節(jié)能環(huán)保型智能機(jī)房研究與設(shè)計(jì)

摘 要：機(jī)房是當(dāng)前各類院校必不可少的一類實(shí)驗(yàn)室，作為教學(xué)、科研開發(fā)的主要工作環(huán)境，機(jī)房有著很重要的地位。機(jī)房的普遍利用率高，耗電量大。隨著科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源的持續(xù)消耗，對(duì)智能機(jī)房的建設(shè)提出了新的要求，節(jié)能環(huán)保的供電設(shè)計(jì)成為智能機(jī)房設(shè)計(jì)的流行趨勢(shì)。節(jié)能環(huán)保型智能機(jī)房研究與設(shè)計(jì)，主要研究內(nèi)容是基于機(jī)房的一套太陽能供電系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建實(shí)驗(yàn)室管理數(shù)據(jù)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一套節(jié)能環(huán)保型智能機(jī)房的整體方案。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保；智能機(jī)房；物聯(lián)網(wǎng)；管理平臺(tái)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.107

1 引言

目前絕大多數(shù)機(jī)房都采用城市供電網(wǎng)作為主要能源供應(yīng)點(diǎn)，城市供電的電力大部分是由消耗化石能源轉(zhuǎn)化的，既浪費(fèi)能源，又污染環(huán)境。就機(jī)房的管理來看，大部分院校機(jī)房采取人工管理或者條形碼技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行管理。這種人工手段的登記設(shè)備，不能對(duì)設(shè)備進(jìn)行很好的實(shí)時(shí)信息查詢、監(jiān)管以及安全跟蹤，最終導(dǎo)致設(shè)備有可能丟失也沒辦法掌握，比如，機(jī)房鼠標(biāo)這種小型設(shè)備損壞丟失現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給機(jī)房教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)帶來極大麻煩，從學(xué)校角度出發(fā)很容易造成不必要的資金浪費(fèi)。由于機(jī)房上課的師生很多，所以毎天下班時(shí)難免會(huì)有人忘記關(guān)燈或者關(guān)閉-些設(shè)備，因而會(huì)導(dǎo)致大量能源的浪費(fèi)。

若想達(dá)到機(jī)房的節(jié)能環(huán)保，減少浪費(fèi)，可以從能源供應(yīng)和機(jī)房管理兩方面進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。針對(duì)目前機(jī)房耗電量大，智能化管理程度較低這一事實(shí)，本研究采用光伏供電系統(tǒng)提供機(jī)房供電，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)房的智能化和綠色化管理。機(jī)房的節(jié)能環(huán)保和智能管理的研究與設(shè)計(jì)，將對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理方面開辟新途徑，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)

節(jié)能環(huán)保型供電的形式多種多樣，包括太陽能供電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電等。其中，太陽能發(fā)電占節(jié)能環(huán)保供電比例的一半以上。近年來，太陽能發(fā)電有了非常大的變化。美國國家政府大力發(fā)光伏企業(yè)，開展科研項(xiàng)目，縮小光伏發(fā)電成本，達(dá)到能源消耗降低和環(huán)境治理保護(hù)的目的。作為資源匱乏國的日本，一直以來非常重視把光伏技術(shù)實(shí)際應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。近年來，德國在光伏組件與建筑相結(jié)合的方面做到了領(lǐng)先態(tài)勢(shì)，國內(nèi)許多大型光伏生產(chǎn)商分別推出了各自規(guī)格的光伏組件。中國也不例外，中國的光伏行業(yè)通過研究國外發(fā)達(dá)國家光伏建筑一體化技術(shù)，進(jìn)行自主開發(fā)設(shè)計(jì)，開展了光伏建筑一體化的實(shí)際應(yīng)用。

目前，智能監(jiān)控、智能物流、智能交通、智能安防式及家用電器的智能化控制等都逐步通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，使生產(chǎn)和生活更加智能和便捷。在智能實(shí)驗(yàn)室研究中，美國很多大學(xué)在物聯(lián)網(wǎng)方面，已經(jīng)開展了大量工作，如加州大學(xué)洛杉磯分校的嵌入式網(wǎng)絡(luò)感知中心實(shí)驗(yàn)室、無線集成網(wǎng)絡(luò)傳感器實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室等；麻省理工學(xué)院目前從事著研究極低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面；俄亥俄州有所州立克利夫蘭大學(xué)，他們的移動(dòng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開始研究在基于IP的自組織網(wǎng)絡(luò)方面和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。從上都是高校和科研院所做的研究。目前，我國物聯(lián)網(wǎng)具備了一定的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用基礎(chǔ)，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但發(fā)展仍處于起步階段。我國在芯片、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理、智能計(jì)算等領(lǐng)域都進(jìn)行了多年的技術(shù)研究，并獲得了不少突破，具體的有傳感器網(wǎng)絡(luò)接口、安全、標(biāo)識(shí)、傳感器網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)等方面。

2011年，我國《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》正式公布，非常清晰地提出了我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的發(fā)展宗旨、主要級(jí)劃、重點(diǎn)項(xiàng)目等，也提出了我國物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的重點(diǎn)方向，另外也從方案、投資、技術(shù)、人才等方面提出了一系列詳細(xì)計(jì)劃。總而言之，這個(gè)規(guī)劃的提出對(duì)提高我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平，讓新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)得到培育和壯大具有重要意義。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電和人工管理方法己經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化機(jī)房管理的需求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的到來已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)室的管理奠定了基石，如何運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理節(jié)能環(huán)保和綠色化，己經(jīng)成為現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室管理的關(guān)鍵問題。

3 節(jié)能環(huán)保型智能機(jī)房設(shè)計(jì)目標(biāo)

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

研究的主要技術(shù)指標(biāo)包括：

（1）搭建由一套光伏供電系統(tǒng)。以節(jié)能環(huán)保為設(shè)計(jì)理念，確定太陽能光伏供電電源，為室內(nèi)交直流負(fù)荷進(jìn)行供電，并確保供電可靠性和穩(wěn)定性的目標(biāo)。

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)室需要檢測(cè)的信號(hào)，采集和分析處理，達(dá)到采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的目標(biāo)。通過無線傳感器將感知到的機(jī)房計(jì)算機(jī)、空調(diào)和照明燈的使用信息和用電量傳入到網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而再通過網(wǎng)關(guān)傳入到后臺(tái)服務(wù)器，完成設(shè)備的管理數(shù)據(jù)挖掘。

（3）搭建短信收發(fā)平臺(tái)，用戶隨時(shí)掌握機(jī)房的動(dòng)態(tài)信息。智能檢測(cè)和短信收發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)管理的智能化、自由化。

3.2 擬解決的關(guān)鍵問題

本研究的核心在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩方面，擬解決的關(guān)鍵問題有：

（1）供電平臺(tái)中各模塊的功能和選型分析。

（2）基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)架構(gòu)和模型，數(shù)據(jù)庫及模塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4 節(jié)能環(huán)保型智能機(jī)房的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

4.1 RFID技術(shù)

射頻識(shí)別（RFID）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。

無線電的信號(hào)是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識(shí)別時(shí)從識(shí)別器發(fā)出的電磁場(chǎng)中就可以得到能量，并不需要電池；也有標(biāo)簽本身擁有電源，并可以主動(dòng)發(fā)出無線電波（調(diào)成無線電頻率的電磁場(chǎng)）。標(biāo)簽包含了電子存儲(chǔ)的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識(shí)別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識(shí)別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。

機(jī)房設(shè)備運(yùn)用了射頻識(shí)別技術(shù)。將標(biāo)簽附著在機(jī)房設(shè)備上，方便機(jī)房設(shè)備和人員的信息采集，為設(shè)備的智能化管理提供條件。

4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)路線

節(jié)能環(huán)保型智能機(jī)房設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和搭建工作。由太陽能電池板、充放電控制器、蓄電池組、逆變?cè)O(shè)備、整流設(shè)備、用電負(fù)荷等組成的一整套供電系統(tǒng)，對(duì)供電平臺(tái)中各模塊的功能和選型進(jìn)行分析，計(jì)算設(shè)備參數(shù)，選擇設(shè)備型號(hào)。

（2）機(jī)房設(shè)備和人員的信息采集、處理和傳輸工作。通過在每

個(gè)實(shí)驗(yàn)室放置RFID系統(tǒng)裝置或者無線傳感器裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而且通過該裝置可實(shí)時(shí)地進(jìn)行信息處理和傳輸，并通過Wifi傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)及后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

（3）短信收發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。通過開發(fā)一個(gè)短信收發(fā)平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)師生能夠及時(shí)了解實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和用電動(dòng)態(tài)信息。

設(shè)計(jì)的技術(shù)路線如圖1所示。

4.3 實(shí)驗(yàn)方案

本設(shè)計(jì)的整理實(shí)驗(yàn)方案如下：

首先，選擇合適的供電方式，本設(shè)計(jì)選擇太陽能供電，確定改造方案，進(jìn)行設(shè)備參數(shù)計(jì)算與選型，完成設(shè)備安裝與調(diào)試。確定實(shí)驗(yàn)室需要檢測(cè)的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行采集，傳輸至控制芯片的分析處理。

其次，研究物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，尤其RFID技術(shù)及其與之相關(guān)的技術(shù)。

再次，詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)和模型，而且對(duì)數(shù)據(jù)庫及各模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的服務(wù)器開發(fā)平臺(tái)、讀寫器數(shù)據(jù)采集模塊、短信收發(fā)模塊及無線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)。

最后，對(duì)整個(gè)節(jié)能環(huán)保智能機(jī)房系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)，并對(duì)系統(tǒng)需要改進(jìn)的地方進(jìn)行規(guī)劃。

5 結(jié)論

以節(jié)能環(huán)保作為智能機(jī)房設(shè)計(jì)的理念，智能機(jī)房結(jié)合了新能源供電系統(tǒng)。利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將機(jī)房設(shè)備的用電情況監(jiān)測(cè)起來，結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)組建，智能互聯(lián)的方式，達(dá)到節(jié)能效果的智能評(píng)價(jià)。

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作者簡(jiǎn)介：李莉（1982-），女，甘肅平?jīng)鋈耍芯可?，工程師，研究方向：自?dòng)化、電子信息工程。