一种宿舍楼用电管理系统

摘 要：现今高等院校宿舍楼用电管理粗犷低效，造成电能浪费现象严重，这里基于现代智能家居与物联网概念，提出一套宿舍楼用电管理系统。这套系统下，每个用电器可以被精确控制，管理人员可以通过预先设定的设定的程式进行节电管理，从而实现精细化的智能节电管理。

关键词：宿舍楼，电能浪费，物联网，管理系统

1 宿舍用电管理系统现状

如今节能环保的概念深入人心，我国高等院校的公寓智能用电系统仍然以一种比较传统的方式运行并管理，这不仅造成了学生日常生活上的不方便，而且间接导致的粗犷式的管理方式造成了大量的能源浪费。比如，对于管理严格的公寓，一般会采取定时拉总闸限电的措施，但是对于没有断电复位的宿舍照明系统来说，在第二天恢复供电的话会造成大量的日光灯和台灯空亮，造成大量电能浪费；对于高校学生公寓管理一般比较宽松，但是就会出现不少宿舍因为粗心导致人走后日光灯空亮，造成能源浪费；对于有空调的宿舍普遍存在大夏天盖着被子吹空调，而且不少晚上吹一夜吹感冒的现象；对于楼层里的公共厕所，好多公寓选择让其照明灯彻夜长亮，管理者希望学生去及时关闭这些灯，但是学生因为不方便或者疏忽，往往都没这样做。于是，现在迫切需要一套新型用电管理体系，来改善這些现状。

2 智能化的用电管理系统

针对这些电能浪费现象，传统意义上的人工管理是无能为力的，要从本质上改变这种现状就要引入新型的系统化，精确化，自动化的用电管理体系，而这正好符合现代物联网和智能家居的概念。为了改变这种浪费电能的现状，并且同时方便学生日常生活，这里设计了一套宿舍楼智能管理系统。在这套系统下每个用电器将被经过简单改造，加装单片机MCU、通信模块和各自的控制器，例如继电器等。再在楼内通过搭建相应的无线局域网，让每个电器能够被精确控制。系统面向学生和管理者两类用户群体，他们均能利用自己移动终端进行不同形式的控制。在这个构架下，科学人性并且节能的管理方式变成了可能。基于此一些公寓拉闸限电的粗暴方式可以变为遥控日关灯、插线板限电，并降低用户端控制优先级，第二天恢复供电变成重新升高用户端控制优先级；对于粗心忘关灯同学，可以在教室发现并且远程关掉；对于常亮的厕所照明灯，可以变成深夜关掉，并开放用户端控制权限；对于空调耗电问题，可以变为深夜强制开睡眠模式，节电同时保证舒适性。这样就可以最大程度上改变目前宿舍楼电能浪费的现状。

3 智能系统节能效果分析

以西北某大学某宿舍楼为例。宿舍楼内里统一安装的灯是28w，晚上11点30分熄灯，早上6点30分通电，学生7点30分起床关灯（有的学生在前一天晚上忘记关灯，第二天起床才关，有的甚至灯亮一整天，因学生起床时间不定，这里平均按7点30分），这样就浪费一个小时的电能。如果使用此智能管理系统开关，一个灯就可以节约0.028kw，每个房间里有两个灯棒，四个小房间组成一个大宿舍，一层有37个大宿舍，共有六层楼，就可以节约49.728kw。假设平均一个宿舍一个星期有一天晚上忘记关灯，一学期18周，可以节约电能895.104kw。

每个大宿舍有两个卫生间，一个客厅和一个洗漱台，公共区域共有5个灯，每个灯10w。这些灯基本从下午放学有人回到宿舍亮到第二天早上学生起床，仍按前述方法取学生早上起床时间为7点30分；5点40分放学，取回到宿舍时间为6点。中间有13.5小时，一层楼可以节约电能24.975kw，一栋楼可以节约电能149.85kw。一周七天，一学期18周，一栋楼可以节约电能18881.1kw。

每层楼楼道有22个小灯，每个灯3w，有四个热水供应区，一个供应区有三个灯，每个灯10w，这些灯基本24小时常亮，如果让这些灯只从下午6点工作到第二天早上7点，一个灯可以节约11个小时电能，一层楼节约2.046kw电能，一栋楼一学期节约1546.776kw电能。

综上，使用智能宿舍管理系统后星天苑B座一学期节约电能总共至少21322.98kw。由此可见该节电系统在宿舍楼用电节能减排方面成效显著。

4 系统总体方案设计

本系统是以ARM嵌入式系统、51单片机为基础，利用无线传感器技术、信号处理与通信技术实现。系统的服务器采用的是ARM构架下的树莓派3B，中继和改装设备选用的MCU是体积小巧功能强大的STC15W408AS，无线通信模块选择的是频率较低，穿墙性好的433M通信模块。

系统按照功能结构可以分为应用层、网络层和感知层三部分。系统应用层包含学生用户端的手机应用程序和楼管管理端的网页，手机端可以通过附近的蓝牙转433M模块在宿舍直接实现对用电器的控制，通过网页端可以实现远程控制和设定后台自动控制，管理员可以管理所有的管理权限。网络层中，用树莓派开发板搭建的服务器实现宿舍内部网络和外部网络的连接和数据交换，同时也运行着所有后台控制程序；用STC15W408AS和433M通信模块搭建的中继网络节点构成的蜂窝状网络搭建了楼内的433M通信局域网；用蓝牙和和433M通信模块构成的通信节点使手机控制端能够直接嵌入楼内通信网络。感知层包含各种用STC15W408AS和433M模块改造的各种设备，比如，加上继电器的遥控灯、插线板，温湿度显示器，遥控空调遥控器和其他待开发的设备，通过对这些设备的优化控制实现节电效果。

5 结语

如今，各式节电理念甚至节电算法层出不穷，但是缺乏一个真正的实现平台，而这套智能节电管理系统的提出设计正是希望能够去填补这块空白，为推动高校节能减排尽力。

参考文献

[1]邓自军. 基于433M模组局域网协议的设计与实现[D].北京邮电大学，2012

[2]陈慕雷. 基于多模传输协议的智能家居网关开发[D].西北工业大学.2014

[3]Jeffrey L. Carrell.TCP/IP协议原理与应用.北京： 清华大学出版社，2014.1

[4]李晓卉.智能家居无线传感器网络路由.北京： 电子工业出版社，2014.3

作者简介

杜紫岩（1996-），女，汉族，西北工业大学动力与能源学院自动化专业2014级学生。