学生公寓智能断电系统的设计研究
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摘 要：学生用电安全意识薄弱，宿舍内漏电、超负荷用电、违规用电等现象时有发生，尤其是在宿舍没有人的情况下，更容易发生电气火灾。针对这个问题，本研究以“人走断电”的设计理念，从技术方面实现了宿舍供断电的智能管控，对预防宿舍电气火灾，规避宿舍用电风险起到一定的作用。
关键词：学生公寓 用电管理 人走断电
学生公寓作为学生日常生活和休息的场所，是消防安全的重點场所。目前，大部分学生公寓，普遍采用自动化控制的用电管理系统。与从前的人工管理模式相比较，自动化程度有了较大的改进，实现了电力计量、远程控制、功率限制等功能，安全隐患也相对减少。但是反限电插座、小功率的违规电器也随之出现，宿舍无人情况下充电、用电情况非常普遍。
一、学生宿舍用电安全现状
（一）宿舍用电安全风险情况
学生宿舍内的用电安全风险主要来自违章电器和违规充电两方面。首先是学生在公寓内使用劣质电器和大功率电器。包括电炉、电热杯、电熨斗、电热棒、电饭煲、电饼铛、电磁炉、电褥子、电热宝、电梳子、烫发器、应急灯、反限电插座、鱼缸加热棒。有的学生缺乏社会经验，贪图便宜购买劣质电器在宿舍使用;有的学生存在侥幸心理，认为在宿舍使用违章电器没有危险。所以，在宿舍使用违章电器的情况屡禁不止，有时出现几人同时使用的情况，使电线超负荷，很容易造成短路引起火情。其次，是在宿舍内违规充电。如今，电动车在校园内十分普遍，学生为了方便，偷偷将电池拿到宿舍进行充电，或者将从宿舍私拉电线给电动车充电。充电时如果线路短路产生火花，一旦燃烧，3分钟火焰温度即可达1200℃，且电动车车体可燃材料易产生有毒气体，毒烟以每秒1米的速度快速向上，迅速蔓延诱发亡人火灾事故。短路引起火情。还有的学生为了方便，将手机充电器等在上课时间直接插在插座上，在无人看管的情况下，极易引发充电器爆炸等事故。
（二）宿舍用电管理方式情况
以往，高校对学生宿舍用电一般采取统一管制。最早靠宿舍管理员人工手动控制闸刀开关对宿舍进行供电、断电，后来逐渐发展为利用“空气开关+可编程时间控制器+接触器”的定时自动控制，按照学校作息制度及其他相关规定在一定时间段内向宿舍供电。近几年，为方便学生的生活和学习，一些高校不再限制学生宿舍的用电时间。在这种情况下，学生在宿舍用电的时间和频率不断增加，虽然这种做法方便了学生，但却大大增加了产生电能浪费，供电设备过载或短路等电气问题的可能性，不仅造成能源浪费，影响正常供电，甚至还埋下了火灾和触电等安全事故的隐患。
目前，大多数高校学生宿舍都配备智能电表，实现远程售电、远程控制和功率限制等功能，但无法根据每个宿舍的情况分别控制宿舍用电，无法实现宿舍无人情况下的供断电控制。
二、智能断电系统设计
（一）设计理念
宿舍有人的情况下发生火情，一般都能被学生及时扑灭，不会造成损失。而宿舍没有人的情况下发生火情，被发现时火势已经很难控制，容易造成较大事故。智能断电系统以“人走断电，来人供电”为设计理念。当系统识别到宿舍成员全部已出学生公寓楼后，会将该宿舍标记为无人宿舍，然后向电表系统发出拉闸指令，对相关学生宿舍进行断电;当系统识别到该宿舍有1名及以上成员进入公寓楼后，则向电表系统发出合闸指令，恢复宿舍正常供电。既不影响学生使用宿舍电源，又从源头上消除了无人情况下宿舍电气火灾隐患。
（二）系统构成的基础
1.可以识别宿舍成员在楼内还是在楼外。以学生进出楼的闸机刷卡记录为数据基础，公寓闸机系统可实现一人一卡进出公寓，不但有效防止了尾随入楼的情况，同时也为控制断电提供了数据基础。
2.学生宿舍安装可远程控制的电表，可以远程接受系统发出的供断电指令。目前，大多数学校的宿舍电表都可以实现远程控制，一般还具有双路计量、多路控制、恶性载荷判断等功能。
3.有学生住宿管理信息系统，用来有效识别宿舍内有无学生。
（三）系统实现
1.实现数据交互。智能断电系统通过系统设计，将学生公寓管理信息系统、闸机管理系统、智能电表管理系统三个系统有机结合，实现信息互通，进而实现智能供断电。对三个系统交换数据，采用了mysql数据库，按照权限对中间库直接操作的办法来解决大数据量的交互。
2.系统工作流程
闸机系统通过刷卡或人脸识别获得进出人员身份信息后，通过下位机进行身份核对，当确认人员有进出权限后，通过控制电机打开闸翼允许人员通过，并通过11组光电的遮挡顺序，判断出人员的进出方向，当判断实际人员进出方向与获得身份权限终端一致时，闸翼打开直至人员通过闸机。
当外部设备通过中间库（宿舍信息）获取宿舍相关信息，识别出某一宿舍的全部学生刷卡（刷脸）已出，则在与学生用电管理系统对接的中间库中写入宿舍信息、指令代码等，用电管理系统定时扫码中间库，按照这些信息对电表进行拉闸操作，从而完成该宿舍无人智能断电过程。反之，当闸机系统识别到该宿舍有一名学生刷卡（刷脸）已进，电表系统则进行合闸操作，即立刻给电的功能。购电程序每隔一定时间执行相关指令，对电表进行操作。因操作会存在失败，因此有操作次数，达到一定操作次数将不再下发指令，需重新插入相关操作。
三、研究意义
学生公寓智能断电系统应用计算机及互联网技术，实现学生宿舍电控的智能化管理，该系统在安全用电和合理开放用电之间找到了很好的结合点，既体现了学生的主体地位，有提高了用电的安全性。从源头上消除了无人情况下学生宿舍电气火灾的安全隐患。在学生公寓用电安全管理和防火工作中起到了积极作用，提升了学生公寓的安全指数，保障了学生公寓的安全。
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