基于ZigBee技术的高校宿舍楼用电安全的应用

时间：2021-10-15

沈建伟

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：高校宿舍楼用电是校园电能消耗的重要组成部分，学生在追求宿舍舒适环境的同时也造成了电能浪费的现象。

宿舍内大功率设备的使用，宿舍内“无人灯”“无人风扇”等现象，尤其是大功率设备的使用也会使得宿舍出现一定的安全隐患。本文介绍了基于ZigBee无线网络技术下，通过终端节点采集宿舍内的传感器数据，从而实现宿舍楼内宿舍楼用电的智能控制，达到节约电能及消除用电安全隐患的目的。

关键词:ZigBee技术；传感器；智能控制

0引言

通过对高校宿舍用电情况分析发现，宿舍内用电比例在高校电能能耗中的比例有所提高。

据调查高校学生在用电行为方面存在以下问题：个体较少购买节能、节电产品；宿舍成员间无明显的制止用电浪费行为。如何能有效地促进高校宿舍用电节能，各高校也在采取各种措施应对。照明线路的控制主要可以分为有线控制和无线控制，基于无线通信技术的照明控制系统布线简单，可扩展性强。目前室内通信比较主流的技术有蓝牙、ZigBee技术、WiFi技术等。对宿舍楼内各房间用电照明进行远程监控和管理。本文将介绍基于ZigBee技术的组网设计，将宿舍内各方面照明用电系统进行组网，并通过WiFi技术与PC机端相连，从而可以实现对整个宿舍楼各个照明节点的远程协助控制。

1系统控制的整体方案设计

1.1手动控制模式

为了便于检修，宿舍回路的通断采用了自动及手动控制两种方式，通过电气柜上的转换开关进行切换，如图1所示，当QF闭合情况下，转换开关的触点2接通时，宿舍内照明的通断主要由手动开关S控制。手动控制完全独立于自动控制，这便于物业管理人员对回路进行检修。

1.2自动控制模式

当转换开关的触点3接通时，宿舍用电回路处于自动状态。自动控制在控制方面可以设计为无线控制与时间控制共同控制，当无线控制出现故障是，可以采用时间控制进行自动控制。控制电路如图2所示。

图1手自动控制电路

1.3无线网路控制整体设计方案

目前无线网路传输技术有很多种，而ZigBee技术以低功耗、低成本、通信时延短、网络容量大、传输数据可靠、安全性高等多方面优势，在短距离无线网路传输中占据越来越强的优势。常用的蓝牙、WiFi、ZigBee技术比较如表1所示。

表1近距离无线通信技术比较表

3系统软件设计

软件设计是在硬件设计的基础上进行的，它是实现系统功能的重要环节。系统节点设计可以基于TI公司开发的Z-stack协议栈作为开发模板。TI的Z-stack装载在一个基于IAR开发环境的工程里，强大的IAREmbeddedWorkbench除了提供编译下载功能外，还可以结合编程器进行单步跟踪调试和监测片上寄存器、Flash数据等。Z-Stack是采用操作系统的思想来构建，事件发生时，唤醒系统，开始进入终端处理事件，结束后进入低功耗模式，此种软件构架可以降低系统的功耗。整个Z-stack的主要工作流程，大致可以分为系统启动、驱动初始化、OSAL初始化和启动，进入任务循环几个阶段。

图6主程序流程图

根据时钟程序判断时间段，在熄灯期间，照明灯处于关闭状态，白天时宿舍内的照明实现自动控制，同时终端传感器设备将采集的数据传输至控制中心的PC机内，实现宿舍管理员对宿舍内用电情况观测，并进行远程监控的功能。

4安科瑞AcrelCloud-3200预付费水电云平台

4.1系统方案

系统为B/S架构，主要包括前端管理网站和后台集抄服务，配合公司的预付费电表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用户计量箱ADF300L系列，实现电能计量和电费管理等功能。另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。

4.2系统功能

AcrelCloud-3200预付费水电云平台由云平台-网关-预付费电能表组成，通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控、控制及短信报警等功能。

本系统适用于一些大集团和大物业，往往需要将多个物业环境、分散于各地的物业集中式收费和管理，面临着数据公网传输，财务操作分散，在线支付，总部财务扎口等复杂的需求。

远程集中抄表：抄表信息通过网关实时上传到云平台，快速便捷，免去人工抄表。

水表预付费:可是查看某区域水表的实时状态信息，并可以进行单表或批量设置水价控阀等操作。

远程售电:财务集中管理，电量实时下发，并比对充值次数，方便快捷。

能耗分析:用户和管理员都可查询预付费表或管控表每天的用能状况；可提供能耗分析+财务轨迹一体式综合管理报表，包含用户表的能耗、财务数据、能耗和财务的期初期末值等数据。