基于物联网与云平台的非侵入式用电安全监控系统

发布时间：2020-10-19 07:01

　　 近几年,我国电能应用水平得到了较大提高。电能的大规模应用方便了居民的生活,但是也带来了大量的电气火灾隐患。用电器的违章使用与线路故障产生的电弧是电气火灾的重要原因。为了预防电气火灾,研究人员在用电器识别和故障电弧监测方面做了大量的研究,但相关研究大多局限于算法理论,而将算法用于生产生活构建完整系统的研究则较少。在故障电弧监测领域,尽管有故障电弧断路器(AFCI)投入应用,但其功能单一,且不具备联网功能,难以实现远程监控。因此,本文采用物联网、云计算技术与非侵入式监测方案设计了一套端、云结合的用电安全监控系统,用于室内用电器和线路故障电弧的远程监控。本文主要完成了以下几个方面的工作:1、针对用电器的识别,本文采用了傅里叶分析电流谐波特征提取算法提取用电器的15次谐波作为电器的识别特征,设计了BP神经网络与K最近邻(KNN)算法相结合的用电器识别级联算法,比单一识别算法的效率更高;2、针对线路的故障电弧监测,本文深入研究了常见用电器正常工作与故障电弧的电流特征,提出并实现了自回归AR模型故障电弧特征提取算法,根据提取的特征参数,提出了欧氏距离故障电弧快速模糊识别算法与基于支持向量机(SVM)的故障电弧精确识别算法;3、完成算法的设计与实现后,本文设计了以STM32微控制器为核心的非侵入式电气智能监控终端,主要用于信号的预处理和对线路的控制,同时采用分布式技术和B/S架构设计实现了用于算法分析、数据存储和查询的云端监控平台;4、将终端和云端监控平台进行整合,并对系统进行了功能测试,最后对测试结果进行了分析与总结,系统的设计与测试结果符合预期目标。本文设计实现的用电安全监控系统是将物联网技术、用电器识别技术和故障电弧监测技术用于生产生活实践的一次全新探索,目前系统已经投入应用,在本高校的宿舍已经安装数十台用于试点运行,目前,系统运行稳定并得到较好反馈,因此本系统的研发具有一定的创新意义和实际应用价值。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM92;TP277;TN929.5;TP391.44
【部分图文】：

图 2.1 端、云一体用电安全监控方案示意图可知，系统将分为云端平台和智能监控终端两个传统的用电安全保护设备，本系统不仅提供用电监控，因此系统需要完成以下三个功能：统需要能够对室内供电线路的电气信息与数据进统需要对采集到的电气信息进行数据分析，从中分析的目标主要有室内用电器使用实况与故障电这不仅对用电安全有巨大的意义，更能分析出用具有极高的价值，故障电弧更是电气火灾发生的程监控功能包含两个方面，一方面是监测功能，比如查询在线用电器列表等等；另一方面是控制整个系统需要完成三个方面的设计，分别是提供数据分析与远程监控功能的云端监控平台，此

图 2.2 物联网架构息的收集和获取，是物联网架构的最底层，也是物联网感器技术，比如电压电流采集、图像采集、红外感应和物联网系统可以全方位的感知信息和采集信息。联网架构的中间层，主要负责信号的传输，这一层既依联网技术的扩展。传统互联网的传输介质以无线 WIFI介质不仅包含传统互联网的传输手段，还包含了 BLE动网络，各种自定义协议的 Mesh 网络也可以通过网关范围，这使得物联网终端设备不再局限于传统互联网的集设备，目前，物联网的终端设备已经遍布各个角落。联网架构中的最上层，主要负责各种信息的处理和应用进行处理，比如存储、分类和挖掘。这一层是“人”参处理结果面向的大多数对象仍然是“人”，当然，最终处备和终端，形成一个庞大而协调的网络。由于涉及到海用云计算技术来降低处理成本[31]。

图 2.3 云计算架构虚拟化和再次整合重构，云计算为最上层的服务层提供视为无穷大且可扩展。这种架构实现了云服务的低成本全监控系统设计思路是分为端、云两部分，在智能监控技术进行组网，终端通过物联网将采集到的数据实时传务平台的控制信息。系统需要进行数据分析、存储，并提计算技术将系统数据的分析、处理和查询放到云端，并力，实现服务资源的动态扩展和分配。监测技术监测技术如图 2.4 右图所示，侵入式监测技术需要在每个，这种监测方式精度高，但是侵入式方案会增加大量的行压力，也会增加施工量，还需要对室内的用电系统进或者减少节点时，也需要改变采集系统，因此，侵入式
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本文编号：2846883