1.引言

根據(jù)中國(guó)消防統(tǒng)計(jì)的近五年的2314起全國(guó)學(xué)生宿舍火災(zāi)，使用違規(guī)用電器是引發(fā)學(xué)生宿舍火災(zāi)的主要因素，所以，加強(qiáng)學(xué)校消防安全工作，對(duì)預(yù)防和減少校園火災(zāi)的發(fā)生具有十分重要的意義?，F(xiàn)有的限制學(xué)生用電的方式是在電路中接入保險(xiǎn)絲或者空氣開(kāi)關(guān)，當(dāng)用電超過(guò)負(fù)荷時(shí)斷電，此種方法設(shè)置簡(jiǎn)單，但是無(wú)法對(duì)電氣事故進(jìn)行詳細(xì)分析。本系統(tǒng)針對(duì)以上問(wèn)題，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和云平臺(tái)技術(shù)，對(duì)學(xué)校用電情況進(jìn)行智能化分析監(jiān)控，在每間寢室安裝智能用電監(jiān)測(cè)器，并將用電參數(shù)以直觀的數(shù)字或圖像顯示在宿舍管理人員和校園控制中心的電腦界面，當(dāng)學(xué)生使用違規(guī)用電器時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別違規(guī)負(fù)載并切斷學(xué)生所用電源，同時(shí)，宿舍管理人員和校園控制中心的電腦上收到使用違規(guī)用負(fù)載類(lèi)型和學(xué)生寢室號(hào)的消息并做出處理，沒(méi)收學(xué)生使用的違規(guī)用電器，這將是對(duì)電氣火災(zāi)的有效預(yù)防。

2.智慧校園安全用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案

引起校園電器火災(zāi)隱患的原因主要有過(guò)負(fù)荷火災(zāi)、短路火災(zāi)和漏電火災(zāi)三種方式。本系統(tǒng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和云平臺(tái)技術(shù)對(duì)學(xué)校用電情況進(jìn)行分析監(jiān)控，有效地預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

圖1-1智慧校園安全用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1-1為系統(tǒng)的總體架構(gòu)，系統(tǒng)在工作時(shí)，每個(gè)房間的智能用電檢測(cè)器定時(shí)讀取宿舍的用電數(shù)據(jù)。每層樓上安放一個(gè)寢室樓層監(jiān)視器，方便宿舍管理員發(fā)現(xiàn)用電問(wèn)題。學(xué)?？刂浦行膭t將寢室的用電信息匯總。

寢室智能用電智能監(jiān)測(cè)器將數(shù)據(jù)上傳至宿舍管理員處的寢室樓層監(jiān)視器，隨后，寢室樓層監(jiān)視器再將數(shù)據(jù)上傳至云端存儲(chǔ)并做大數(shù)據(jù)分析。校園控制中心可以直接訪問(wèn)云端獲取用電數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)寢室樓層監(jiān)視器獲取用電數(shù)據(jù)。

3.智慧校園安全用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

寢室智能用電監(jiān)測(cè)器用來(lái)監(jiān)控寢室用電信息、進(jìn)行無(wú)線通訊和執(zhí)行命令的操作，其總體設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。包括采集模塊、報(bào)警模塊、繼電器模塊和控制模塊。

圖3-1寢室智能用電監(jiān)測(cè)器的總體框圖

采集模塊：

系統(tǒng)采用IM1277單相互感式電能質(zhì)量檢測(cè)儀采集電量信息，能夠完成電能測(cè)量、采集及傳輸，準(zhǔn)確高精度地測(cè)量單相交流電壓、電流、功率、電流及總電量等電參數(shù)。采集模塊的電路圖如圖3-2所示。220V電壓經(jīng)過(guò)電壓互感器和電流互感器處理，變?yōu)檩^小的電流信號(hào)并通過(guò)電路傳到電能計(jì)量芯片，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)串口送入樹(shù)莓派控制中心。

圖3-2電量采集電路

報(bào)警模塊：

系統(tǒng)采用消息推送的方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，將主控制器與報(bào)警模塊相連，當(dāng)電路中接入違規(guī)用電器時(shí)，負(fù)載總功率會(huì)提高，控制系統(tǒng)檢測(cè)到這一信號(hào)后，立刻控制報(bào)警模塊報(bào)警并跳閘，同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)記錄下跳閘時(shí)間、房間號(hào)和負(fù)載類(lèi)型。

繼電器模塊：

交流繼電器模塊則通過(guò)小電流的交流中間繼電器通過(guò)傳遞控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)大電流繼電器的控制。當(dāng)電路中接入違規(guī)負(fù)載時(shí)，在控制系統(tǒng)的“指揮”下完成繼電器-繼電器的控制，使電路斷路。

圖3-3繼電器電路圖

控制模塊：

樹(shù)莓派作為系統(tǒng)的控制中心，可安裝操作系統(tǒng)并可以直接將所寫(xiě)的編程運(yùn)行，卡片主板周?chē)?a target="_blank">USB接口和以太網(wǎng)接口。樹(shù)莓派控制所采集的內(nèi)容以及電路的狀態(tài)，將采集到的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和保存并上傳至云端，當(dāng)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后得出學(xué)生使用違規(guī)用電器的信息時(shí)，樹(shù)莓派控制電路斷開(kāi)。

圖3-4樹(shù)莓派實(shí)物圖

數(shù)據(jù)顯示模塊與遠(yuǎn)程控制：

PC機(jī)通過(guò)C語(yǔ)言程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的繪制、動(dòng)態(tài)顯示、查詢歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警記錄。同時(shí)，在手機(jī)端有APP，學(xué)校宿舍管理人員可以通過(guò)訪問(wèn)APP實(shí)現(xiàn)查詢與遠(yuǎn)程控制，當(dāng)學(xué)生使用違規(guī)用電器時(shí)，宿舍管理人員可以通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)寢室斷電。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，進(jìn)行各端口初始化，搜索并加入網(wǎng)絡(luò)，定時(shí)讀取寢室用電信息，將用電信息保存并上傳，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理；若存在安全隱患或使用違規(guī)用電器，則發(fā)送報(bào)警信號(hào)并做出相應(yīng)的響應(yīng)；若無(wú)安全隱患，則繼續(xù)讀取用電信息并上傳至云端。循環(huán)此過(guò)程。系統(tǒng)程序流程圖如圖3-5所示。

審核編輯 黃昊宇