能耗监控系统通信网络及控制途径
2019-11-29陆旭东
陆旭东
西交利物浦大学 江苏苏州 215123
在当今，资源紧缺以及环境恶化等问题都对社会的可持续发展带来了严重威胁，因此，在经济发展和资源紧缺的冲突之中，能源节约也开始成为当今社会所关注的焦点。这就使得能耗监控系统的设计与应用上升到了一个全新的高度。在能耗监控系统的具体应用之中，通信网络的建设可以起到关键性作用。基于这一情况，本文对一种应用在学校的能源监控系统之中的通信网络设计及其控制途径进行分析。
1 系统方案设计
在本次所研究的能耗监控系统之中，框架体系可以按照四个部分来进行划分，第一部分是信息管理中心，第二部分是中继器监控器，第三部分是数据采集器，第四部分是通信网络。在该监控系统之中，通信网络相当于其中枢，只有保障了通信网络的性能，才可以让整个系统性能得到良好保障。在系统的具体应用之中，通信网络的主要作用有两个，其一是借助于数据的无线传输断来实现对感知层数据的采集，其二是借助于数据的有线传输端向主控中心进行数据传输，进而让数据得到加工和诊断[1]。
2 通信网络硬件设计
2.1 无线数据传输终端设计
在无线数据传输端的设计中，主要是借助于nRF24LO1这种具有无线射频收发功能的芯片来实现无线模块的组成，然后借助于GFSK调制方式，通过数据包的形式在国际通用的ISM频段上对数据进行无线传输。
nRF24LO1芯片设计和研发于挪威的NORDTC公司，这种无线收发IC有着极高的性能，它的内部有功率放大器、频率发生器、晶体振荡器、增强模式控制器、调制器以及解调器。在具体应用之中，可以借助于SPI接口对其协议进行设置，并实现对输出功率频道的合理选择。在通过nRF24LO1芯片所组成的通信网络无线收发模块之中，主要的特点包括以下几种：第一，其调速频率最高可以达到2MRPS；第二，该模块可以自动进行重新的发送，也可以自动应答；第三，模块内部进行了CRC硬件检错控制以及一点对多点的通信地址设置；第四，在该模块之中，可以同时对六路接收通道地址进行设置；第五，在该模块之中，接收通道的打开可以自由选择。
2.2 有线数据传输终端设计
借助于有线数据传输终端，可以让控制中心和来自于无线数据输送终端所采集的相关数据之间实现连接，这也是这两者实现连接的唯一一个途径，为保障来自于控制中心的相关控制命令可以准确地下达到每一个采集终端，同时保障来自于采集终端的数据可以及时地上传到控制中心，并保障以太网设备在整个监控区域之中的全面普及，在本次的系统有线数据传输终端设计过程中，应用到了TCP/IP协议，并通过以太网来对传输终端进行设计。
在本次所研究的系统之中，主要应用的是由菲丝尔公司所研发的MC9SL2NE64单片机来设计有限数据传输终端，具体设计中，将该芯片内部的10/100Mbps集成的以太网物理层收发器之中的以太网媒体方案控制器用来传输数据。访问控制器主要用来实现MAC这一层所具备的功能，在接收到来自于底层的数据之后，访问控制器可以完成前导位帧的自动添加，可对帧的起始位置进行操作，也可以完成CRC校验码操作，以太帧的自动封装工作也就由此实现。另外，该系统可以在全工模式之下和半双工模式之下都十分适用。
3 通信网络软件设计
3.1 无线数据传输终端软件设计
在本次所研究的系统之中，主要借助于nRF24LO1之中的增强型TM模式来实现数据信号发送以及接收工作。
在进行数据的发送过程中，首先需要进行nRF24LO1发送模式的配置，也就是让寄存器位处在PHIN-RX=0的状态之中，当CSN=0的情况下，再借助于SPI写入接收点的地址、数据的发送长度以及有效的数据，最后进行CE=1的设置[2]。在此过程中，CE在高电平状态之下的持续时间应该在10微秒以上。
在进行数据接收的过程中，首先需要进行nRF24LO1接收模式的配置，也就是让寄存器位处在PHIN-RX=1的状态之中，然后进行CE=1的设置，再启动接收。在经过了130微秒之后，nRF24LO1将开始对空中信息进行检测，在接收到了有效的数据包之后，会在RX-FIFO之中对数据进行储存，与此同时，RX-DR的位置会升高，并且出现中断，在状态寄存器之中，RX-P-NO位会对数据的接收通道进行显示[3]。
3.2 有线数据传输终端软件设计
因为本次所研究和设计的系统是应用在校园之中，所以在实际的能耗监控过程中，并不需要很大的数据传输量。因此，该系统对于数据传输在可靠性方面也就并没有太高的需求。但是在该系统之中，硬件资源也就更加珍贵，协议的运行需要更加简单、更加可靠。通过对这些需求的全面考虑，最终在该系统的有线数据传输终端设计过程中，选择将UDP协议用作该系统之中的有线数据传输终端协议。
4 结语
综上所述，随着当今社会经济与科学技术的不断发展，各种的监控系统与监控技术也都得到了全面发展。将能耗监控系统应用到当今的能耗监控之中，可以对能源的消耗情况做到实时监测，进而实现对能耗的合理控制，最大限度降低能源浪费情况。在能耗监控系统之中，通信网络的质量起到决定性作用。所以，在系统的具体设计之中，应加格外重视通信网络的设计与控制。首先需要制定出合理化的通信网络设计方案，然后分别对通信网络的硬件部分以及软件部分进行设计。在此过程中，需要做好各种芯片以及通信协议等的合理选择，使其与系统的实际应用需求相符，以此来保障通信网络的设计质量，提升系统的应用性能。
