基于物联网的智能建筑配电设备监测系统

李 金 朱泽松 高玉春

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

1 智能建筑及物联网概述

智能建筑是在原有建筑的基础上结合了现代先进的信息化技术，使得建筑更具有人性化，而智能建筑的人性化主要体现在建筑物的功能上。智能建筑的出现，不仅可以通过各监控系统实现对建筑中各设备的便捷远程管控，还为人们提供了更优质的建筑环境。

物联网的产生依托于互联网和各类传感装置，通过数据采集传递分析，实现各类信息的交互。近年来，物联网为智能建筑的发展发挥了积极作用。基于物联网背景下的智能建筑已是一种新的趋势，智能建筑配电设备和物联网技术相互结合，一方面可以将配电设备相关标准、数据信息通过传感器的采集传输到物联网终端设备；另一方面，物联网技术的发展也推动着智能建筑的进步。

目前，物联网技术、大数据以及云计算等新技术的飞速发展，进一步拓展了智能建筑的发展空间，推动着智能建筑的升级，依托于新技术的智能建筑设备监测系统，为提升设备管理效率有着重要意义。

2 智能建筑配电设备关键参数

在设计配电设备监测系统之前，要事先掌握与配电设备安全有效运行的相关参数，这些参数要能充分体现配电设备的异常，并对配电设备安全管理提供重要参考依据。首先，应该考虑配电设备本身的因素。其中，影响配电设备安全可靠运行的组成部件有多个，那么设备自身的构成部件在运行过程中出现故障，则是导致设备异常的原因之一。经研究，配电设备多采用完全封闭的结构，设备发生故障时会产生更多的热量积聚于设备中，会导致配电设备自身的温度较正常运行时升高。因此，监测温度的变化对配电设备运行状态提供着主要的依据。

另外，受配电设备周围环境的影响，设备运行过程中，由于不断的积污、雨雪天气等环境变化，设备长期受潮，会引起配电设备内部电阻大小分布变化，从而导致设备工作电压异常。也就是说，在配电设备运行过程中，智能建筑配电设备环境湿度过大也会对设备产生严重损害。因此，设备管理人员应能监测到设备运行时配电设备周围的环境湿度。

除此之外，为防止非专业人员对配电设备误开操作导致触电伤亡事故的发生，管理人员对智能建筑配电设备进行安全管理的过程中还应考虑配电箱柜门误操作的相关因素，因此，在对供配电设备监测过程中，应考虑能监测到配电箱柜门的开关状态。

所以，在本文设计的基于物联网的智能建筑配电监测系统中对配电设备关键数据的采集应当包含温度与湿度、柜门开关状态。

3 智能建筑配电设备监测系统设计

3.1 智能建筑配电设备监测系统主体架构

本项目设计的基于物联网的智能建筑配电设备监测系统通过物联网ZigBee技术（ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术）将采集到的温度、湿度、柜门开关状态数据采集，并传输到数据帧结构转换成可以被5G（第五代通信技术）网络发送的网关，此部分是整个系统实现与用户监控站PC端通信的关键。最后，通过服务器将发送过来的配电设备环境信息进行整合分析。图1为基于物联网的智能建筑配电设备监测系统主体架构。

图1 基于物联网的智能建筑配电设备监测系统主体架构

3.2 智能建筑配电设备监测系统软硬件设计

对于智能建筑而言，整个智能建筑群的配电设备通常有多个，在设计配电设备监测系统的时候需要把这些配电设备有序的管理起来，并按照一定的顺序进行节点设定，其中每一个节点对应一台供配电设备。并且在每一个的监测节点上安装独立的温湿度传感装置，以及柜门开关状态传感装置，去实现对多个配电设备关键参数的数据采集。

在温度传感装置的选择上，应尽量选择精度和可靠性高的温度传感器，根据配电设备在室外分布较多的特点，本项目在设计的时候选择MF52D电阻型温度传感器，该型号温度传感器工作温度区间是-40℃~150℃，温度范围跨度大，与配电设备温度监测区间相匹配。传感器阻值范围宽为0.1KΩ~500KΩ，阻值高，精度高，另外防潮湿，绝缘性好，能满足室外设备的周围环境变化，同时还具备了体积小，反应速度快，能长时间稳定工作的特点，因此，可以满足智能建筑中室内外配电设备温度监测的需求。

在湿度传感装置的选择上，应尽量选择功耗低，可靠性高且体积小巧的湿度传感装置。本项目在设计的时候选择的是DHT11湿度传感器，其供电电压3.3~5.5V，功耗较低，精度±5%RH，测量范围湿度5%~95%RH，可以满足智能建筑中室内外配电设备湿度监测的需求。

在柜门开关状态的监测上，可以采用磁控开关型监测装置，利用干簧技术，通过传感器控制打开或关闭柜门，可选用霍尔传感器Si7210。该传感器灵敏度高，使传感器能够在较大气隙和较小磁体条件下使用，供电电压1.71V至5.5V，睡眠模式电流消耗低至50mA，功耗低，一般采用电池供电和USB供电。

图2为温湿度、柜门开关状态模块数据采集软件设计。

图2 配电设备终端监测节点采集数据流程图

3.3 智能建筑配电设备监测系统网关设计

智能建筑配电设备监测系统网关是由MCU处理器、无线射频接口以及5G通信模块三个部分组成，通过这三个部分可以把终端节点采集到的智能建筑配电设备温度、湿度、柜门开关状态数据进行帧结构转换，通过网关来实现对云端服务器之间的通信，从而把数据有效的传输至值班室服务器。图3为网关系统结构图。

图3 网关系统结构图

4 结语

本文根据智能建筑配电设备管理的相关需求，提出了的一种基于物联网的智能建筑配电设备监测系统的总体方案，该方案通过物联网可以高效的采集到配电设备的环境信息，为配电设备的安全运行和维护提供有效数据，该方案能够有效解决智能建筑中配电设备目前的管理问题，为配电设备安全高效管理提供保障，对于提高供电安全、可靠性具有十分重要的促进作用。