唐家興++范彬

摘要：為了對大學生寢室進行更好人性化、智能化的改造隨以及隨著太陽能各類產(chǎn)品的不斷改進和創(chuàng)新，光能、校園、寢室結合的一體化技術將日益成熟。提出了“基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能寢室”。在智能化且信息化的當今社會，設計基于太陽能發(fā)電的智能寢室系統(tǒng)不但能夠給大學生帶來無限的幫助和歡樂，而且可以令他們的生活更為豐富和安全。通過結合實例，并對所做模型和計算方法進行了仿真分析，證明了模型的可行性和算法的有效性。

關鍵詞：智能寢室；宿舍用電；光伏發(fā)電；太陽能

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0169-02

隨著太陽能各類產(chǎn)品的不斷改進和創(chuàng)新，光能、校園、寢室結合的一體化技術將日益成熟。在智能化且信息化的當今社會，設計基于太陽能發(fā)電的智能寢室系統(tǒng)不但能夠給大學生帶來無限的幫助和歡樂，而且可以令他們的生活更為豐富和安全?？茖W技術迅速發(fā)展，智能化系統(tǒng)現(xiàn)已普及到世界的每個角落，大學寢室的智能應用也早已問世。對大學生寢室進行智能化、人性化的改造是當前面臨的一個主要問題。目前大學生寢室使用的電能，多為火力發(fā)電，需要燃燒煤炭等一次能源。太陽能作為一種清潔無污染的新能源，發(fā)展前景十分寬廣，光伏發(fā)電已經(jīng)成為全球發(fā)展最快的發(fā)電技術之一。如何基于光伏發(fā)電來構建智能寢室的供電系統(tǒng)是當前研究的熱點問題之一。本項目將智能寢室的設計概念與光伏發(fā)電系統(tǒng)相結合，著重開展基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能寢室系統(tǒng)的設計與研究，通過對此系統(tǒng)的整體設計以及智能系統(tǒng)電路的改進，能夠?qū)崿F(xiàn)將光能轉化為電能并通過蓄電池儲能，創(chuàng)建的“綠色”的智能寢室！智能寢室的設計概念與光伏智能寢室設計的概念大相徑庭，本次所做的智能寢室系統(tǒng)是針對智能寢室的一些功能進行裁剪和壓縮，以便適應寢室自動化控制的需求。這就像嵌入式系統(tǒng)與個人電腦的操作系統(tǒng)的區(qū)別。

1 倡導清潔能源，優(yōu)化智能寢室

智能寢室（Smart Class room）以大學生寢室為平臺，兼?zhèn)浣ㄖW、智能化、自動化等技術于一體的安全、高效、便利、舒適的寢室生活環(huán)境。智能化寢室的技術通過自定的網(wǎng)絡協(xié)議，讓網(wǎng)絡系統(tǒng)中的各個設備都可以實現(xiàn)資源共享。我們努力做到其布線簡單、功能貼心，擴展便捷并讓被同學們廣泛接受和應用。智能寢室不再是一幢被動的學生宿舍建筑，相反，成了幫助同學們盡量節(jié)省時間，利用時間的工具，同時使之更為舒適、安全、高效和節(jié)能。它可以通過互聯(lián)網(wǎng)等信息通信技術，來實現(xiàn)對寢室用電器等的智能控制，使其能夠不論距離的遠近，按照人們的設定工作運行。以往的智能寢室系統(tǒng)現(xiàn)在主要圍繞著“宿舍”來進行，然而對于廣大學生來說，宿舍就是學生的“家”。同時保護環(huán)境，節(jié)約能源與我們身邊每一個人都息息相關，我所設計的智能宿舍系統(tǒng)就是智能化控制學生宿舍的一套解決方案，為優(yōu)化宿舍環(huán)境，環(huán)保節(jié)能而設計。光伏發(fā)電的投入因為它巨大的發(fā)展前景，將會成為智能寢室發(fā)展過程中的一個比較貼合實際的突破口，并對智能寢室發(fā)展具有重大意義。智能化控制與節(jié)能模塊是智能寢室的兩大特點。其中智能化控制包括電器設備的控制及數(shù)據(jù)采集、集中、遠距離異地（ 通過電話或Internet）的監(jiān)視、遙控等。我們希望將智能化控制方案應用到學生寢室中，提高學生的生活質(zhì)量。進入宿舍寢室時進門刷卡，屋子內(nèi)的燈光自動開啟；想學習了，自動調(diào)節(jié)出最健康的燈光色溫；通過戶外與室內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)的比較，來實現(xiàn)室內(nèi)溫度自動化控制。比如當戶外傳感器檢測到陰天下雨時，數(shù)據(jù)將通過天線傳給室內(nèi)傳感器，設備就會提高電燈的亮度。如果夏天室內(nèi)空氣悶熱干燥，可啟動加濕器，還可將窗戶自動打開，離開宿舍，可自動開啟安防系統(tǒng)，實現(xiàn)防火、防盜等功能；在戶外的時候，只需要你輕點手機，就可以對寢室實進實時查看與控制，還可接收寢室通過互聯(lián)網(wǎng)推送的信息。

2 功能特點

（ 1） 通過光伏發(fā)電為寢室進行電能供應。

（ 2） 可實時檢測電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等電力參數(shù)。

（ 3） 支持對 3 個輸出回路（ 如照明、插座、空調(diào)） 作獨立控制。

（ 4） 支持預付費控制、負載識別控制、時間控制、強制控制等 4 種邏輯控制功能。

（ 5） 可查詢各種日志記錄。

（ 6） 累加計量總用電量，遞減計量剩余電量。

3 硬件設施布控

此智能寢室系統(tǒng)采用了“多源”控制，有“Web網(wǎng)頁遠程控制”、“按鍵控制”、“系統(tǒng)自動控制”，多種控制相結合，以便適應同學們便捷，高質(zhì)量的生活需求?！癢eb網(wǎng)頁遠程控制”，是指在離開服務器以后，通過互聯(lián)網(wǎng)登陸運行在特定服務器上的網(wǎng)站，然后再去查看，管理當前設備的運行；“按鍵控制”，只需要點擊網(wǎng)頁上相對應的按鈕，便能夠輕輕松松的控制家中的設備機組，打開或關閉，以致達到遠程操控的功能?！跋到y(tǒng)自動控制”是指系統(tǒng)的核心部分能夠根據(jù)外界傳感器所收集的環(huán)境信息（如濕度，溫度等）與個人用戶設定的能夠使人可以較為舒適的環(huán)境作比較，再根據(jù)對比結果對相應的設備進行調(diào)節(jié)控制，以保證舒適值，來為用戶提供一個良好的恒溫環(huán)境。

3.1 繼電裝置模塊

繼電器是用較小的電流，控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。它是一種電子控制器件，既具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）又有被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中。

3.2 溫度傳感器裝置模塊

本溫度采集裝置采用了DS18B20溫度傳感器，它的特點如下： 在與微處理器連接時僅需要一條口線便可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。

3.3 濕度控制裝置模塊

例如由MCGS組態(tài)軟件進行分析由溫度傳感器采集當前的溫度信息，再送到采集模塊中進行轉換，通過與預設值進行對比，決定加濕器的水閥開度，使室內(nèi)濕度保持在一個宜人且恒定的范圍。

3.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)

應用光伏新能源技術為智能寢室提供可用的電能，戶外傳感器安裝太陽能（單晶硅or多晶硅）板供電，即用太陽能板發(fā)電連接蓄電池進行儲能，環(huán)保，且節(jié)省電能。優(yōu)先選用能源電池為寢室提供電能。合理限制用電使用量。同時設計了室內(nèi)、戶外兩個傳感器。檢測室內(nèi)外空氣質(zhì)量。

4 軟件設計

不斷完善智能寢室的功能。開放APP，植入手機客戶端，實現(xiàn)智能人性化，比如“一鍵關閉”功能。當你啟用這個，智能寢室將觸發(fā)30秒的延時，同時幫你關閉正在運行的電器并打開寢室門，這將為你離開寢室提供充足的時間，延時結束后，防盜系統(tǒng)將自動開啟等。主程序流程主程序作根據(jù)時間片及事件的觸發(fā)條件來管理各個不同的功能模塊。

4.1負載限制與識別法

當學生使用違規(guī)電器（過負載用電設備）時，易發(fā)生電器火災等安全事故，對學生的生命和財產(chǎn)安全造成影響； 當學生使用過多的常規(guī)電器，但累加用電負荷過高，同樣會造成安全事故。因此，該管理終端從最大功率限制和惡性負載識別兩方面需求出發(fā)來確定負載控制結果，以保證寢室的用電安全，防止惡性事件發(fā)生。最大功率限制的方法不難，假如所有負載的功率且超過總功率最大值，就可以判斷為功率超額，然后切斷宿舍供電回路。對于惡性負載的判斷，假如也采取判斷總功率的方法，便不能對其準確識別。測試純阻性（小功率）惡性負載的工作特性時，會發(fā)現(xiàn)它的功率因數(shù)偏高。在宿舍總用電回路總功率超額時，功率因數(shù)增量超過最大設定值，則情況為惡性負載接入。如果直接測試宿舍總供電回路，功率因數(shù)不會太高，所以設計終端采用“增量判斷法”，即用電回路功率因數(shù)增量來進行實時檢測，作為依據(jù)以判斷是否為惡性負載。

4.2邏輯控制模塊

4.2.1負載控制

可以識別惡性負載，并快速地作出響應，終端為宿舍用電總回路提供負載控制。

4.2.2強制控制

有時，高校在有大型活動需要用電安排時，需要統(tǒng)一對各宿舍回路做的斷送電處理，這一情況便通過強制控制功能實現(xiàn)；高校宿舍暑假假期時，有部分宿舍會安排給留校學生和相關管理人員，這些宿舍通常是沒有負載、時間限制且不切斷供電，根據(jù)此種情況，將開啟強制控制功能，使其他的控制功能暫時關閉；另外由于高校學生較多，為統(tǒng)一安排作息，需統(tǒng)一按時通/斷電。通常6： 00 ～ 7： 30 為學生早晨起床洗漱時間，應保持照明系統(tǒng)開放并將插座回路處于通電狀態(tài)； 周末 8： 00 ～ 23： 00，學生休息不上課，大多數(shù)時間都會留在宿舍，此時應保證所有相關回路處于供電狀態(tài)。方便學校管理部門根據(jù)實際情況在不同的時刻控制不同的回路通/斷電，系統(tǒng)終端為插座、照明、空調(diào)回路均提供兩套獨立的控制時表，以滿足定時控制管理的相關要求。

4.2.3模式控制

將所有電器集中在一起控制，為避免使系統(tǒng)的操作變得復雜，其中的模式無需過多，在具體的設計中只需將幾種常用的情況（場景）設為固定的模式控制便可以，此設計中有自動（手動）模式，季節(jié)模式，其中的自動（手動）模式是由MCGS組態(tài)軟件根據(jù)預設傳感器自動控制空調(diào)機組來實現(xiàn)的；季節(jié)模式是根據(jù)不同的氣象環(huán)境通過室內(nèi)外溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行對比，來設置室內(nèi)的溫、濕度；冷、熱水機組是通冰水還是通熱水，皆可設定。在硬件上，網(wǎng)關、室內(nèi)傳感器包、室外傳感器包、床 （下轉第176頁）

（上接第170頁）

位節(jié)點、調(diào)光燈、無線插排成為組成部分。利用單片機的技術實現(xiàn)對門、窗、燈、箱柜等家具的智能控制。開發(fā)板與各部分的對接，組建網(wǎng)絡，外觀設計、建模及打樣。

4.2.4預付費控制

終端配合遠程預付費售電管理系統(tǒng)可實現(xiàn)先交費后用電的功能。學生可根據(jù)宿舍用電情況自行充值，以保證宿舍正常用電。當學生用完充值的電能后，終端會自行切除供電。學生若及時充值，可及時恢復供電。

5 結束語

該學生宿舍應用光伏發(fā)電提供電能為基礎，能夠有效節(jié)約電能，用電管理終端具備控制、監(jiān)測、計量等等功能，可以降低學校等管理方電費收取難度的問題，提高校方工作效率，實現(xiàn)優(yōu)化運行，還可以為用戶的合理管理提供重要數(shù)據(jù)，方便校方管理，讓學生寢室環(huán)境變得智能、舒適、安逸。

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