摘要：文章以基于物联网的安全用电智能监测系统为研究对象，首先对物联网进行了简单的介绍与分析，随后探讨了安全用电智能监测系统设计原则，最后从硬件与软件设计入手，分析探讨了基于物联网的安全用电智能监测系统设计，以供参考。
关键词：物联网；安全用电；智能监控系统；设计
前言：当下的用电安全保护多集中于表面的空气开关、熔断保险丝等保护措施，这些装置仅仅对电流过大的情况起到良好的保护作用，但遇到电网线路中存在电弧故障时，这些保护装置也无能为力。基于此，需要抓住互联网+时代下带来了的机遇，依托于物联网，做好安全用电智能监测系统的设计，从而能够及时发现电弧故障，为用户安全用电提供有力的保障。
一、物联网概述分析
物联网简单来说就是物物相连的互联网，它的核心和基础依然是互联网，只是在此基础上，依靠高速的网络通信从，原本的“人与人”之间的信息通信进一步扩展到了“物与物”之间的信息通信，由此能够实现物物相息、万物皆互联[1]。物联网可分为三个架构层次：一是感知层，这一层次主要负责信息的收集，这是物联网得以运行的基础，主要应用的核心技术为传感器技术，比较常见的有电压电流采集技术、图像采集技术等，在上述感知技术的帮助下，物联网系统能够更好的感知并采集来自“物”的信息。二是网络层，该架构层主要负责信号的传输，核心技术应用的是互联网技术，在此基础上，又作出了进一步扩展，物联网在网络传输方面不仅包含传统互联网的传输手段，还包含了 BLE 蓝牙技术、Zeegbe技术等，同时对于一些自定义协议的 Mesh 网络而言，也能够通过网关接入主干网，使得物联网覆盖范围得到了有效的扩展，能够直接与各种移动终端和采集设备相连，而不再仅仅局限于PC端。三是应用层。该层次架构主要负责各种信息的处理和应用，通过接受来自感知层的信息后，再对信息进行存储、分类和挖掘，并将处理结果反馈到网络中的其他设备和终端，最终完成相应任务。
二、安全用电智能监测系统设计原则
一是安全性原则。一方面需要保证系统本身的安全性，另一方面要立足于系统实际运行，在用电监控方面，应尽量的降低失误，保证能够精准监测判断，才能更好凸显安全用电智能监测系统的安全性与智能性。
二是稳定性原则。要求在进行系统设计时，自身有着良好的稳定性，能够在受到外界干扰的情况下，也能够维持稳定运行的状态，减少故障发生频率，或者在出现故障后，能够自我诊断恢复，确保系统能够长期稳定可靠运行。
三是便捷性原则。所谓便捷性原则，主要是立足于系统本身应用，要求系统操作界面应非常简洁且人性化，交互界面友好，能够看到监控全景，还能够通过简洁化操作，实现线路的远程控制，同时在设计时要求系统整体结构简单，安装部署流程更加方便。
四是低侵入性原则。一般情况下，用户的用电线路已经基本部署完成，在系统进行线路用电安全监测时，要求系统有着较低的侵入性，尽可能的少改变已经部署完成的线路，并实现线路安全用电监测工作。
五是可扩展性原则。安全用电智能监测系统在设计时就要放长远目光，使其有着良好的可扩展性，从而在后续增加新的监控终端时，不会对系统整体结构及功能造成改变，且不会影响原系统的正常工作[2]。同时还应立足于系统内部，要求系统的算法能够自由进行更新和切换，因此在后续改进新的算法时，不会对系统本身结构造成影响，在设计方面可扩展性还要求系统不同模块间能够互相独立，减少系统模块之间的耦合，赋予系统后续更大的成长空间。
三、基于物联网的安全用电智能监测系统设计分析
（一）安全用电智能监测系统组成及功能简介
一是数据采集终端。该终端功能为对线路回路电流进行实时的采样，并进一分析与处理采样点，然后将处理后的获得的特征值，统一按照统一的格式进行打包，最后在 WIFI网络的帮助下，直接将相应数据信息传输至物联网的网络层。
二是WIFI 感知层网关。该装置的主要功能是传感器采集的信息通过互联网的帮助下，直接传输至服务器端。
三是智能分析服务器，该装置是系统的信息处理核心单元，通过接收数据采集终端上传的数据包，并对数据包作进一步的解析处理，在获得实时电流特征值等一些信息后作为待检测信息，并通过将其与存储服务器中的特征值样本进行对比，完成二者的匹配度计算，然后以最终的匹配度为结果，来对电器类型机械能分析，同时在故障电弧检测算法的帮助下，来实现电流值的分析，有助于及时发现电弧故障问题。
四是数据存储服务器，该装置的主要功能是存储不同类型用电器电流相关特征参数。比如终端号、电器识别特征参数、电弧检测特征参数等，
五是互联网网关。该装置主要功能是通过 PC 机或其他终端设备的浏览器，用于该网关的访问，从而对具体的用电情况进行远程的监控与操作管理。
六是WEB 服务器：该装置的功能是管理浏览器图形化界面，识别智能分析处理器，并将最终的识别结果上传至监控终端。
七是用电安全监控终端，该装置的功能是通过 PC 机或手机浏览器，显示用户实时供电情况，及时了解用户电器工作状态，并对故障电弧进行监控等。
与此同时，用户或管理员还可以通过监控终端，来对电路回路进行远程操作管理，比如通过远程操作来实现室内通断电等。
（二）系统硬件设计方案
一是微处理器主控模块。为提高对系统海量数据信息处理效率，在本次系统设计中，采用了单片机，这种单片机是32 位微处理器，非常适合应用于高性能、低成本、低功耗嵌入式应用设计场景。 同时该单片机有 144 只引脚，内存为64KB，闪存为512KB，能够支持各种总线类型，比如 USB 总线、CAN 总线、串口总线、SPI总线等，内核工作频率最高能够达到 72MHz，从而能够很好的承受安全用电健康系统智能算法运行带来的压力。
二是电流采集模块。这一实体功能模块主要由霍尔电流传感器和信号调理电路组成，其中在本系统设计中，霍尔传感器采用的是型号传感器，这种传感器核心设计原理采用了闭环磁平衡原理，因此能够实现对直流和交流波形准确测量，同时还能够准确测试一些不规则的电流。
三是串口调试模块。为便于进行信息采集系统的开发调试，在系统终端，可添加串口调试模块，该模块采用了 标准。这一标准能够适用于数据传输速率在20Kb/s 范围以内的通信，并且在传输距离方面，也有一定的限制。在本系统设计中，采用的串口芯片型号为，连接器接口是。
（三）系统软件设计方案
一是系统软件架构采用了B/S架构。在本系统设计过程中，后台软件设采用了 B/S架构，并利用Java WEB 技术来实现系统架构的搭建。B/S 架构设计能够采用浏览器代替客户端，因此后续不需要再另外开发一个客户端程序。在B/S 架构下，系统很多设计工作多集中于服务器端，因此客户端压力得到了有效的减轻，实际也非常容易升级和维护。
二是系统软件设计应用了weB技术。WEB 技术成功打破了时间空间限制，能够为用户提供一个实时的交互平台，因此只要在有网络的地方，用户都可以进行通过WEB 技术实现信息传输与信息共享，因此在系统业务执行方面成本更低。在本次本系统服务器软件设计过程中，便采用了采用 J2EE 架构的 WEB 技术，通过建立一个教育 B\S 架构的后台软件系统，该系统的客户端为浏览器，用户可以直接通过浏览器登录用电安全监控系统，便能够访问服务器信息，了解配电状况。
三是系统应用了 My SQL 数据库。My SQL 数据库 执行SQL 语言效率更高，且属于一种免费开源的数据库系统，用户可以直接在网络上进行下，并且能够直接进行商用或进行个人学习，不需要支付任何费用，因此这一数据库在我国中小型网站中得到了较为广泛的使用。本系统在进行服务器安装时，采用了免费开源的 Linux 操作系统，同时搭配My SQL数据库，通过采用上述组合，既可以实现系统软件设计要求，又能够有效降低系统软件开发设计成本。
（四）基于物联网安全用电监控系统功效分析
基于上述软硬件设计，利用成熟的大数据与物联网同电气火灾监控平台相结合的方式，实现全天候监测电气线路中的变化。供电公司还可以将用户感兴趣的用电信息通过智能手机及时向用户发出通知，使其能够提前做好准备，以调整自己的用电方式。比如当电价出现调整变化时，通过及时通知用户，有利于引导用户节约用电，可减轻国家用电压力。用户也可以通过手机软件，来对自家用电情况进实际掌握。通过采用该安全用电智能监控系统配置的探测器、漏电互感器、电流互感器、温度传感器等，能够实时采集各个用电线路及设备的剩余电流、温度、电流、电压、用电环境等数据，经过智能分析，判断是否存在漏电、过载、短路、接触不良、温度过高、过压、三相不平衡等故障隐患，对发现故障隐患及时发出报警信号。并通过智能监控平台、PC客户端、手机APP可以全面掌控辖区内的电气安全状态及运行情况，同时可配备烟感、可燃气体探测器及消防水压探测器，实现消防联动操作，有效的避免火灾事故发生。不仅如此，该系统还能够实施远程切断电源的操作，更好的保障用电安全。该系统能够通过物联网实现无线控制功能，如果通过数据发现用电器异常，在通知用户的同时，也可以允许用户远程切断该用电器的电源，为用户用电安全保驾护航。
总体而言，物联网安全用电智能检测系统具有以下优势特点：一是智慧电气火灾监控系统能够对安全隐患有着一定预见性，从而避免损失。而传统火灾报警系统只能在事后警告，只能减少损失。二是智慧电气火灾监控系统具有故障分析的能力，可以根据电流及温度数据来判定电路故障原因。三是智慧电气火灾监控系统可以进行24小时监控、实时数据查询、定期反馈报表，可以进行远程报警及查看。四是智慧电气火灾监控系统支持无线传输数据，信息安全且及时可靠。
通过应用智慧用电安全隐患监管系统，能够方便用户准确监控电气线路的故障和异常状态，能发现电气火灾的火灾隐患，及时报警提醒企业去消除这些隐患，改变原来消防工作模式，减轻工作人员的负担。与此同时，企业也可以实时调取本单位内电气火灾监控信息，监督和预防本单位的电气安全隐患情况，达到提前预警，提前整改，提前掐灭隐患的目的。在该系统的帮助下，可以大量减轻企业巡查的工作量，系统报警一个问题，即可处理一个问题，电气安全隐患管理更加透明。不仅如此，智慧用电安全隐患监管系统还有效解决了企业用电安全管理难和信息不对称的问题，企业管理人员能够通过手机APP实时的掌握用电安全数据，为企业安全生产提供监管和决策依据。
总结： 综上所述，安全用电监测系统是一个相对较为发展，在实际进行该系统开发设计时，需要深入了解何为物联网，并能够全面把握系统开发设计原则，了解系统不同的模块及功能需求，并以此为依据，完成用电安全监测系统的硬件与软件设计，从而更合适实现对用电安全的智能化监测，保障用电合理性与安全性。
参考文献：
[1]王祖翔. 基于物联网与云平台的非侵入式用电安全监控系统[D]. 2018.
[2]段玉飞, 王伟. 基于物联网的输电线路智能监测系统研究与应用[J]. 电力信息与通信技术, 2019(7)47-48.
[3]梁海涛, 张智. 基于物联网技术的低压安全用电监测系统研究及应用[J]. 农村电气化, 2019(11)23-24.