一種宿舍樓用電管理系統

摘 要：現今高等院校宿舍樓用電管理粗獷低效，造成電能浪費現象嚴重，這里基于現代智能家居與物聯網概念，提出一套宿舍樓用電管理系統。這套系統下，每個用電器可以被精確控制，管理人員可以通過預先設定的設定的程式進行節電管理，從而實現精細化的智能節電管理。

關鍵詞：宿舍樓，電能浪費，物聯網，管理系統

1 宿舍用電管理系統現狀

如今節能環保的概念深入人心，我國高等院校的公寓智能用電系統仍然以一種比較傳統的方式運行并管理，這不僅造成了學生日常生活上的不方便，而且間接導致的粗獷式的管理方式造成了大量的能源浪費。比如，對于管理嚴格的公寓，一般會采取定時拉總閘限電的措施，但是對于沒有斷電復位的宿舍照明系統來說，在第二天恢復供電的話會造成大量的日光燈和臺燈空亮，造成大量電能浪費；對于高校學生公寓管理一般比較寬松，但是就會出現不少宿舍因為粗心導致人走后日光燈空亮，造成能源浪費；對于有空調的宿舍普遍存在大夏天蓋著被子吹空調，而且不少晚上吹一夜吹感冒的現象；對于樓層里的公共廁所，好多公寓選擇讓其照明燈徹夜長亮，管理者希望學生去及時關閉這些燈，但是學生因為不方便或者疏忽，往往都沒這樣做。于是，現在迫切需要一套新型用電管理體系，來改善這些現狀。

2 智能化的用電管理系統

針對這些電能浪費現象，傳統意義上的人工管理是無能為力的，要從本質上改變這種現狀就要引入新型的系統化，精確化，自動化的用電管理體系，而這正好符合現代物聯網和智能家居的概念。為了改變這種浪費電能的現狀，并且同時方便學生日常生活，這里設計了一套宿舍樓智能管理系統。在這套系統下每個用電器將被經過簡單改造，加裝單片機MCU、通信模塊和各自的控制器，例如繼電器等。再在樓內通過搭建相應的無線局域網，讓每個電器能夠被精確控制。系統面向學生和管理者兩類用戶群體，他們均能利用自己移動終端進行不同形式的控制。在這個構架下，科學人性并且節能的管理方式變成了可能。基于此一些公寓拉閘限電的粗暴方式可以變為遙控日關燈、插線板限電，并降低用戶端控制優先級，第二天恢復供電變成重新升高用戶端控制優先級；對于粗心忘關燈同學，可以在教室發現并且遠程關掉；對于常亮的廁所照明燈，可以變成深夜關掉，并開放用戶端控制權限；對于空調耗電問題，可以變為深夜強制開睡眠模式，節電同時保證舒適性。這樣就可以最大程度上改變目前宿舍樓電能浪費的現狀。

3 智能系統節能效果分析

以西北某大學某宿舍樓為例。宿舍樓內里統一安裝的燈是28w，晚上11點30分熄燈，早上6點30分通電，學生7點30分起床關燈（有的學生在前一天晚上忘記關燈，第二天起床才關，有的甚至燈亮一整天，因學生起床時間不定，這里平均按7點30分），這樣就浪費一個小時的電能。如果使用此智能管理系統開關，一個燈就可以節約0.028kw，每個房間里有兩個燈棒，四個小房間組成一個大宿舍，一層有37個大宿舍，共有六層樓，就可以節約49.728kw。假設平均一個宿舍一個星期有一天晚上忘記關燈，一學期18周，可以節約電能895.104kw。

每個大宿舍有兩個衛生間，一個客廳和一個洗漱臺，公共區域共有5個燈，每個燈10w。這些燈基本從下午放學有人回到宿舍亮到第二天早上學生起床，仍按前述方法取學生早上起床時間為7點30分；5點40分放學，取回到宿舍時間為6點。中間有13.5小時，一層樓可以節約電能24.975kw，一棟樓可以節約電能149.85kw。一周七天，一學期18周，一棟樓可以節約電能18881.1kw。

每層樓樓道有22個小燈，每個燈3w，有四個熱水供應區，一個供應區有三個燈，每個燈10w，這些燈基本24小時常亮，如果讓這些燈只從下午6點工作到第二天早上7點，一個燈可以節約11個小時電能，一層樓節約2.046kw電能，一棟樓一學期節約1546.776kw電能。

綜上，使用智能宿舍管理系統后星天苑B座一學期節約電能總共至少21322.98kw。由此可見該節電系統在宿舍樓用電節能減排方面成效顯著。

4 系統總體方案設計

本系統是以ARM嵌入式系統、51單片機為基礎，利用無線傳感器技術、信號處理與通信技術實現。系統的服務器采用的是ARM構架下的樹莓派3B，中繼和改裝設備選用的MCU是體積小巧功能強大的STC15W408AS，無線通信模塊選擇的是頻率較低，穿墻性好的433M通信模塊。

系統按照功能結構可以分為應用層、網絡層和感知層三部分。系統應用層包含學生用戶端的手機應用程序和樓管管理端的網頁，手機端可以通過附近的藍牙轉433M模塊在宿舍直接實現對用電器的控制，通過網頁端可以實現遠程控制和設定后臺自動控制，管理員可以管理所有的管理權限。網絡層中，用樹莓派開發板搭建的服務器實現宿舍內部網絡和外部網絡的連接和數據交換，同時也運行著所有后臺控制程序；用STC15W408AS和433M通信模塊搭建的中繼網絡節點構成的蜂窩狀網絡搭建了樓內的433M通信局域網；用藍牙和和433M通信模塊構成的通信節點使手機控制端能夠直接嵌入樓內通信網絡。感知層包含各種用STC15W408AS和433M模塊改造的各種設備，比如，加上繼電器的遙控燈、插線板，溫濕度顯示器，遙控空調遙控器和其他待開發的設備，通過對這些設備的優化控制實現節電效果。

5 結語

如今，各式節電理念甚至節電算法層出不窮，但是缺乏一個真正的實現平臺，而這套智能節電管理系統的提出設計正是希望能夠去填補這塊空白，為推動高校節能減排盡力。

參考文獻

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[4]李曉卉.智能家居無線傳感器網絡路由.北京： 電子工業出版社，2014.3

作者簡介

杜紫巖（1996-），女，漢族，西北工業大學動力與能源學院自動化專業2014級學生。