基于RFID的智能建筑物节能系统设计与开发

RFID技术原理与应用课程报告—基于RFID的智能建筑物节能系统设计与开发学院：软件学院学号: 13207110姓名：卓桂煌指导老师：孙晨基于RFID的智能建筑物节能系统设计与开发1 课题背景与意义1.1 课题背景随着智能建筑和物联网技术的发展，RFID技术在智能建筑中广泛应用，RFID 技术能实现多种管理功能，如门禁、考勤、就餐、消费、停车场出入、巡逻签到、会议签到、电梯控制等多种功能，方便了员工日常办公和生活，强化了公司管理。

近几年，物联网RFID技术蓬勃发展，基于RFID技术的智能建筑物节能系统逐渐应用到建筑中，它具有远距离读卡、快速便捷、能够实现人员定位等优点，RFID 的技术有很大的发展空间。

智能建筑飞快发展，大型办公楼及商业场所都建设了楼宇自控系统、灯光控制系统等，一些高档的建筑还建立了节能管理系统，以实现绿色节能。

但由干前端需求难以采集，没有明确的节能数据对比，使节能管理系统不能以数字形式体现节能效果，使节能管理系统这个有力的绿色节能工具地位比较尴尬。

1.2 研究意义为了解决节能管理系统前端信息采集难、没有明确节能数据的问题，我们结合RFID技术的特点，将RFID系统员工卡所在位置和楼宇自控系统中的空调系统、灯光系统的控制系统互联，通过系统间的联动，实现大楼的灯光、空调按需提供，做到人走灯灭，空调按照人员数量和温差进行自动调节，实现建筑节能，并将数据分区域归纳到节能管理系统中去，明确表现节能效果。

2 国内外发展概况及趋势2.1 国外发展现状德国自2008年底，利用物联网设备检测和RFID技术实施“E-Energy”计划，对试点地区进行电能生产与消耗进行调控以及分布式能源发电设备的预测控制;利用智能电表查询电力来源及价格，从而做出用电策略的最优选择。

美国早在1985年成立了“美国智能建筑协会”，并给出智能建筑的定义。

即要求通过建筑物的结构、系统、服务和管理之间的内在关联，将这四个元素进行优化组合，共同促进完成一个高效、舒服、安全、智能化的建筑物[2l][22]。

目前欧美国家先后提出15年内通过实施一系列的智能用电服务计划将新建的住宅建筑实现建筑能耗为“零能耗”或“近零能耗”。

法国从2008年开始指定了一系列智能用电实行方案，采用全新“智能电表”测量电量参数方法，实现了用户能够远程控制电器设备。

英国政府对未来建筑节能提出一系列措施，第一:为实现远程抄表和“动态设备”控制，采用安装“智能电表”措施;第二，充分利用绿色能源，比如太阳能，风能等。

2.1 国内发展现状RFID技术在国内起步较晚，最初主要应用于物流等行业。

随着该技术的成熟，已经在其他领域有了很大的发展。

但是，RFID技术在智能建筑中的应用不是很多，现在主要集中在以下一些系统中。

1、门禁系统门禁系统是RFID技术在智能建筑中最早。

也是技术最成熟的应用之一。

该系统的目的是识别人员身份、安全管理、收费等，以简化出入手续、提高工作效率[1][2]。

2、停车场管理系统停车场管理系统集远距离感应式射频技术、自动控制技术和车辆检测技术于一体，应用于社区车辆管理，具有先进、可靠、安全、方便、快捷等特点，有效解决了物业公司和车主的难题[3]。

3、自动抄送表系统自动抄送表系统由用户控制终端(多个用户可以共用一个终端)通过总线直接联接多户居民的电表，自动读取每家的水电气表的数据，并通过终端上的RFID 卡按时自动把各表数据传送到小区物管中心的计算机上[4]。

4、电子巡更系统电子巡更系统是使用先进的射频识别技术，各巡更点安装一个读卡器，由巡机、电脑就能将巡更时间和巡更地点读取，并自动集中管理，实现了巡更管理系统的智能化和自动化，具有高效性和高可靠性[5]。

3 课题主要工作3.1 系统结构RFID读卡器协议转换器控制主机空调控制系统灯光控制系统员工员工空调灯光3.2工作流程1.根据能源监测区域的特点，我们对RFID系统的技术参数进行选择。

首先，为了满足节能控制内容和范围，我们对RFID系统的频段进行选择。

RFID系统工作频率分为低频(30k一300kHz)、高频(3M一30MHz)、超高频(433.92MHz，862一928MHz)、微波(2.45GHz, 5.8GHz)，其中低频和高频由于识别距离近，不适合区域控制，所以我们采用超高频或微波工作频率，识别距离以0-10m为宜，这个识别距离能够更好地进行能源分区管理。

其次，我们按照频率对卡片类型进行选择，RFID卡分为有源卡、无源卡和半有源卡，其中有源卡目前存在使用寿命低、造价高等问题，所以不建议采用有源卡，我们要求的识别范围为10m以内的区域识别，所以建议根据能源管理精度和现场干扰、遮挡等情况采用无源卡或半有源卡。

有了读卡器和卡片，我们就可以在大楼能源控制区域进行合理布局安装，采集现场人员信息，读卡器将人员信息通过协议转换器上传到控制主机，控制主机根据节能控制策略对控制系统进行控制。

灯光控制系统和空调控制系统对灯光和空调进行控制，一般采用利旧或改造，尽量减少投资，如果是新建系统，通过前期规划布局，能够更好地契合分区管理和节能管理。

2.灯光控制系统灯光系统在一座建筑中分布最广、数量最多，所以灯光节能在节能系统中占有重要地位，以前，灯光控制在楼宇自控中只是个分项，主要对公共区域灯光进行减灭照明控制，随着对节能需求的增加，现在有专门的智能照明控制系统，控制区域划分更细，控制范围扩展到办公区域、会议室、停车场等部位，控制内容也由回路开关发展到调光、场景控制等。

基于RFID的灯光控制可以借用原有的楼宇自控系统或智能照明系统加以改造，在前端增加控制区域，并增加上层管理软件，实现FRID系统和灯光控制系统的联动。

在控制区域内，无人的时候照明关闭;有人的时候，根据室外光源情况，判断灯光是否开启以及开启的照度大小。

这样，就能够完全满足人员对照明的需求，并实现节能，达到人走灯灭的管理目标。

3.空调控制系统空调系统是大楼耗能大户，据统计，我国采暖、空调、通风的能耗占建筑总能耗的三分之二[12]，所以，在新建的智能建筑中，都有楼宇自控系统对空调系统进行节能控制，包括定时开关机，温湿度控制，并安装区域采集器，随时了解区域能耗情况。

但是，由干办公区域人员工作的流动性、加班等不确定因素，增加了空调系统控制的难度，很难实现按需供给。

通过RFID技术的前端人员感知，可以清晰地了解到能源控制区域人员的位置和数量，确定用热和用冷需求，RFID 系统和楼宇自控系统联动，就能更好地按需对前端空调进行控制，通过读卡器采集上来的区域人员位置和数量信息进行计算，依据控制逻辑进行空调送风大小和温湿度控制。

4 参考文献【1】李瑜芳，张河海．免电源线安防监控传输系统的设计与制作[J]．福建工程学院学报，2008，6(3)，295-298．【2】D.E.Stielau.A.Ferreira.J.D.van Wyk，M.van der Berg.Two Wire High Frequency Power Distribution and Communication System【R】.17th International Telecommunication s Energy Conference 1995,INTELEC’95，pp401—407【3】平建新．浅议数据通信中的多路复用技术及其应用U】．福建电脑，2009，2(1)，160—161．【4】翟建芳，吕建平．基于频分复用的视频安全通信研究[J]．安防科技，2008，lO(1)，9—12．【5】刘绒侠，王恒运．单路视频与多路数据复用传输系统的研究[J]，西安工业大学学报，2008，28(1)，90-93．【6】翟建芳．基于频分复用的模拟视频安全传输系统研究[D].江苏：江苏大学．2009【7】拉纳辛哈.物联网RFID多领域应用解决方案.机械工业出版社【8】齐雄一卡畅通打造高效办公环境.中国科技信息，2005-1-1【9】马龙，齐雄.建筑能源管理系统.智能建筑，2013.6【10】 Jari-Pascal Curty.无源超高频RFID系统设计与优化.科学出版社【11】高建良，贺建毗.物联网RFID原理与技术.电子工业出版社【12】彭红.中国目前建筑能耗约占社会总能耗1/3 [EB/OL],/a/20110331/000023.htrn,2011-03-31/2014-03-30 【13】江亿.中国建筑节能年度发展研究报告((2007)[D].北京:中国建筑工业出版社，2007【14】 CSDN:智能建筑能源管理与能耗监测系统【EB/OL],/detail/u013711188/6939241,2014-02-20/201 4-03-30【15】 2005GB.公共建筑节能设计标准[S][D]. 2005.【16】顾小军.智能建筑能源管理系统[fJl.江苏建筑，2010(2): 105-107 【17】Salvadori F, de Campos M, Sausen P S, et al. Monitoring in industrial systems using wireless sensor network with dynamic power management[J].Instrumentation and Measurement, 2009(9): 3104-3111 【18】 Erol-Kantarci M,Mouftah H T. Wireless sensor networks for cost-efficient residential energy management in the smart grid[J].Smart Grid, 2011(2): 314-325【19】周林绪.试论我国建筑节能存在的问题与对策[[J].科技信息,2009,(32):748【20】王杰.家庭节能潜力巨大fN].经济日报，2006-08-06,001.【21】刘晓胜.智能小区与通信技术阅.电子工业出版社，2004【22】徐兴声.智能建筑的发展与可持续发展方向团.智能建学，2011。