基于物聯網的智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)

李 金 朱澤松 高玉春

（滁州職業(yè)技術學院，安徽 滁州 239000）

1 智能建筑及物聯網概述

智能建筑是在原有建筑的基礎上結合了現代先進的信息化技術，使得建筑更具有人性化，而智能建筑的人性化主要體現在建筑物的功能上。智能建筑的出現，不僅可以通過各監(jiān)控系統(tǒng)實現對建筑中各設備的便捷遠程管控，還為人們提供了更優(yōu)質的建筑環(huán)境。

物聯網的產生依托于互聯網和各類傳感裝置，通過數據采集傳遞分析，實現各類信息的交互。近年來，物聯網為智能建筑的發(fā)展發(fā)揮了積極作用?；谖锫摼W背景下的智能建筑已是一種新的趨勢，智能建筑配電設備和物聯網技術相互結合，一方面可以將配電設備相關標準、數據信息通過傳感器的采集傳輸到物聯網終端設備；另一方面，物聯網技術的發(fā)展也推動著智能建筑的進步。

目前，物聯網技術、大數據以及云計算等新技術的飛速發(fā)展，進一步拓展了智能建筑的發(fā)展空間，推動著智能建筑的升級，依托于新技術的智能建筑設備監(jiān)測系統(tǒng)，為提升設備管理效率有著重要意義。

2 智能建筑配電設備關鍵參數

在設計配電設備監(jiān)測系統(tǒng)之前，要事先掌握與配電設備安全有效運行的相關參數，這些參數要能充分體現配電設備的異常，并對配電設備安全管理提供重要參考依據。首先，應該考慮配電設備本身的因素。其中，影響配電設備安全可靠運行的組成部件有多個，那么設備自身的構成部件在運行過程中出現故障，則是導致設備異常的原因之一。經研究，配電設備多采用完全封閉的結構，設備發(fā)生故障時會產生更多的熱量積聚于設備中，會導致配電設備自身的溫度較正常運行時升高。因此，監(jiān)測溫度的變化對配電設備運行狀態(tài)提供著主要的依據。

另外，受配電設備周圍環(huán)境的影響，設備運行過程中，由于不斷的積污、雨雪天氣等環(huán)境變化，設備長期受潮，會引起配電設備內部電阻大小分布變化，從而導致設備工作電壓異常。也就是說，在配電設備運行過程中，智能建筑配電設備環(huán)境濕度過大也會對設備產生嚴重損害。因此，設備管理人員應能監(jiān)測到設備運行時配電設備周圍的環(huán)境濕度。

除此之外，為防止非專業(yè)人員對配電設備誤開操作導致觸電傷亡事故的發(fā)生，管理人員對智能建筑配電設備進行安全管理的過程中還應考慮配電箱柜門誤操作的相關因素，因此，在對供配電設備監(jiān)測過程中，應考慮能監(jiān)測到配電箱柜門的開關狀態(tài)。

所以，在本文設計的基于物聯網的智能建筑配電監(jiān)測系統(tǒng)中對配電設備關鍵數據的采集應當包含溫度與濕度、柜門開關狀態(tài)。

3 智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)設計

3.1 智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)主體架構

本項目設計的基于物聯網的智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)通過物聯網ZigBee技術（ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術）將采集到的溫度、濕度、柜門開關狀態(tài)數據采集，并傳輸到數據幀結構轉換成可以被5G（第五代通信技術）網絡發(fā)送的網關，此部分是整個系統(tǒng)實現與用戶監(jiān)控站PC端通信的關鍵。最后，通過服務器將發(fā)送過來的配電設備環(huán)境信息進行整合分析。圖1為基于物聯網的智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)主體架構。

圖1 基于物聯網的智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)主體架構

3.2 智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件設計

對于智能建筑而言，整個智能建筑群的配電設備通常有多個，在設計配電設備監(jiān)測系統(tǒng)的時候需要把這些配電設備有序的管理起來，并按照一定的順序進行節(jié)點設定，其中每一個節(jié)點對應一臺供配電設備。并且在每一個的監(jiān)測節(jié)點上安裝獨立的溫濕度傳感裝置，以及柜門開關狀態(tài)傳感裝置，去實現對多個配電設備關鍵參數的數據采集。

在溫度傳感裝置的選擇上，應盡量選擇精度和可靠性高的溫度傳感器，根據配電設備在室外分布較多的特點，本項目在設計的時候選擇MF52D電阻型溫度傳感器，該型號溫度傳感器工作溫度區(qū)間是-40℃~150℃，溫度范圍跨度大，與配電設備溫度監(jiān)測區(qū)間相匹配。傳感器阻值范圍寬為0.1KΩ~500KΩ，阻值高，精度高，另外防潮濕，絕緣性好，能滿足室外設備的周圍環(huán)境變化，同時還具備了體積小，反應速度快，能長時間穩(wěn)定工作的特點，因此，可以滿足智能建筑中室內外配電設備溫度監(jiān)測的需求。

在濕度傳感裝置的選擇上，應盡量選擇功耗低，可靠性高且體積小巧的濕度傳感裝置。本項目在設計的時候選擇的是DHT11濕度傳感器，其供電電壓3.3~5.5V，功耗較低，精度±5%RH，測量范圍濕度5%~95%RH，可以滿足智能建筑中室內外配電設備濕度監(jiān)測的需求。

在柜門開關狀態(tài)的監(jiān)測上，可以采用磁控開關型監(jiān)測裝置，利用干簧技術，通過傳感器控制打開或關閉柜門，可選用霍爾傳感器Si7210。該傳感器靈敏度高，使傳感器能夠在較大氣隙和較小磁體條件下使用，供電電壓1.71V至5.5V，睡眠模式電流消耗低至50mA，功耗低，一般采用電池供電和USB供電。

圖2為溫濕度、柜門開關狀態(tài)模塊數據采集軟件設計。

圖2 配電設備終端監(jiān)測節(jié)點采集數據流程圖

3.3 智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)網關設計

智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)網關是由MCU處理器、無線射頻接口以及5G通信模塊三個部分組成，通過這三個部分可以把終端節(jié)點采集到的智能建筑配電設備溫度、濕度、柜門開關狀態(tài)數據進行幀結構轉換，通過網關來實現對云端服務器之間的通信，從而把數據有效的傳輸至值班室服務器。圖3為網關系統(tǒng)結構圖。

圖3 網關系統(tǒng)結構圖

4 結語

本文根據智能建筑配電設備管理的相關需求，提出了的一種基于物聯網的智能建筑配電設備監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案，該方案通過物聯網可以高效的采集到配電設備的環(huán)境信息，為配電設備的安全運行和維護提供有效數據，該方案能夠有效解決智能建筑中配電設備目前的管理問題，為配電設備安全高效管理提供保障，對于提高供電安全、可靠性具有十分重要的促進作用。