基于ZigBee技术的高校宿舍楼用电安全的应用

    沈建伟

    安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
     

    摘要:高校宿舍楼用电是校园电能消耗的重要组成部分,学生在追求宿舍舒适环境的同时也造成了电能浪费的现象。

             宿舍内大功率设备的使用,宿舍内“无人灯”“无人风扇”等现象,尤其是大功率设备的使用也会使得宿舍出现一定的安全隐患。本文介绍了基于ZigBee无线网络技术下,通过终端节点采集宿舍内的传感器数据,从而实现宿舍楼内宿舍楼用电的智能控制,达到节约电能及消除用电安全隐患的目的。

    关键词:ZigBee技术;传感器;智能控制
     
    0引言

           通过对高校宿舍用电情况分析发现,宿舍内用电比例在高校电能能耗中的比例有所提高。

           据调查高校学生在用电行为方面存在以下问题:个体较少购买节能、节电产品;宿舍成员间无明显的制止用电浪费行为。如何能有效地促进高校宿舍用电节能,各高校也在采取各种措施应对。照明线路的控制主要可以分为有线控制和无线控制,基于无线通信技术的照明控制系统布线简单,可扩展性强。目前室内通信比较主流的技术有蓝牙、ZigBee技术、WiFi技术等。对宿舍楼内各房间用电照明进行远程监控和管理。本文将介绍基于ZigBee技术的组网设计,将宿舍内各方面照明用电系统进行组网,并通过WiFi技术与PC机端相连,从而可以实现对整个宿舍楼各个照明节点的远程协助控制。

     
    1系统控制的整体方案设计
    1.1手动控制模式
           为了便于检修,宿舍回路的通断采用了自动及手动控制两种方式,通过电气柜上的转换开关进行切换,如图1所示,当QF闭合情况下,转换开关的触点2接通时,宿舍内照明的通断主要由手动开关S控制。手动控制完全独立于自动控制,这便于物业管理人员对回路进行检修。
    1.2自动控制模式
           当转换开关的触点3接通时,宿舍用电回路处于自动状态。自动控制在控制方面可以设计为无线控制与时间控制共同控制,当无线控制出现故障是,可以采用时间控制进行自动控制。控制电路如图2所示。
     
     
    图1手自动控制电路
           
    1.3无线网路控制整体设计方案
           目前无线网路传输技术有很多种,而ZigBee技术以低功耗、低成本、通信时延短、网络容量大、传输数据可靠、安全性高等多方面优势,在短距离无线网路传输中占据越来越强的优势。常用的蓝牙、WiFi、ZigBee技术比较如表1所示。
     
     
    表1近距离无线通信技术比较表
    3系统软件设计
           软件设计是在硬件设计的基础上进行的,它是实现系统功能的重要环节。系统节点设计可以基于TI公司开发的Z-stack协议栈作为开发模板。TI的Z-stack装载在一个基于IAR开发环境的工程里,强大的IAREmbeddedWorkbench除了提供编译下载功能外,还可以结合编程器进行单步跟踪调试和监测片上寄存器、Flash数据等。Z-Stack是采用操作系统的思想来构建,事件发生时,唤醒系统,开始进入终端处理事件,结束后进入低功耗模式,此种软件构架可以降低系统的功耗。整个Z-stack的主要工作流程,大致可以分为系统启动、驱动初始化、OSAL初始化和启动,进入任务循环几个阶段。
    图6主程序流程图
           根据时钟程序判断时间段,在熄灯期间,照明灯处于关闭状态,白天时宿舍内的照明实现自动控制,同时终端传感器设备将采集的数据传输至控制中心的PC机内,实现宿舍管理员对宿舍内用电情况观测,并进行远程监控的功能。
     
    4安科瑞AcrelCloud-3200预付费水电云平台
    4.1系统方案
           系统为B/S架构,主要包括前端管理网站和后台集抄服务,配合公司的预付费电表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用户计量箱ADF300L系列,实现电能计量和电费管理等功能。另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统,达到先交费后用水的目的,剩余水量用完自动关阀。
    4.2系统功能
           AcrelCloud-3200预付费水电云平台由云平台-网关-预付费电能表组成,通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控、控制及短信报警等功能。
           本系统适用于一些大集团和大物业,往往需要将多个物业环境、分散于各地的物业集中式收费和管理,面临着数据公网传输,财务操作分散,在线支付,总部财务扎口等复杂的需求。
           远程集中抄表:抄表信息通过网关实时上传到云平台,快速便捷,免去人工抄表。
           水表预付费:可是查看某区域水表的实时状态信息,并可以进行单表或批量设置水价控阀等操作。
           远程售电:财务集中管理,电量实时下发,并比对充值次数,方便快捷。
           能耗分析:用户和管理员都可查询预付费表或管控表每天的用能状况;可提供能耗分析+财务轨迹一体式综合管理报表,包含用户表的能耗、财务数据、能耗和财务的期初期末值等数据。
           在线支付:商户可以通过小程序或者微信公众号实现在线自助充值水电费,也可以实时关注商铺用水用电情况。
           短信提醒:金额不足或金额欠费提醒、电表充值到账提醒,都可及时短信通知商户。
     
     
           远程控制:可对任意一块电表执行远程拉闸或保电等一系列远程控制操作,方便管理。
     
    4.3产品选型
     
    5结束语
           本文介绍了基于ZigBee技术的宿舍楼用电智能控制,在硬件及软件方面提出了设计设想,采用人体红外传感器、光电传感器、电流传感器等对宿舍内的数据进行采集,在规定的时间段内实现照明灯的自动控制,同时对宿舍内大功率设备使用情况进行检测,
     

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