智慧校园安全用电监测为学校用电保驾护航——安科瑞 严新亚

智慧校园安全用电监测系统方案

引起校园电器火灾隐患的原因主要有过负荷火灾、短路火灾和漏电火灾三种方式。本系统应用物联网和云平台技术对学校用电情况进行分析监控，有效地预防火灾的发生。

图1-1智慧校园安全用电监测系统总体架构

图1-1为系统的总体架构，系统在工作时，每个房间的智能用电检测器定时读取宿舍的用电数据。每层楼上安放一个寝室楼层监视器，方便宿舍管理员发现用电问题。学校控制中心则将寝室的用电信息汇总。

寝室智能用电智能监测器将数据上传至宿舍管理员处的寝室楼层监视器，随后，寝室楼层监视器再将数据上传至云端存储并做大数据分析。校园控制中心可以直接访问云端获取用电数据，也可以通过寝室楼层监视器获取用电数据。

3.智慧校园安全用电监测系统软硬件设计

系统硬件设计

寝室智能用电监测器用来监控寝室用电信息、进行无线通讯和执行命令的操作，其总体设计框图如图3-1所示。包括采集模块、报警模块、继电器模块和控制模块。

图3-1寝室智能用电监测器的总体框图

采集模块：

系统采用IM1277单相互感式电能质量检测仪采集电量信息，能够完成电能测量、采集及传输，准确高精度地测量单相交流电压、电流、功率、电流及总电量等电参数。采集模块的电路图如图3-2所示。220V电压经过电压互感器和电流互感器处理，变为较小的电流信号并通过电路传到电能计量芯片，将模拟信号转换为数字信号，然后通过串口送入树莓派控制中心。

图3-2电量采集电路

报警模块：

系统采用消息推送的方式实现报警功能，将主控制器与报警模块相连，当电路中接入违规用电器时，负载总功率会提高，控制系统检测到这一信号后，立刻控制报警模块报警并跳闸，同时，系统会记录下跳闸时间、房间号和负载类型。

继电器模块：

交流继电器模块则通过小电流的交流中间继电器通过传递控制信号实现对大电流继电器的控制。当电路中接入违规负载时，在控制系统的“指挥”下完成继电器-继电器的控制，使电路断路。

图3-3继电器电路图

控制模块：

树莓派作为系统的控制中心，可安装操作系统并可以直接将所写的编程运行，卡片主板周围有USB接口和以太网接口。树莓派控制所采集的内容以及电路的状态，将采集到的用电数据进行处理和保存并上传至云端，当经过数据分析后得出学生使用违规用电器的信息时，树莓派控制电路断开。

图3-4树莓派实物图

数据显示模块与远程控制：

PC机通过C语言程序实现数据节点的绘制、动态显示、查询历史数据和报警记录。同时，在手机端有APP，学校宿舍管理人员可以通过访问APP实现查询与远程控制，当学生使用违规用电器时，宿舍管理人员可以通过手机APP实现寝室断电。

系统软件设计

系统上电后，进行各端口初始化，搜索并加入网络，定时读取寝室用电信息，将用电信息保存并上传，进行数据分析处理；若存在安全隐患或使用违规用电器，则发送报警信号并做出相应的响应；若无安全隐患，则继续读取用电信息并上传至云端。循环此过程。系统程序流程图如图3-5所示。

图3-5系统程序流程图

根据中国消防统计的壹捌柒零陆壹陆零零壹伍，近五年的2314起全国学生宿舍火灾，使用违规用电器是引发学生宿舍火灾的主要因素，所以，加强学校消防安全工作，对预防和减少校园火灾的发生具有十分重要的意义。现有的限制学生用电的方式是在电路中接入保险丝或者空气开关，当用电超过负荷时断电，此种方法设置简单，但是无法对电气事故进行详细分析。本系统针对以上问题，应用物联网和云平台技术，对学校用电情况进行智能化分析监控，在每间寝室安装智能用电监测器，并将用电参数以直观的数字或图像显示在宿舍管理人员和校园控制中心的电脑界面，当学生使用违规用电器时，系统能自动识别违规负载并切断学生所用电源，同时，宿舍管理人员和校园控制中心的电脑上收到使用违规用负载类型和学生寝室号的消息并做出处理，没收学生使用的违规用电器，这将是对电气火灾的有效预防。

审核编辑 黄昊宇