。在建筑内建立传感器网络主要由以下几个部分组成：
（1）建筑内所有电气设备的节点。如：插座、开关、断路器等，它们负责采集现场电气设备的状态信息。
（2）信息传输终端。它的作用是将来自传感器网络的采集数据通过 ZigBee无线通信技术传输到监控中心。
（3）监控中心节点。它是整个系统中最为关键的一个部分，它通过 ZigBee无线通信技术实现与传感器网络之间的信息交互。
(4)数据处理单元。它能够接收来自各个传感器节点的数据,经过一定的算法后计算出电气设备当前的运行状况。
(5)执行机构。当有异常情况发生时,执行机构会及时做出处理动作,使得电气设备恢复正常运转。
3.监控中心软件设计
监控中心软件采用基于 Web的B/S模式，其功能包括对各建筑设备数据的监控，对采集到的数据进行分析和显示、生成报表、设备故障报警等。包括上位机监控管理平台和下位机控制器。上位机采用图形化编程设计，主要是对采集到的信号进行分析处理；下位机采用单片机技术，通过 Zigbee无线通讯模块将数据传输到上位机中，最后通过 GPRS通信方式将数据传输到监控中心。服务器采用C#语言开发， Web页面包括登陆界面和监控界面，其中登陆界面实现了用户对网络设备、监控中心及被监控设备的控制。监控界面提供了对监测数据的显示、查询、打印等功能，其主要包括主界面和实时曲线两个部分。主界面可由用户自定义，显示被测设备的实时运行状态等。实时曲线和历史曲线两部分，实时曲线主要提供被测设备运行状况的显示，历史曲线提供了被测设备运行状况的历史记录和分析，
并可根据需要显示数据变化趋势和历史数据查询。用户可以通过浏览历史曲线来分析电气设备运行情况。页面可以对用户自定义数据进行编辑、修改等操作。
同时，系统软件设计包括以下几个方面：①主程序设计。主程序的主要功能是接收用户通过 GPRS和 Internet发送的信息，并将这些信息处理成数据包，发送给相关节点；②通信程序设计。主程序接收到数据包后，首先是解析其数据类型，并根据不同的数据类型决定将数据包进行转发，或者直接将其丢弃；③控制程序设计。根据不同的控制指令决定对节点发送相应的控制信号；④信息处理。根据传感器采集到的数据和当前环境状态，判断是否需要执行相应的控制指令；⑤数据接收显示。对于发送过来的信息进行解析，判断是否符合相关标准；⑥用户界面设计。用户可以通过人机界面观察到当前节点发送的信息，以及节点上所保存的历史信息，并可对历史信息进行查询[1]。
4.无线网络节点设计
ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率、自组织的无线网络技术。ZigBee技术最大的特点是无中心、自组织和低成本，即由一个或多个协调器（cooperator）节点自组织地形成一个无线传感器网络。每个节点都配备了微处理器,用以完成各种任务。ZigBee协议栈分为插床型号
应用层、网络层和物理层三个层次,分别定义了网络的接入机制、拓扑结构、路由选择策略和安全性问题。在建筑中应用 ZigBee技术可实现对各种电气设备状态的远程实时监测[2]。
5.系统测试及结果分析
在建筑物内布置了大量传感器节点后，网络的工作情况较好。如果仅仅从无线传感器网络节点接收到的数据来看，在建筑内设置一个无线传感器网络节点完全可以满足需求，但是，考虑到建筑内存在大量电气设备，并且大量的传感器节点分布在建筑物的不同位置上，所以 ZigBee协议栈中规定了对大量的传感器节点进行管理的方法，即各个传感器节点都是通过管理程序来接收数据并传送给管理中心。如果将大量的传感器节点组合起来后进行分组管理，那么就可以进一步提高网络的可靠性和稳定性[3]。假牙加工
6.上位机软件的编写
一氧化氮 笑气上位机软件编写主要是通过对 Access数据库中数据的查询，实现对采集的现场数据进行分析处理。本系统上位机软件采用 Delphi开发，主要包括用户界面模块、数据管理模块和数据分析模块。上位机界面主要由菜单栏、状态显示区、实时数据区、历史数据区组成。通
过菜单栏可对采集的数据进行查询；通过状态显示区可显示系统当前运行的实时数据；历史数据区可以方便地进行查询。
该系统的数据库采用 Access数据库，其在创建之初，首先需要对表进行初始化，包括表的基本信息以及每个节点上要采集到的现场参数信息。为了方便数据库的修改和维护，数据库文件采用 Access 2003进行开发。系统在运行时，先从数据库中获取一条数据作为初始值，然后再将其放入数据库中，当某一个节点采集到现场参数信息后，向其发送相应的命令到各节点上[4]。
7.电气设备状态自动监测程序的编写
在通信软件的编写中，由于涉及到大量的数据计算，所以程序使用C#语言来编写，软件编程语言与C#语言是完全不同的两种语言。C#与 VC++相比，不仅具有更丰富的功能，而且开发工具也更为强大。通过对 VC++进行二次开发，可以开发出更多的应用程序和接口函数。C#语言作为一种高级编程语言，在数据处理、通信以及图形界面方面具有广泛的应用。在硬件电路设计中，可以利用C#编制相应的程序来完成各种任务。通过使用计算机对电气设备进行监控和管理，可以大大提高建筑电气设备管理的效率，降低系统成本。同时，
由于采用了 ZigBee无线传感器网络技术来实现数据采集和传输，可以保证电气设备监测系统不会受到外界条件的影响。在系统中使用 ZigBee无线传感器网络技术不仅可以解决传统网络架构中存在的问题，还可以提高设备运行状况监控与管理能力。
8.系统测试及分析
在现场端通过无线传输模块发送采集数据到监控中心，数据传送正确，符合预期要求。根据对现场端监测结果的分析，现场端实际采集到的数据为：A相电流值为0.54A,B相电流值为1.23A。其中A相电流与B相电流的差值为：现场端采集到的A、B两相电流的差值在0.5~1.23之间，符合预期要求。本系统能够通过 ZigBee无线通信方式对现场端采集到的数据进行传输，然后利用计算机进行分析和处理，将现场端采集到的数据传送到监控中心，由监控中心对现场端采集到的数据进行分析处理后再传送回现场端。这种通信方式能够及时对现场端采集到的数据进行处理并上传至监控中心，达到了预期要求[5]。
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