试述管控一体化-物联网-自控的无缝结合—董兵与黄维东合著

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试述管控一体化-物联网-自控的无缝结合—董兵与黄维东合著

按照吴江先生，原来多年前，所倡议《管控一体化》理念的含意。若我没有理解错误的话，其涵义应覆盖了，管理、自动化控制、物联网等方面，领域相当广泛的议题。今次我试图把我与黄维东高级工程师所合著，示如下图文并茂的一篇名为《基于物联网的用电系统设计》，作为我们二人，参与吴先生推动管控一体化，其中的一篇论述。

董兵谨启于2010年，8月，23日深夜。

《基于物联网的用电管理系统设计》

摘 要：本文系统介绍了用电管理系统的基本组成，提出了基于物联网理念进行无线组网、RFID设计及控制策略实现的基本方法。

关键词：物联网，用电管理系统，控制策略，RFID，   控制器

Electricity Management System Design Based on The Internet of Things

DON Bing1 and Huang wei-dong2

1. Guangdong Industry Technical College，Guangzhou 510300，China

2. Guangzhou Bailisheng Technology Company , Guangzhou510730 , China

Abstract:
The paper introduces the basic constitution of the electricity Management System based on building. Suggested the basic solution to the wireless networks, RFID design and control strategy based on the idea of Internet of things

Keywords: The Internet of things, electricity management system, control strategy, RFID controller

1引言

由广州百利胜科技有限公司开发设计的“用电管理系统”是针对当前各企、事业单位、高校以及家庭的用电特点，及亟待解决的用电安全问题和低碳运行的社会需求，而开发出的新型安全用电、节电管理系统。该系统重在用电安全管理，采用无线组网模式，实现远程集中用电监控和智能管理，杜绝因非法用电或线路漏电引起的火灾等事故发生。针对市场上待机能耗较大的电脑、空调、电视、DVD、VCD、音响功放、打印机和饮水机等教学、办公及家庭设备，该系统可在不改变用户任何使用习惯及用供电线路结构的前提下，实现对各类负载的动态监测和策略控制，并可以将负载的待机功率降到小于1.2W，是一种低碳、节约型用电管理系统。

2系统组成

该系统综合应用波形识别、人体识别、RFID等技术，基于物联网理念，以无线组网方式对各终端用户进行实时监测与控制，以互联网方式进行数据远程传输，以控制策略为核心，在不改变终端用户负载位置和连接方式的前提下，实现对用户不同负载的集中监控，解决室内无人员情况下可能带来的用电隐患，增强节电功能，杜绝电器因用电负荷过大或线路漏电引起的火灾等事故发生。整个系统的网络是基于无线组网方式构成。监控中心的PC机通过互联网连接各楼层中继器，楼层中继器通过无线接入网连接各个房间控制器。PC机通过楼层中继器，将设定所使用的用户终端负载性质（空调、计算机、照明灯等）和控制策略动态下载到房间控制器中保存，形成一个独立工作的工作子系统。楼层控制器与房间控制器不断通信，收集所有RFID终端的状态信息，并上传给控制中心的PC机进行集中管理与控制。系统组成示意图如图1所示：

组成示意图

3硬件电路

3.1
RFID终端设计

（1）控制器：内装有由CPU、波形识别、RFID模块、供电模块等组成的控制电路。电路原理方框图如图1所示。工程安装时，只需在原有开关盒（或插座盒）上装上控制器，再装上原面板，即可完成开关（或插座）控制器的安装工作。在策略控制下的正常用电时间内，终端开关（或插座）正常通电，同时将实时监测每路负载工作情况上报；当负载使用的是软开关机电器（TV、空调等）时，控制器则可按自动电器正常开关机顺序进行；当发生某路负载过载、导线漏电等情况，控制器即刻断电并上报故障性质。

            

（3）红外发射器：红外发射器是在房间控制器的控制下向电器发送开关指令，实现软开、关机的操作或温度调节操作。其内部主要由CPU、RFID模块、供电模块、红外发射电路等组成。红外发射器电路方框图如图3所示

（4）人体识别器：其可智能判断室内人体（不管是动还是静）存在与否状况，实现自动识别室内有人和无人情况下的用电控制。主要由CPU、RFID模块、供电模块、人体智能红外探测器等电路组成。人体识别器电路原理方框图与红外发射器相似，所不同的是人体识别器多了红外人体电路部分。

3.2房间控制器设计

房间控制器主要负责对房间内各终端器的管理和控制。主要由CPU、RFID模块、供电模块组成。房间控制器电路方框图如图4所示。

   

3.3楼层中继器设计

楼层中继器通过无线接入网与各房间控制器进行数据通信，再通过互联网实现与PC机的通信。主要由CPU、RFID模块、供电模块、网络驱动模块组成。楼层中继器电路原理方框图如图4所示。

3.4遥控学习器设计

遥控学习器用于对各类红外遥控器的载频检测与编码识别。红外遥控学习器与PC机在相邻位置。主要由CPU、遥控接收模块、供电模块、网络驱动模块等电路组成。电路原理方框图如图4所示。

4系统软件

4.1 无线网通信协议

该网络采用分层网络结构，以轮询方式降低数据传输过程中的碰撞概率。整个网络划分为三个控制层，分别为楼层中继层，房间控制层，RFID终端控制层。各层的频率控制均采用不同频段的自适应跳频、功率自动调整等多种算法，保证数据传输的可靠性及网络的可控制性。由于篇幅所限，不给出软件程流程图。

4.2控制策略应用软件

对控制策略应用软件的功能要求是：具有对任何年份任意时间段的用电工作表的设置和提示功能；菜单式人性化显示界面设计，按房间的真实用电点（开关或插座）分布显示其位置、性质及相关参数，并具有声、光、电告警功能及语音提示功能；具有三级控制管理功能：具有非法用电报警功能；自动定时开启用电点（开关或插座）功能；自动关断功能等

附注：由于篇幅所限，这里不给出第5项的软件程流程图及说明。图5为该系统控制策略的控制界面。

6结论

该用电管理系统以物联网的开放性、智能性和兼容性组网实现系统对智能型RFID终端的远程控制，设计出控制器电路以确保在不改变用户原有供电线路结构的前提下完成系统安装，以策略控制为核心完成对各用户终端用电的智能控制和安全用及节电管理，系统稳定，网络可靠。

参考文献

[1]于宏毅.无线移动自组织网.人民邮电出版社，2005.4

[2] 张彦
. 无线网络与移动通信的资源、移动与安全管理.电子工业出版社，2008.7

[3] 张勇. 无限网状网原理与技术. 电子工业出版社，2007.7

[4] 单承赣. 射频识别(RFID)原理与应用
. 电子工业出版社，2008.7

董兵暨黄维东二人合著、编撰并完稿于2010年，3月，31日。

董兵的电邮地址：dongbingradar@163.com;

海陸空的個人空間：http://hi.erp100.com/?187080;

海陸空的個人空間：hwdpaley@parison.hk。

《董兵教授简介》

董兵、筆名：海陸空、男、47岁、非单身；出生在河南，现居广州；现职级：教授；毕业于中国人民解放军某工程大学，本科，工学学士；曾任中国人民解放军，海军某部通信专业：工程师；中国人民解放军，陆军某学院，电子与计算机应用专业讲师；中国人民解放军，空军某航空学院，副教授。现任广东轻院，电子通信工程系，移动通信专业，副教授。兼任广州市百利胜科技有限公司，技术总监(CTO)。并曾承担及参与，下列项目：

（01）主持项目《XX系列机载火控雷达发射机系统改进》，2000年，获全军军队科技进步二等奖；

（02）主持项目《CT-130通信电台干扰定向仪》，2001年，获全军军队科技进步三等奖；

（03）主持项目《XX系列机载火控雷达战技综合训练仿真器》，2002年，获全军军队科技进步三等奖；

（04）主持项目《XX机型语音告警系统》；2006年，获全军军队科技进步三等奖；

（05）2005年，主持空军装备综合计划部项目《全向雷达告警器综合测试系统》；

（06）2006年，主持空军装备部项目《KYH－1型复合材料微波加热修复机》；

（07）2006年，主持空军装备部项目《通用型气密性检查仪》；

（08）2009年，主持广州百利胜科技有限公司项目《楼宇安全/节电管理系统》；

（09）2009年，主持广州百利胜科技有限公司项目《RFID自供电系统》；

（10）2009年，主持广州百利胜科技有限公司项目《汽车尾气倍压报警系统》。

《黄维东简历可》

黄维东，英文名字叫：Tony;男性；已婚；原籍广东省，河源市；海南岛出生；现居及工作在广东省，广州市。毕业于中国人民解放军某工程大学；曾任中国人民解放军，海军某部通信专业、电子与计算机应用工程师。一直担当广州市百利胜科技有限公司、广州市行信系统工程有限公司，高级工程师；香港百信企业有限公司，首席项目技术主管。曾参与及完成，在香港比较大的工程項目：的士(计程车)咪(里数)錶檢定系統；綜合性驗車系統；巴士(公交车)癈氣壓力檢測系統；電視訊號處理器；大型太陽能電池生產控制系統等项目。与董兵教授在部队内，有关技术领域方面的亲密战友。

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给董教授与黄高工合著一文留言
董教授，   阁下与黄高工二人，应我的诚邀，一起合著以上一文。得首先感谢阁下与黄维东高工二人，愿一起共同为推动，我原来于多年前，所倡议的《管控一体化》理念。把合写以上所列述的专文，应允被发布在本栏内。而被用作推动上述事宜。实在感激不尽。谢谢！阁下于贵专文内，一开始就述及，按我原来多年前，所倡议《管控一体化》理念的含意。阁下一点都没有理解错误，我原来所倡议《管控一体化》的理念。确实，其涵义覆盖了《管理》、《自动化控制》、《物联网》等方面，领域相当广泛的一个比较超前的议题。目的打算为咱们国家，把我所倡议的管控一体化理念，被推动为，以先进的计算机技术为基础，成为最前沿、最超前的划时代技术、属国家及国人所需的辅助软工具与国家的标准。
更热切地期望阁下二人，为了推动《管控一体化》，如上所述的超前理念。最后，能达致真正的成功。务必请阁下二人，在比较有闲暇的时候，再各自另行撰一篇，合共为两篇，与《管控一体化》有关的专文。再被发帖到本专栏之内，以增添光彩及推动的效应！吴江(Kong)/08-30-2010/00:35。

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请董教授及黄高工二人，再加码为文，赶快被发帖到本专栏内，以餐读者。有请！吴江（Kong）/090302010/13:55。

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Patrick,边先生，  我忧记得，阁下曾就以上一文的内容。好像有质疑董教授暨黄高工二人，是否间接有宣传成分的跟帖。估计阁下的有关跟帖，因发现不少，来捣乱的跟帖。很可能一时不慎，已被Bob删除。不管如何，假如真有这样嫌疑的话。罪魁祸首是我。因我觉得他们所开发的项目，是基于物联网为基础，被开发出来。而物联网与管控一体化，实有密切的相互相承的关系。未知这样的解释。能让阁下释疑否？吴江(Kong)/09-05-2010/00:57。

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利用这个板块，感谢董教授暨黄高工二人，作为资深工控界的大忙人，能应邀为《管控一体化》的推动工作，撰述专文，特表感谢！吴江(Kong)/09-12-2010/11:01。

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黄高工，   恭贺阁下，得天降麟儿，获一乖子。真家山有福；可喜可贺也！Kong/09-19-2010/00:02。

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董教授，  阁下的另外一篇，与管控一体化的专文，何时可交稿？Kong/10-07-2010/16:25。