淺談安全用電智能係統

更新時間：2022-02-08 | 點擊率：1071

摘　要：本文針對當前校園、工廠和小區等場所的安全用電隱患突出，用電安全事故頻發，傳(chuan) 統的被動安全用電保護措施已經無法滿足社會(hui) 的需求。本係統運用人工智能和大數據分析技術，設計了一款基於(yu) 雲(yun) 端的安全用電智能係統，係統主要由智能硬件終端、網關(guan) 和雲(yun) 端係統組成。硬件終端實時采集用電參數，智能網關(guan) 通過LoRa無線接收到數據後進行過濾並轉發到雲(yun) 端，雲(yun) 端係統對上傳(chuan) 的電參數和信息進行分析，係統還可以下發指令到硬件終端進行控製和。實驗結果表明，該係統穩定可靠，能有效保障安全用電，減少用電事故的發生。

關(guan) 鍵詞：安全用電；；人工智能；大數據；LoRa；雲(yun) 端

0 引言

安全問題一直是社會(hui) 關(guan) 注的焦點，特別是校園、工廠和小區等場所的安全，這些場所空間窄、人員密集，一旦發生安全事故，則會(hui) 導致不可預見的損失，而用電安全是預防安全事故的重要措施。線路過載、短路和漏電是安全用電首須要考慮的問題。老舊線路由於(yu) 電氣絕緣老化和當時電氣保護裝置的技術水平，容易導致用電安全事故發生，雖然新安裝的線路中增加了很多過載和漏電保護裝置，但是由於(yu) 保護裝置質量和人為(wei) 安裝不規範等原因，還是會(hui) 出現用電安全事故，從(cong) 而發生火災和觸電，導致人員傷(shang) 亡。

電已經成為(wei) 現代生活的必需品，提供便利的同時，稍有不慎，將成為(wei) 巨大的風險源，超負荷的電流頃刻間可以使人斃命。隨著社會(hui) 技術的發展，特別是當代我國互聯網的高速發展，大數據和人工智能技術的興(xing) 起，不僅(jin) 僅(jin) 改變了人們(men) 的生活方式，還對各行各業(ye) 的發展起來很大的推動作用。

本係統運用人工智能和大數據分析技術，設計了一款基於(yu) 雲(yun) 端的安全用電智能係統。通過大數據的分析，能判斷出線路容易出現過載和漏電的時間段和大概線路位置，從(cong) 而可以準確做好應對措施以及迅速進行故障排除；結合人工智能技術，係統實時監測電壓、電流、漏電電流和功率等電參數，能實時準確地對故障線路進行斷電和恢複，發出語音播告等提示信息。

1 係統設計原理

係統由智能硬件終端、智能網關(guan) 和雲(yun) 端服務器組成。智能終端采集線路的電參數，通過RoLa無線傳(chuan) 輸給網關(guan) ，網關(guan) 過濾數據後由GPRS網絡上傳(chuan) 到雲(yun) 端服務器，雲(yun) 端服務器存儲(chu) 、分析和顯示數據。係統設計框圖如圖1所示。各個(ge) 采集終端與(yu) 網關(guan) 構成了星型網絡，網關(guan) 與(yu) 網關(guan) 之間的網絡節點是平等的，直接和雲(yun) 端服務器聯網通訊。

2 硬件係統

2.1采集終端設計

2.1.1 STM32F407ZET6單片機

STM32F4ZET6是由意法半導體(ti) 開發的一種高性能微控製器，它的Flash有512KB，RAM大小為(wei) 192KB，CPU頻率可達168MHz，芯片內(nei) 嵌資源豐(feng) 富。由於(yu) 采集終端需要大量采集電量數據，並且對數據能實時分析處理，因此本采集終端使用了STM32F407ZET6作為(wei) 主CPU。

2.1.2 電參數采集電路

采集終端需要采集電路的電能、功率、功率因素、電流和電壓等電參數，為(wei) 了準確而穩定地采集電路參數，選用了ATT7022E芯片，ATT7022E是一顆高精度三相電能計量芯片，適用於(yu) 三相三線和三相四線應用，能滿足了采集電路數據的要求。

2.1.3 LoRa通訊技術

采樣終端采集數據後，需要通過無線的方式傳(chuan) 輸到網關(guan) 節點，再由網關(guan) 節點上傳(chuan) 到雲(yun) 端服務器，所以要求終端數據的傳(chuan) 輸須穩定可靠，考慮到部節約成本和部署采集終端的靈活性等原因，選用了LoRa無線技術，LoRa無線技術具有傳(chuan) 輸距離遠，頻段免費，部署方便等優(you) 點。

2.2 智能網關(guan) 設計

SIM7600CE是一款可以實現2G/3G/4G網絡通信的全網通模塊，智能網關(guan) 係統是以STM32F103為(wei) 核心處理器，外接全網通模塊SIM7600CE和LoRa通信模塊構成的。通過的軟件算法，可以把LoRa模塊接收的數據，準確、穩定地通過GPRS網絡上傳(chuan) 到雲(yun) 端服務器，網關(guan) 還具有斷線自動重連、網絡監測等功能，保證網關(guan) 安全、可靠地工作。智能網關(guan) 的係統框架如圖2所示。智能網關(guan) 的數據傳(chuan) 輸全部通過設定的加密算法進行加密運算，可以保證重要數據的安全性。

3 軟件係統

服務器軟件係統的設計主要劃分為(wei) HTTP服務和Socket服務。業(ye) 務邏輯和數據顯示等由HTTP服務完成，網關(guan) 終端與(yu) 服務器之間的數據通信則由Socket服務完成。

3.1 HTTP服務

HTTP服務的設計采用了PHP語言，PHP易於(yu) 學習(xi) ，使用廣泛，主要適用於(yu) Web開發領域；NGINX是一個(ge) 高性能的HTTP和反向代理服務器，本係統的HTTP服務采用了PHP7和NGINX完成。

3.2 Socket服務

由於(yu) 網關(guan) 終端與(yu) 雲(yun) 服務器的連接的TCP長久連接，要求網關(guan) 終端須實時連接服務器，以便於(yu) 數據及時處理和采樣終端，因此了Swoole引擎開發Socket服務，Swoole是一個(ge) 麵向生產(chan) 環境的PHP異步網絡通信引擎，可以編寫(xie) 高性能的異步並發TCP服務。

3.3 B/S構架服務器設計

為(wei) 了減少開發量和滿足係統跨平台、多終端使用的要求，提高係統使用的便捷性，雲(yun) 端係統采用了B/S構架設計，雲(yun) 端係統的設計框圖如圖3所示。

終端采集數據後，對數據進行加密處理，通過製定的網絡通訊協議把數據由網關(guan) 上傳(chuan) 到由Swoole引擎編寫(xie) 的高性能Socket服務器上，Socket服務器采集數據後進行處理和分析。

服務器上通過采集終端上傳(chuan) 的各種用電參數數據，通過開發的軟件算法，可以實時準確地分析線路的運行情況。再運用大數據技術進行分析處理，可以預測可能發生安全用電事故的線路位置，及時通知維修人員進行維護處理。

4 係統應用效果和性能驗證

係統部署某公園的照明電路線路中，照明線路的電參數情況，測試係統的各項指標數據。在線路發生漏電、過流和過壓等不正常的情況時，智能終端能迅速切斷線路，防止發生嚴(yan) 重的電類事故，異常動作反應時間和準確率如表1所示。

通過出現各類安全事情，智能終端的運行情況，可以得出智能終端能在電路發生不安全狀況時，能在2秒以內(nei) 迅速切斷線路，符合要求。而且通過的幹擾過濾算法，能讓智能終端準確率保持100%。

5安科瑞安全用電雲(yun) 平台功能介紹及選型

5.1 安科瑞安全用電雲(yun) 平台介紹

Acrelcloud-6000安全用電雲(yun) 管理係統能夠對剩餘(yu) 電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時、、記錄，並且通過雲(yun) 端的遠程控製。設備與(yu) 雲(yun) 端的通訊方向不受限製，能上傳(chuan) 數據、透傳(chuan) 指令，並時間顯示實時狀態。通過對上傳(chuan) 至雲(yun) 端的數據進行分析，為(wei) 用戶提供火災隱患的相關(guan) 數據，能夠及早的發現問題並實施排查，避免火災的發生。另一方麵，雲(yun) 平台提供超大容量的信息儲(chu) 存及穩定的服務，提升了服務質量，對用戶的長遠發展具有戰略意義(yi) 。此外，該係統通過集中，使得數據通過每個(ge) 節點的4G網絡傳(chuan) 輸至雲(yun) 端集中式管理和，主控端布置於(yu) 城市消防大隊，從(cong) 而能夠對采集的信息進行統一的和管理。