浅谈高校学生宿舍插座群用电管理系统的设计与应用

时间：2022-05-28

安科瑞高佳乐

引言：文中设计了一个根据物联网平台的学员宿舍插座群安全用电监控系统,选用Zigbee网络通讯技术搭建传感器网络互联网(WSN),对学员宿舍每一个插座开展用电量收集，监控器用电安全状况，当监控器到学员在宿舍应用交通违章电器等安全风险，立即断开相对应插座的配电开关电源，确保安全用电。

关键字：物联网技术；Zigbee；WSN；用电量收集；监控系统

1 前言

物联网技术是新一代网络技术的关键构成部分。物联网技术就是指利用多种信息内容传感器机器设备,即时收集一切须要监控器、联接、互动交流的物件或全过程等一些需求的信息内容，与互联网技术融合产生的一个较大互联网。Zigbee是一种新型的短路线、功耗低、低数据信息传输率的wifi网络技术性。根据Zigbee 技术性的传感器网络互联网适用营业网点多、体型小、信息量小、传送靠谱、功耗低等制场所，常见于物联网技术智能化自动控制系统中。

伴随着生活水平的不断提升，学员宿舍用电量机器设备愈来愈多，这也引起了一定的用电安全安全隐患，促使校园火灾经常发生，给同学的人身安全安全性引起了较大的危害。

校园火灾产生的元凶大部分是交通违章电器。例如：因为交通违章应用功率大的电器导致路线的短路故障；应用电热棒、电水壶等电器时临时性离去而至使水烧干后引燃机壳导致火灾事故等。而学员为了更好地只图便捷，促使各学校学生宿舍的交通违章电器的情况层出不穷。各高等院校虽然对应用交通违章电器的依法查处都很严苛，但学员经常与学员管理者玩“躲猫猫”，应用交通违章电器后就关注起來，当高校辅导员查宿舍时通常不可以现场查到，使宿舍存有着安全风险。

因而，从源头上避免交通违章电器的应用，确保每一个同学的人身安全安全性，变成在校大学生宿舍安全工作急需解决的问题。

文中设计了一个根据Zigbee的学员宿舍插座群安全用电监控系统，可对学员宿舍的每一个插座的用电量状况开展安全性检测，一切一个插座上应用交通违章电器，都是会在宿舍电机控制室开展声光报警器 , 并立即断开应用交通违章电器的插座开关电源，既保证了学员的人身安全安全性，又使管理人员把握应用交通违章电器的宿舍及插座，对应用学员严厉批评文化教育，学员了解到不正确后，管理人员再给插座配电，可合理避免交通违章电器的再度应用。

2 系统软件网络架构

根据物联网平台的学员宿舍插座群安全用电监控系统，选用单片机设计控制系统软件和无线发射器件组成传感器网络互联网,选用Zigbee网络通讯技术，完成对学员宿舍插座群的监控系统。监控系统分成服务器节点和插座群节点 , 插座群节点精确测量每一个插座的用电量信息内容，并将收集的工作电压、电流量等参数根据无线通信模块传输给服务器节点；主机节点循环系统检测接受到的插座群节点的用电量状况，当检测到某插座存有应用交通违章电器状况时，传出报警系统，并根据无线模块传出对应的控制指令给相匹配的插座节点，在插座端实行控制实际操作，断开相对应插座的配电开关电源，确保安全用电。

插座群节点由好几个插座节点组成，遍布于学员宿舍的每个插座插口：服务器节点放到宿舍管理方法终控室，系统软件的网络架构，如下图 1 所显示：

图 1 系统软件的网络架构

服务器节点与插座节点根据Zigbee 现代通信技术一同构成传感器网络互联网(WSN)。插座节点收集插座的用电量电量，发送至服务器节点，主机节点依据读取到的用电量数据信息，判断安全用电情况，推送插座导通控制数据信号，相对应的插座节点接受到信息后，控制插座的通关闭电源。

3 服务器节点

主机节点根据Zigbee融洽器与插座群各节点开展无线通信。

3.1 服务器节点硬件配置

关机时，服务器节点表明实时时间，当检测到有插座节点应用功率大的电器等严重危害安全用电状况时，警报并表明问题插座宿舍序号,与此同时向该插座节点推送控制指令,使插座关闭电源。解决问题后 , 可以手动式控制服务器节点推送指令，控制该插座插电。服务器节点的硬件配置构造方框图如下图 2 所显示。

图 2 服务器节点硬件配置构造框架图

服务器节点控制器选用宏晶企业的STC12C5A60S2单片机设计，控制和配合各功能模块的工作中；钟表控制模块选用DS1302时钟电路，造成时间格式；手动式控制控制模块用以系统软件实时时间的设定与调整，查询各插座节点的即时用电量数据信息，及存有安全事故隐患的插座关闭电源后的插电控制，表明控制模块选用内置汉字库的 FYD128 液晶显示屏处理芯片，可以按照必须表明手动式控制控制模块所选中的插座节点的电能状况，及表明具备事故隐患的插座节点序号及**负荷情况提醒；Zigbee融洽器选用 Chipcon企业的常用于IEEE 802.15.4和Zigbee协议书通讯的CC2430处理芯片，与插座群节点完成无线通信。

服务器节点提升以太网接口控制器DP83848C和RJ45插口，可以完成与远程控制上位机软件的通信网络。

3.2 服务器节点手机软件

图 3 服务器节点软件流程图

主机节点手机软件关键进行Zigbee融洽器运行和配备Zigbee网络，完成与插座节点间的无线通信作用。服务器节点的系统步骤如下图3所显示。

无线通信作用。服务器节点的系统步骤如下图3所显示。

系统软件通电后，较先开展系统软件复位，并创建Zigbee网络；再检索并加上插座节点，分派并储存添加Zigbee网络的插座详细地址；随后监视频带中有没有插座节点推送的用电量数据信息，有数据时，配对插座节点详细地址，开展数据信息接受；开展数据处理方法，有数据信息**限额时，推送插座关闭电源控制指令道相对应的插座节点，与此同时送出插座节点的安全风险信息提示送至表明控制模块中，并警报提醒。

4 插座节点

插座节点是由Zigbee微波射频控制器及感应器组成的Zigbee终端设备节点，与服务器节点的 Zigbee融洽器一同构成WSN。

4.1 插座节点硬件配置

插座节点完成插座的用电量电量收集，发送至服务器节点，主机节点依据读取到的用电量数据信息，分辨安全用电情况，当存有事故隐患时，服务器节点推送插座断电子信号，相对应的插座节点接受到信息后，控制插座断掉；当安全隐患清除，服务器节点推送插座通电子信号，控制插座接入。

插座节点的硬件配置构造方框图如下图4所显示：

图 4 插座节点硬件配置构造框架图

插座节点控制器选用Zigbee射频芯片CC2430，外接无线天线等插口，与服务器节点开展无线通信；因为CC2430组成的Zigbee终端设备节点功能损耗很低，开关电源选用3.3V的钮扣电池配电；用电量收集控制模块带有精确测量用电量插座电量的电流量、互感器、脉冲调制电源电路和A/D变换电源电路；导通控制控制模块选用继电器控制电源电路，依据插座节点接受到的插座导通控制数据信号，控制插座的导通。

4.2 插座节点手机软件

插座节点进行Zigbee终端设备添加由Zigbee融洽器创建的Zigbee网络 , 完成与服务器节点间的无线通信作用。插座节点的系统步骤如下图5所显示。

插座节点通电后，较先完成复位；再检索Zigbee网络并向Zigbee融洽器推送连接网络要求；添加Zigbee网络后,按时载入用电量收集控制模块的数据信息,发送至服务器节点；假如存有用电量数据信息**限额的安全风险时，接受服务器节点推送的插座导通控制数据信号。

图 5 插座节点软件流程图

5 安科瑞宿舍用电量智能管理系统及型号选择

5.1系统软件计划方案

高等院校宿舍做为一个特别运用场所，在传统式的电能管理要求的基本上有着与别的使用场所所不一样的规定，注重的是用电量控制管理方法，如宿舍的时间管理（准时关灯、准时合闸，某一些机器设备如中央空调不可以列入关灯范畴）、恶变负荷控制、基本用电量设定等。系统软件搭建的实际意义：

便捷院校对宿舍的用电量收费标准，学员人群诸多，传统式的后付方法已不能满足校**要求，收费标准管理方法可与校园一卡通连接，学员可以自助式交费。

根据方式方法加强对宿舍的用电量管理方法，可完成時间按时控制、恶变负荷检验、基本水电费下达等合适院校规范管理的作用。

个性化的设计方案，可完成单一宿舍内的好几个环路的单独控制，让学员可获取更优质的宿舍日常生活给予了适用。

恶变负荷控制（如卷发夹、吹风机、加热炉、电热棒、电热杯等执行自动检索控制）、晚间小输出功率设定、移相插座鉴别、负荷学习培训作用（授权管理）。

5.2体系结构

AcrelCloud-3100融合高等院校要求，在原来预付基本上提升了宿舍电能管理需要的各类作用，解决了高等院校宿舍电能管理问题。

5.3系统功能

AcrelCloud-3100学员宿舍版预付云服务平台是与ADM130（一进三出）或ADF300L（多控制回路计量检定箱）预付费电能表配套设施的云服务平台。它是以电能管理网址和集中抄表手机软件为主导，包含网络服务器，通讯管理机以内的系统集成。对于高等院校宿舍这一*特运用场所产品研发，关键完成电磁能监控器、时间管理、恶变负荷管理方法、预付管理方法等在高等院校宿舍中具有的特别要求。

批量操作：系统软件可以对宿舍开展大批量设定，大批量复位、大批量下达基本用电量、大批量设定负控、大批量设定时控等，便捷院校开展统一管理方法。

恶变负荷自动检索控制：对不允许应用的发烫电器（如加热炉、电热棒、电热杯等）执行自动检索控制，发觉这种发烫电器全自动关闭电源。恶变负荷暂停时间和频次可利用手机软件设置。

基本水电费：可以设定每月给学员下达的免费辅助水电费，遮盖式下达，不总计。

時间控制作用：适用8个时间段设定宿舍配电关闭电源，便于管理学员宿舍作息时间。

连接一卡通付款：系统软件适用正中间库，插口等方法连接院校一卡通，便捷学员自助式购电。

一进三出：ADM130电度表适用三控制回路輸出，各控制回路独立分重合闸、恶变负荷、时控等设定。

远程控制售电：操作工可以根据后台管理给宿舍开展电费充值，学员还可以通过学习一卡通、院校微信公众平台开展自助式在线充值。

远程控制集中抄表：抄水表信息内容根据即时上传至云服务平台，迅速方便快捷，免除人力抄水表。

远程控制控制：可对随意一块电度表实行远程控制跳闸或保电等一系列远程控制控制实际操作，便于管理。

5.4系统软件**设备型号选择

6 结语

对于现阶段高等院校学生公寓的用电量特性以及急需解决的安全隐患，必须对一些恶变负荷开展限定，以确保安全用电，与此同时为了更好地有利于公寓楼的用电量管理方法，大家引入了学生公寓用电量安全管理系统。现阶段已经校园内规模性应用，经一年多的运用，不但做到了用电安全的目地，还减少了电焊工和中后期管理者的成本费。

【论文参考文献】

[1]李宏.物联网的智能家居系统远程控制无线监控系统设计方案讨论[J].电子.2017(9):68-69.

[2]吴翠娟.根据在校大学生宿舍插座群用电量智能管理系统的制定与运用.

[3]安科瑞高等院校宿舍预付电子控制系统2019.11版.

15216751208

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