智慧校园用电监测系统-教育系统智慧安全用电监管服务系统

　　智慧校园用电监测系统

　　"教育信息化2.0行动计划"提出：教育信息化将从数字校园时代逐步过渡到智慧校园时代.数字校园的重点在于信息共享，而智慧校园实现的是物理空间与信息空间的空间连接，是以物联网为基础，对集数据化、网络化、智慧型、协作型于一体的教学、科研、管理和生活服务实现全面感知，并能对教育教学、教育管理进行洞察和预测的智慧学习环境.在"智慧校园总框架"国家标准的四个层次中，一个具有透彻感知功能的基础设施层是最底层，即通过物联网技术实现物、物、系统之间的感知、人、物之间的感知.智慧校园用电监测系统是智慧校园服务的重要组成部分.该系统采用公共通信频率调制技术，实时测量校园内各地点的用电线路，并通过LoRa技术构建的网络，与现有的多种无线传输技术相比较，该系统具有部署简单、成本低、远距离、低延时等特点.随着技术的发展，数据传输网络不断升级，与现有的多种无线传输技术相比较，LoRa技术具有更强的适应性。

　　整体系统设计

　　以LoRa技术为基础的智慧校园用电监控系统，由内嵌LoRa模块的智慧电表、LoRa集线器、工业无线路由器、服务器(物联网云平台)、移动终端或计算机等设备组成.案例校园内各设备的应用范围南北长约1.5km，东西长约1km，共有18栋大楼，楼面最高6层.系统选择LoRa模块，其通信距离可达2km，单个集线器负荷容量一般为200台，最多500台.

　　如图所示.系统架构如下：设备部署方案为：三个教学楼各1个，两个实训楼各1个，办公楼1个，学生宿舍楼3个，学生食堂1个.LoRa集中器位于校园中心建筑的高层;LoRa集中器位于LoRa集中器和无线路由器之间：LoRa集中器通过以太网连接到无线路由器，再借助无线技术与信息点进行数据传输;无线路由器接接到云平台进行数据传输.信息点与集中器采用简单的星型拓扑结构.在该结构中，集中器作为中继，连接到采集设备和云平台，云平台管理和存储数据，手机终端或电脑端访问云平台，实时查看用电信息。

　　核心硬件

　　该系统的关键硬件是LoRa设备，其工作原理如图2所示.信息点数据采集装置为LoRa模块中嵌入LoRa模块的智慧电表，由控制单元、计量单元和通信单元三部分组成.控制单元是智慧电表的控制器，接收计量单元采集到的电量数据，实时累加存储;控制单元通过将控制单元的脉冲数与功率转换参数相乘来获取相应时间内的用电量;通信单元一般采用RS485通信模块和射频模块两个模块，其中RS485通信模块和RS485通信模块组成电量数据采集网，射频模块使用LoRa扩频技术上传送的电能数据，同时接收上端的电能转换命令。

　　构建云平台

　　云计算平台操作系统采用Linux系统Ubuntu，整个开发框架采用J2EE.系统云计算平台按照功能分为数据汇聚层和数据分析层。

　　汇聚层的任务是自动导入设备层数据，其主要技术是配置MQTT服务器，也就是在后台运行MQTT协议的消息中间件，通过主题订阅和发布在底层设备和终端用户之间实现数据传输.MQTT具有多种消息中间件，本系统选择EMQX作为国内开源软件，同时支持万级客户端。

　　分析层负责处理物联网设备产生的大数据。目前，最流行的JavaWeb应用程序开源框架是SSH,SSH是由Struts+Spring+Hibernate集成在一起的，其中Struts负责Web层，与Web表单进行交互数据;Spring负责业务层，提供统一的方法来管理业务对象;Hibernate用于持久性数据，提供完全面向对象的数据库操作。

　　鉴于物联网数据量大，读取数据要具有很高的并发能力，而内存访问Redis可以提高查询存储效率，因此数据库选择Redis来存储物联网设备数据，而用户数据，如用户信息、短信验证码等则是用MySQL存储的。

　　可视化处理

　　该系统的Web前端框架采用VUE开发技术，用户层负责将经过分析处理的数据直观、直观地显示在用户的终端设备上，以网页和手机APP或微信小程序的形式呈现给用户。

　　实现了用电监测系统的功能

　　电力消耗的精确测量。智慧电表最基本的功能是通过云平台精确测量接线的电力消耗，帮助学校进行实时监控。

　　利用本系统可以对各种用电量和总用电量进行分类统计和统计分析，统计分析快捷准确，通过能耗数据的分析促进校园节能降耗。

　　手持电力巡线.用户可通过移动端随时登陆平台查看用电量信息，不受时间、地点、环境等因素的限制，间接了解电力使用情况。

　　具备与其他校园管理系统顺利对接的能力.对接后，信息无需进行二次处理即可实时上传，管理员可实时记录、查询数据参数和日志，实现校园信息管理的智慧化、集约化。

　　期望的扩展功能

　　智慧校园用电监测系统的基本功能是实时测量和统计分析用电，间接监测用电线路的状况，后期在相关技术成熟后，系统功能进行扩展，如在用电线路上增设LoRa断路器，可实现智慧限电，在关键地点设置LoRa温度传感器和LoRa烟雾传感器，实现自动火灾预警等功能.此外，还可扩展到校园用水监测，在校园水路节点安装LoRa智慧水表，LoRa集中器将LoRa集中器统一纳入云平台，在后台进行相应的数据处理，实现校园水电能源的一体化和智慧化管理.逐步完善智慧校园基础设施建设，并利用LoRa火灾报警器和LoRa监控等终端设备，逐步提高智慧校园服务能力。

　　系统以实际应用为出发点，利用LoRa无线通信技术设计了一套校园用电监控系统，实现了对校园用电的测量和监控.该系统具有结构简单、布线少、数据传输可靠等特点，在低功耗、低流量传输方面有其独特的优势;该系统还具有灵活的扩展性和移动性，不仅适用于校园环境，而且可扩展到工厂、住宅小区等水电设备的集中监控，随着智慧城市建设的开展，应用场景将更加广阔。