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基于物联网的电信运营商机房能耗监控系统

更新时间：2019-12-18 17:43:00 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

基于物联网技术设计了电信运营商机房的能耗监控管理系统.通过对子节点电信机房主设备及空调用电、机房温度等数据进行采集与分析,采用TCP/IP协议完成了远程数据服务器的采集,实现了对主设备及空调情况的远程监控;在此基础上,设计了能耗分析与管理系统,实现了用电设备不合理报警,并基于能效最大化空调控制算法实现了对远程机房空调用电的有效控制.系统实际运行表明,该系统运行稳定,能有效地降低运营商机房的能耗,机房平均月节能达到10%到20%,对于机房能耗管理有很大的意义.

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204

2017，53（22）

Computer Engineering and Applications计算机工程与应用

◎工程与应用◎

基于物联网的电信运营商机房能耗监控系统

赵巧颖¹，瞿少成¹，张伟刚¹，刘高²，颜炯³

ZHAO Qiaoying¹, QU Shaocheng¹, ZHANG Weigang¹, LIU Gao², YAN Jiong³

1.华中师范大学物理科学与技术学院电子信息工程系，武汉 430079

2.广州小兵过河信息科技有限公司，广州 510000

3.国网湖北省电力公司经济技术研究院，武汉 430077

1.Department of Electronics and Information Engineering, College of Physical Science and Technology, Central China

Normal University, Wuhan 430079, China

2.Guangzhou Bingo Tech Co., Ltd., Guangzhou 510000, China

3.State Grid Hubei Economic Research Institute, Wuhan 430077, China

ZHAO Qiaoying, QU Shaocheng, ZHANG Weigang, et al. Energy saving and managing system for operators’com-

puter room of telecom based on IoT technology. Computer Engineering and Applications, 2017, 53（22）：204-207.

Abstract：Based on the IoT（Internet of Things）technology, an energy saving and managing system is designed for the

operator computer room of Telecom, which can monitor and control the energy consumption of main device and air condi-

tioner. Firstly, remote child nodes which measure energy consumption, temperature and operation condition are collected

and analyzed. Secondly, the integrated design for the operator computer room of telecom is studied based on the embod-

ied technology and TCP/IP protocol , which can monitor the energy consumption and warn the unreasonable electrical sit-

uation. Then a control algorithm for air conditioner is proposed to maximize the energy efficiency. Finally, an experiment

system is given to show that the proposed system can reduce the energy consumption 10% to 20%.

Key words：IoT（Internet of Things）; energy saving and managing; telecom operators; computer room

摘

要：基于物联网技术设计了电信运营商机房的能耗监控管理系统。通过对子节点电信机房主设备及空调用电、

机房温度等数据进行采集与分析，采用 TCP/IP协议完成了远程数据服务器的采集，实现了对主设备及空调情况的远

程监控；在此基础上，设计了能耗分析与管理系统，实现了用电设备不合理报警，并基于能效最大化空调控制算法实

现了对远程机房空调用电的有效控制。系统实际运行表明，该系统运行稳定，能有效地降低运营商机房的能耗，机

房平均月节能达到 10%到20%，对于机房能耗管理有很大的意义。

关键词：物联网；能耗监控；电信运营商；机房

文献标志码：A 中图分类号：TP308

doi：10.3778/j.issn.1002-8331.1605-0166

10 年社会需求的电信流量将增长 1 000 倍以上，相应的

引言

能耗也将大幅增长，节能减排已成为国家实施可持续发

展的一项重要方针，而针对分散各地甚至远郊的机房节

能已成为运营商节能减排工作的一大重心^[2]。

目前研究表明，2014年我国三大运营商的能耗总量

相当于 671 万吨标准煤产生的能量，这相当于整个社会

综合能耗的 2‰ ^[1]。随着 4G、5G 信号的推广，未来 5 到

基金项目：国家自然科学基金（No.61074046/F030107）；中央高校探索创新项目（No.CCNU15A02060）；国网湖北省电力公司科技

项目（No.52153814000D）；广东省顺德区产学研项目资助（2015-6）。

作者简介：赵巧颖（1991—），女，硕士研究生，主要研究方向为能源优化与嵌入式技术；瞿少成（1971—），男，教授，博导，主要研究

方向为智能信息处理与控制，E-mail：。

收稿日期：2016-05-13

修回日期：2016-07-15

文章编号：1002-8331（2017）22-0204-04

CNKI网络优先出版：2016-11-21, http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20161121.1652.012.html

万方数据

赵巧颖，瞿少成，张伟刚，等：基于物联网的电信运营商机房能耗监控系统

2017，53（22） 205

我国电信运营商机房能耗监管主要存在以下问题，

一是计量设备不完备，不规范，大多数机房只有整体计

量或者无计量设备；二是缺乏节能的数据与技术等知识

的储备^[3]。如机房出现局部过热现象时，只是盲目地采

取增加或者更换空调，又如部分机房采用了改善机房气

流循环或者安装新风机组的方式来降低能耗^[4]，但这些

方式需要更改走线，或更换更多设备，客观上增加了电

信机房成本。

2.2 电能数据采集系统

机房设备用电数据与室内温度数据的采集是实现

机房能耗管理与控制的前提条件。本系统采用的是

ARM9 嵌入式系统，配合智能电感测终端^[10]，来实现对

用电设备的实时电压、电流、功率因素、能耗等用电数据

的采集，系统结构图如图 2所示。

A B C A B C A B C

相相相相相相相相相

220 V电压

本文针对电信运营商机房能耗监控与管理现状，基

于物联网技术运用互感器与温度传感器采集子节点机

房实时电能数据与现场温度^[5]；基于 STM32 嵌入式系统

与 TCP/IP 协议完成了远程数据的采集、存储与上传^[6]；

通过分项计量方式清楚地展示了各部分用电情况；基于

空调能效利用率最大化的控制算法提高空调能效利用

率；采用局域网技术与无线红外传感器实现了对远程机

房空调的有效控制，并提供了设备故障的自报警功能；

在不对现有机房结构进行大改造的前提下有效地降低

了机房能耗。

ARM9嵌入式

M1（电感 M2（电感 M3（电感

测终端）测终端）测终端）

Powe（r 电源）

系统

12 V电压 485线

485线

温度

用电设备

传感器

红外收发

模块

图2 能耗监控系统硬件部分结构图

由图 2 可知，智能电感测终端 M1、M2、M3 的输入

端与市电的三相 A、B、C 相连接，结构图中省略了零

线。通常，一台设备中只需要一个智能电感测终端接市

电（如 M1部分接外部供电线，而 M2和 M3则是与 M1级

联）即可。220 V输入电压源也由外部电压提供，它同时

负责给嵌入式系统提供 12 V 的供电电压。智能电感测

终端的另一端通过互感器卡住整流器等用电设备的三

条输出线路，如果设备（例如空调）是单相时，只需要用

到一个互感器卡住输出线路即可，用于实时采集接入电

表的主设备及空调等的各相电流、电压、功率、功率因素

等数据。一个机房中有几台用电设备，则接入几个智能

电感测终端。此外，该终端通过 485 线与系统中的嵌入

式控制系统相连，将智能电感测终端所测得的用电数据

存入 ARM 板中的数据库，并定时上传服务器进行存储

展示。

电信运营商机房能耗监控系统的整体设计

基于物联网的电信运营商机房能耗监控系统^[7]框架

如图 1 所示，包括电能数据采集系统、温度数据采集系

统、空调控制系统、嵌入式系统、服务器、远程控制系统、

数据分析展示与报警平台。电能数据采集系统实现了

对主设备及空调实时用电数据的采集，机房设备的详细

用电情况的分析及故障判断，对控制前后的用电数据值

对比计算节能率；温度数据采集系统实现了室内温度及

空调出风口温度的采集，为节省空调用电及分析空调的

能效提供数据支撑。

电能数据

采集系统

数据分析展

示、报警平台

服务器

CPU为

S3C2416

的ARM9

嵌入式控

制系统

2.3 温度数据采集系统

温度数据采集系统是基于 DS18B20温度传感器^[11]

并结合 STM32 无线传输模块实现温度数据的采集和传

输^[12]。由图 2 可知，该温度传感器也是通过 485 总线与

ARM9 嵌入式系统相连接，数据通过 485 总线传输到

ARM9中进行存储。

，

温度数据

采集系统

远程控制

系统

空调控制

系统

图1 运营商机房能耗监控系统框图

2.1 嵌入式控制系统

防止设备发热是电信运营商机房中一个重要原

则。根据机房对于温度的具体要求，本系统会根据机房

的大小及设备分布情况在不同位置配备不同数量的温

度传感器。以一个约 30 m²的机房为例，其平面图如图 3

所示。由图 3可知，此机房中配备了 7个温度传感器，其

中 3 个位于机房的主设备及电池组附近，用于测量设备

附近的温度，防止设备高温报警；另外两个位于内墙的

门边以及对面墙上远离设备的位置，用于测量室温；还

有两个温感分别安装在两台空调的出风口处，用于测量

空调开启时的出风口温度，为判断空调的制冷效率提供

依据。

嵌入式控制系统是整个能耗监控系统的控制中枢，

本系统选用了 CPU 为 S3C2416 的 ARM9 嵌入式系统^[8]。

该 ARM 嵌入式系统一方面通过 485 总线与智能电感测

终端及温度传感器相连接，485 总线可将智能电感测终

端及温度传感器采集到的数据存储到 ARM 板自带的数

据库中，这部分通信是基于 Modbus协议^[9]。另一方面通

过网线与机房局域网相连接，将采集到的数据通过局域

网上传到服务器进行保存处理，同时服务器也可以通过

该 ARM 嵌入式系统向红外传感器发送红外指令控制

空调。

万方数据

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