基于无线传感网的校园水控系统可行性研究——以江苏省无锡交通高等职业技术学校钱荣校区为例

蒋红梅

（江苏联合职业技术学院 无锡交通分院，江苏 无锡 214000）

0 系统的研究背景

当今社会，不可再生资源越来越缺乏，节水节能已经成为全世界的焦点话题。目前，江苏省无锡交通高等职业技术学校钱荣校区的用水量统计方式还是传统的年度抄表方法，仅是对南北校园的两个进水总阀分别进行抄表，自来水公司是一年来校抄表一次，结账方式是年终与校财务结账。而且平时想了解学校用水情况，后勤专门安排人员每月去抄表，很是辛苦和繁琐。这种传统又落后的水资源使用管理办法已经远远不能适应现代社会对水资源节约的要求。基于无线传感网的校园水控系统是利用自动控制技术、无线传感技术及计算机技术等现代先进技术的整合，对各楼栋的用水信息进行实时远程采集和传输，并对用水量进行计量与监控。

1 系统的可行性研究要求

本校园水控系统的研究和设计，拟采用无线传感网络技术，在学校现有软硬件资源配备下进行组网，搭建一个校园用水监控平台，对校园内各楼栋用水情况实现不间断实时监控的同时，能实现应急预警和处理。

1.1 运行环境要求

为确保本系统正常运行，特对系统运行环境提出一下基本要求：

（1）操作系统 ：Win2000/2003/XP

（2）Web Server：Tomcat 5.0 或以上

（3）浏览器 ：Internet Explorer

1.2 主要功能要求

系统的基本功能要求：能够实现用户（即：各楼栋管理员）对楼栋用水量的实时登陆查询，对楼栋出现用水异常监控并及时预警，若异常情况在延时时限内仍然存在，各楼栋及监控平台同时声光报警，楼栋管理员可立即对异常情况进行核查，若属于非人为因素导致的水源浪费，立即关闭总阀。若异常情况发生在夜间等无人在岗时段，报警延时一定时间，电磁阀将自行动作，等待维修人员到达管理员到位，以免水源继续被浪费。

（1）前台应用实现功能：用户注册和登录；各楼栋用水计量查询；前台页面管理。

（2）后台管理实现功能：用户注册信息管理；数据库信息修改管理功能；用水信息信息管理；用水计量查询比较功能。

（3）系统功能描述：主要有用户管理（用户注册、用户查询、更新用户）、水量管理（楼栋用水计量管理、用水计量状态）、系统管理（权限管理、模块管理、数据管理和前后台界面管理）等。系统能及时有效的将用户的用水信息更新到监控平台上，系统具备一定的大数据分析与处理能力。

1.3 系统研究目标

方便用户实时查询用水信息；便于用户及时反馈用水信息；实现根据季节对数据库基础信息进行修改；从“技术防”途径上实现校园节水目的。

2 系统的可行性研究方案

为实现以上可行性研究要求，提出了一种基于无线传感技术的新型水量监控网络平台，来替代原有传统的一年结算一次水量水费的土办法。致力于将无线传感技术、自动控制技术及计算机技术等先进技术进行整合，设计出结构紧凑、成本低廉的校园用水情况监控系统，通过无线传感网络，为稳定、可靠地监控校园内宿舍区、办公区及教学区等区域楼栋的用水量提供有力的保障，进一步提高全体师生的节水意识，形成良性的校园节能文化氛围。

基于无线传感网的校园水控系统总体方案框图如图1所示。

图1 校园水控系统总体方案框图

2.1 节点处设计思路

系统将在节点采用涡轮流能量传感器进行用水信息的采集。在日常生活中，人们也经常能够看到它的应用，比如说饮水机或者咖啡机等。它是通过记单位时间的脉冲数来测量流量涡轮旋转的速度，从而换算出流量的。系统还需要外加一个计数芯片或者采用具有计数功能的单片机。

用户终端即信息采集节点处模块设计成如图2所示：

图2 信息采集模块

2.2 无线通信网络需求分析

考虑到系统的实时性和实用性需求，采用具有路由功能的无线传感网络节点，选用的是具有可扩展性、较好的数据融合性的TEEN协议，能对应急情况可以做出迅速反应。计时设备选用的是具有较高性价比的晶体振荡器。系统可对来自各节点感知到的数据进行存储融合后再转发给平台。

2.3 系统软件需求分析

本系统可实现系统各节点用水量的查询、超标预警、节点水量控制等，具体执行过程则需软件程序来顺利实现与单片机的数据通讯以及界面的设计工作。

（1）PC机主要负责数据信息的收集、存储和管理。

（2）需设计一个简单美观的软件界面，前台网页设计采用asp.net进行网站开发。相关网页上有按钮、查询菜单等设计，各楼栋工作人员通过相关网页进行信息的定期查询、跟踪和反馈。

（3）系统为了便于数据管理和操作方便，同时考虑到与windows操作系统的良好兼容性，本系统后台数据库管理通过sql server2005完成记录和处理相关信息，如完成阈值比对同时进行操作者身份的识别等。数据库里可以建立多个表格，如用于存储PC机接收数据的表名为“water”，还有记录网站基本信息的表“myconfig”，用户信息表“user”等。

（4）系统将各楼栋信息存储在监控平台的数据库中，便于实时比对。如遇到用水计量异常，系统立即在平台终端上有异常显示；若异常值在一定时限内仍未消除，则平台声光报警的同时控制该楼栋的电磁阀动作，关闭楼栋总阀。

3 系统的可行性研究结果

经过对系统可行性方案的设计与研究，得出该系统在该校的应用是可行的，主要体现在以下几个方面：

（1）环境上的可行性 该校需要用水情况监控的楼栋不足10幢，本系统的无线传感网络的搭建不是特别复杂。而且，现有的软硬件资源较丰富，且兼容性好，系统运行坏境良好。

（2）技术上的可行性 项目组成员均来自于本校计算机及自动控制专业方向研究的资深老师，对系统开发的工具相当熟悉，熟悉软件开发生命周期的运用，同时，能熟练编写sql语句，完全具备数据库的书写能力，掌握传感装置、电磁阀以及单片机等工作过程的灵活操作。

（3）操作上的可行性 在校园里，用水容易出现浪费的区域主要集中在学生宿舍区。学生宿舍区均有管理员24小时轮岗值班，满足了本系统对信息实时反馈的基本服务要求；后台管理员可以根据实际情况调整数据库内初始值。

（4）节能上的可行性 楼栋用水计量采用无线传输方式，可以减少有线网络的铺设费用；系统使用后可解决传统的用水计量方法的时滞问题，并且无需后勤人员每月查看总表，节约了人力做好平台管理和信息服务工作；系统实时跟踪用水情况，避免了水源的不必要浪费。

4 结语

综上所述，本系统是运用了无线传感技术、计算机技术等先进技术知识与理念开发设计的，设计紧紧结合校园的实际用水情况，对于校园用水情况监控有着深远的现实意义。从运行坏境、技术运用、节水效能等方面综合进行分析，确定了基于无线传感网的校园水控系统是适合监控该校各楼栋的用水情况的，为开创校园节能新局面奠定了良好的基础。

［1］黄昆彪,饶伟云.电能遥测计量监控的可行性方案[J].电力需求侧管理,2002.

［2］谢伟,李英奎.校园网上书店管理系统可行性研究报告[J].计算机与信息技术,2013.

［3］吴雪琴.无线传感网的校园水控系统的设计[J].科技传播,2014.