1.引言

根據(jù)中國消防統(tǒng)計的近五年的2314起全國學生宿舍火災(zāi)，使用違規(guī)用電器是引發(fā)學生宿舍火災(zāi)的主要因素，所以，加強學校消防安全工作，對預(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)有的限制學生用電的方式是在電路中接入保險絲或者空氣開關(guān)，當用電超過負荷時斷電，此種方法設(shè)置簡單，但是無法對電氣事故進行詳細分析。本系統(tǒng)針對以上問題，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和云平臺技術(shù)，對學校用電情況進行智能化分析監(jiān)控，在每間寢室安裝智能用電監(jiān)測器，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，當學生使用違規(guī)用電器時，系統(tǒng)能自動識別違規(guī)負載并切斷學生所用電源，同時，宿舍管理人員和校園控制中心的電腦上收到使用違規(guī)用負載類型和學生寢室號的消息并做出處理，沒收學生使用的違規(guī)用電器，這將是對電氣火災(zāi)的有效預(yù)防。

2.智慧校園安全用電監(jiān)測系統(tǒng)方案

引起校園電器火災(zāi)隱患的原因主要有過負荷火災(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)和云平臺技術(shù)對學校用電情況進行分析監(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，每個房間的智能用電檢測器定時讀取宿舍的用電數(shù)據(jù)。每層樓上安放一個寢室樓層監(jiān)視器，方便宿舍管理員發(fā)現(xiàn)用電問題。學?？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)上傳至云端存儲并做大數(shù)據(jù)分析。校園控制中心可以直接訪問云端獲取用電數(shù)據(jù)，也可以通過寢室樓層監(jiān)視器獲取用電數(shù)據(jù)。

3.智慧校園安全用電監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計

寢室智能用電監(jiān)測器用來監(jiān)控寢室用電信息、進行無線通訊和執(zhí)行命令的操作，其總體設(shè)計框圖如圖3-1所示。包括采集模塊、報警模塊、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)量檢測儀采集電量信息，能夠完成電能測量、采集及傳輸，準確高精度地測量單相交流電壓、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)過電壓互感器和電流互感器處理，變?yōu)檩^小的電流信號并通過電路傳到電能計量芯片，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過串口送入樹莓派控制中心。

圖3-2電量采集電路

報警模塊：

系統(tǒng)采用消息推送的方式實現(xiàn)報警功能，將主控制器與報警模塊相連，當電路中接入違規(guī)用電器時，負載總功率會提高，控制系統(tǒng)檢測到這一信號后，立刻控制報警模塊報警并跳閘，同時，系統(tǒng)會記錄下跳閘時間、房間號和負載類型。

繼電器模塊：

交流繼電器模塊則通過小電流的交流中間繼電器通過傳遞控制信號實現(xiàn)對大電流繼電器的控制。當電路中接入違規(guī)負載時，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)并可以直接將所寫的編程運行，卡片主板周圍有USB接口和以太網(wǎng)接口。樹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)進行處理和保存并上傳至云端，當經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后得出學生使用違規(guī)用電器的信息時，樹莓派控制電路斷開。

圖3-4樹莓派實物圖

數(shù)據(jù)顯示模塊與遠程控制：

PC機通過C語言程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)節(jié)點的繪制、動態(tài)顯示、查詢歷史數(shù)據(jù)和報警記錄。同時，在手機端有APP，學校宿舍管理人員可以通過訪問APP實現(xiàn)查詢與遠程控制，當學生使用違規(guī)用電器時，宿舍管理人員可以通過手機APP實現(xiàn)寢室斷電。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)上電后，進行各端口初始化，搜索并加入網(wǎng)絡(luò)，定時讀取寢室用電信息，將用電信息保存并上傳，進行數(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)送報警信號并做出相應(yīng)的響應(yīng)；若無安全隱患，則繼續(xù)讀取用電信息并上傳至云端。循環(huán)此過程。系統(tǒng)程序流程圖如圖3-5所示。

審核編輯 黃昊宇