智慧校園安全用電監測系統方案

引起校園電器火災隱患的原因主要有過負荷火災、短路火災和漏電火災三種方式。本系統應用物聯網和云平臺技術對學校用電情況進行分析監控，有效地預防火災的發生。

圖1-1智慧校園安全用電監測系統總體架構

圖1-1為系統的總體架構，系統在工作時，每個房間的智能用電檢測器定時讀取宿舍的用電數據。每層樓上安放一個寢室樓層監視器，方便宿舍管理員發現用電問題。學校控制中心則將寢室的用電信息匯總。

寢室智能用電智能監測器將數據上傳至宿舍管理員處的寢室樓層監視器，隨后，寢室樓層監視器再將數據上傳至云端存儲并做大數據分析。校園控制中心可以直接訪問云端獲取用電數據，也可以通過寢室樓層監視器獲取用電數據。

3.智慧校園安全用電監測系統軟硬件設計

系統硬件設計

寢室智能用電監測器用來監控寢室用電信息、進行無線通訊和執行命令的操作，其總體設計框圖如圖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寢室智能用電監測器的總體框圖

采集模塊：

系統采用IM1277單相互感式電能質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。采集模塊的電路圖如圖3-2所示。220V電壓經過電壓互感器和電流互感器處理，變為較小的電流信號并通過電路傳到電能計量芯片，將模擬信號轉換為數字信號，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：

系統采用消息推送的方式實現報警功能，將主控制器與報警模塊相連，當電路中接入違規用電器時，負載總功率會提高，控制系統檢測到這一信號后，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對大電流繼電器的控制。當電路中接入違規負載時，在控制系統的“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：

樹莓派作為系統的控制中心，可安裝操作系統并可以直接將所寫的編程運行，卡片主板周圍有USB接口和以太網接口。樹莓派控制所采集的內容以及電路的狀態，將采集到的用電數據進行處理和保存并上傳至云端，當經過數據分析后得出學生使用違規用電器的信息時，樹莓派控制電路斷開。

圖3-4樹莓派實物圖

數據顯示模塊與遠程控制：

PC機通過C語言程序實現數據節點的繪制、動態顯示、查詢歷史數據和報警記錄。同時，在手機端有APP，學校宿舍管理人員可以通過訪問APP實現查詢與遠程控制，當學生使用違規用電器時，宿舍管理人員可以通過手機APP實現寢室斷電。

系統軟件設計

系統上電后，進行各端口初始化，搜索并加入網絡，定時讀取寢室用電信息，將用電信息保存并上傳，進行數據分析處理；若存在安全隱患或使用違規用電器，則發送報警信號并做出相應的響應；若無安全隱患，則繼續讀取用電信息并上傳至云端。循環此過程。系統程序流程圖如圖3-5所示。

圖3-5系統程序流程圖

根據中國消防統計的壹捌柒零陸壹陸零零壹伍，近五年的2314起全國學生宿舍火災，使用違規用電器是引發學生宿舍火災的主要因素，所以，加強學校消防安全工作，對預防和減少校園火災的發生具有十分重要的意義。現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，當用電超過負荷時斷電，此種方法設置簡單，但是無法對電氣事故進行詳細分析。本系統針對以上問題，應用物聯網和云平臺技術，對學校用電情況進行智能化分析監控，在每間寢室安裝智能用電監測器，并將用電參數以直觀的數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，當學生使用違規用電器時，系統能自動識別違規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用電器，這將是對電氣火災的有效預防。

審核編輯 黃昊宇