基于IoT技術(shù)的智能灌溉用電系統(tǒng)研究

董興海 羅子江 仝偉

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄元謀供電局 云南省楚雄市 675000 2.昆明能訊科技有限責(zé)任公司 云南省昆明市 650217）

物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是成熟的互聯(lián)網(wǎng)體系，核心是信息傳遞與交互控制，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸并擴展到任何人與物之間、物與物之間，進行載體間信息的智能化處理和通信控制。近年以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展日趨成熟，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進入到生活的方方面面，隨著5G技術(shù)的到來，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將迎來井噴式發(fā)展。能源互聯(lián)網(wǎng)是深度融合能源系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)的新一代能源系統(tǒng)。以“互聯(lián)網(wǎng)思維”改造傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，大力推進能源與信息的深度融合，發(fā)揮電力系統(tǒng)覆蓋面寬、能量和信息一起傳輸?shù)莫毺鼐W(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，克服傳統(tǒng)思維的局限和存在的薄弱環(huán)節(jié)，構(gòu)建骨干電源與分布式電源結(jié)合、多種能源優(yōu)化互補、供需互動開放共享的能源系統(tǒng)和生態(tài)體系，推進能量流-信息流-價值流融合的能源互聯(lián)建模與規(guī)劃，建立用戶的需求響應(yīng)及互動，互動和共享用電模式，是目前電力建設(shè)的首要任務(wù)。

1 智能灌溉用電系統(tǒng)概述

電網(wǎng)升級隨著新一輪農(nóng)村電網(wǎng)改造升級，農(nóng)村偏遠地區(qū)供電質(zhì)量穩(wěn)步提升，但屬用戶產(chǎn)權(quán)的“表后線”卻普遍存在著私拉亂接、破損老化、供電能力受限等問題，成為阻礙農(nóng)村居民正常用電的“新瓶頸”。加之一些地區(qū)干旱少雨，配電季節(jié)性過載、低電壓的問題越來越嚴(yán)重，配變燒壞情況時有發(fā)生；農(nóng)戶因抽水需要，私拉亂接的情況越來越多，且線路架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、線路維護不到位，線路老化、破損嚴(yán)重，存在嚴(yán)重安全隱患。農(nóng)民群眾缺乏安全用電常識，認為電線拉進了屋,便有自主權(quán)，只要不偷電,一切都隨意，隨意私拉亂接，農(nóng)排用電中閘刀沒蓋、鋁絲代替保險絲、不裝漏電保護裝置等現(xiàn)象普遍存在。臨時線、地爬線、掛鉤線等私拉亂接現(xiàn)象嚴(yán)重，存在極大的安全隱患，近年來接二連三的發(fā)生社會人員觸電情況。

為了解決相關(guān)業(yè)務(wù)問題，以大數(shù)據(jù)平臺+互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)的策略打造智能灌溉用電生態(tài)系統(tǒng)，軟硬件一體化建設(shè)，平臺服務(wù)與終端處理深度融合，系統(tǒng)由用戶端、智能灌溉用電共享終端、智能灌溉后臺三部分組成。可以有效的解決解決季節(jié)性過載、低電壓等供電質(zhì)量差的問題，實現(xiàn)安全、便民、高效的用電服務(wù)，確保人民群眾用上電、用好電目標(biāo)。

智能灌溉用電系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)概括為以下幾點：

使用方便化：采用最新的小程序技術(shù)，開發(fā)手機小程序，用戶使用用電共享終端時，可直接掃二維碼使用終端。

圖2：智能灌溉用電共享終端設(shè)計圖

設(shè)備監(jiān)控實時化：綜合利用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)，遠程實時監(jiān)控管理設(shè)備狀態(tài)，遠程開啟或關(guān)閉控制充電狀態(tài)，可充電實現(xiàn)安全無憂。

數(shù)據(jù)分析智能化：利用大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，充電設(shè)備大數(shù)據(jù)智能管理分析，多維度查看各項數(shù)據(jù)。平臺智能分析用戶和充電數(shù)據(jù)，形成報表。

功能升級遠程化：采用OTA 無線升級功能，無需更換配件，輕松完成智能灌溉用電共享終端升級。

2 總體架構(gòu)

智能灌溉用電系統(tǒng)建設(shè)思路分為軟硬結(jié)合加平臺服務(wù)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IOT）實現(xiàn)互相交互。總共分三層：移動層主要是小程序的開發(fā)、服務(wù)層主要是Web 后臺開發(fā)、硬件層為智能灌溉用電共享終端硬件開發(fā)，主要是嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。如圖1 項目建設(shè)總體思路圖。

2.1 移動層

考慮到智慧灌溉用電共享終端使用的特殊性，將采用小程序的方式實現(xiàn)人機的實現(xiàn)業(yè)務(wù)交互，小程序主要設(shè)計了以下功能

掃碼用電：二維碼掃描逐漸已經(jīng)成為一種主流的信息傳遞和交換方式，通過二維碼生成器支持微信小程序掃碼。

消費記錄：在微信小程序可查看電量、用電時長、用電記錄、故障記錄；

在線充值：支持微信充值。

智能結(jié)算：時間/功率收費，多種方式供選擇。

聯(lián)網(wǎng)定位：隨時查找距離最近用電站，及時用電。

2.2 硬件層

硬件層主要考慮預(yù)留充4 個電接口，支付和電路狀態(tài)顯示、故障顯示，以及消費時間和功率計算。采用嵌入式單片機技術(shù)，研制核心控制，實現(xiàn)功能主要如下：

刷卡充值：支持IC 卡綁定開卡充值，無手機用戶也能使用。

聯(lián)網(wǎng)定位：聯(lián)合小程序隨時查找距離最近用電站，能及時用電。

自動退費功能：3 分鐘內(nèi)未取電成功，無需付款。

如圖2 為硬件設(shè)計的思路圖。

2.3 服務(wù)層

PC 端主要是Web 端口的數(shù)據(jù)顯示和統(tǒng)計，主要設(shè)計了以下功能：

設(shè)備管理：遠程監(jiān)控、管理設(shè)備狀態(tài)，財務(wù)數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計營收，通過手機或者PC 端實時查看、管理各地區(qū)充電設(shè)備的運營情況，及時預(yù)警、排查、上報設(shè)備異常情況，防患于未然。

用電計費：根據(jù)用戶用電電量進行計費，計算方法科學(xué)精準(zhǔn)。

充值記錄和消費記錄查看：每一筆充值和消費都有跡可循，實時查看明細，方便快捷。

故障上報及問題反饋：充電設(shè)備的運營情況異常或設(shè)備故障時，及時預(yù)警、上報設(shè)備異常情況，保障設(shè)備資產(chǎn)和用戶人身安全。

用戶管理：用戶賬號、角色、權(quán)限等管理。

3 實踐與展望

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

開發(fā)的系統(tǒng)和程序都應(yīng)用到了實際，降低配電維護資源，降低線損，提高供電可靠性級供電質(zhì)量，降低配變維護、搶修風(fēng)險，遏制私拉亂接帶來的涉電公共安全事件，提高使用者滿意度，實現(xiàn)安全、便民、高效的用電服務(wù)。

3.2 應(yīng)用展望

物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式在消費領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域都在日益普及。這種模式將一改傳統(tǒng)上“銷售繼而遺忘”的思維模式，將產(chǎn)品與服務(wù)持久地結(jié)合在一起。只靠物但依靠聯(lián)網(wǎng)本身并不能進行實現(xiàn)系統(tǒng)真正的發(fā)展。它需要結(jié)合人工智能，霧計算和區(qū)塊鏈等關(guān)鍵技術(shù)，才能實現(xiàn)更大的影響。將這些技術(shù)結(jié)合在一起，才能從物聯(lián)網(wǎng)投資中獲得更大的價值，克服之前阻礙物聯(lián)網(wǎng)采用的障礙，包括安全性，帶寬和數(shù)據(jù)分析方面的挑戰(zhàn)。目前的智能灌溉用電系統(tǒng)處于前期試用階段，后續(xù)將完善和加入更多技術(shù)。

（1）完善硬件層設(shè)備管理，提升用電安全監(jiān)管能力。隨著電力現(xiàn)場專業(yè)管理要求提高，特別是用電安全管理力度加大，管理設(shè)備將更加精細化，比如設(shè)備感知能力，遇到惡劣天氣安全人員與設(shè)備交互時安全問題，設(shè)備外殼的絕緣化、牢固化為高危環(huán)節(jié)監(jiān)管和安全施工監(jiān)管奠定基礎(chǔ)。

（2）5G 通信技術(shù)引入。5G 技術(shù)也飛速發(fā)展，5G 在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以后將會把5G 技術(shù)帶入到應(yīng)用中。使智能灌溉后臺和終端數(shù)據(jù)交互更快，現(xiàn)場應(yīng)急處理更加迅速，后臺可實時監(jiān)督硬件層的設(shè)備狀態(tài)，保證設(shè)備和人員的實時安全。

（3）人口智能語音識別技術(shù)。自然語言處理是計算機科學(xué)領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域中的一個重要方向，研究能實現(xiàn)人與計算機之間用自然語言進行有效通信的各種理論和方法，涉及的領(lǐng)域較多，主要包括機器翻譯、機器閱讀理解和問答系統(tǒng)等在硬件層加入語音識別，使用戶更多的“解放雙手”，只需和終端語音交互即可實現(xiàn)充電、功能選擇、繳費等系列操作。

4 結(jié)語

建設(shè)智慧城市、智慧鄉(xiāng)村，離不開“智慧用電”。通過IOT 技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)實現(xiàn)智能灌溉用電共享終端研制和應(yīng)用，極力解農(nóng)村地區(qū)節(jié)性過載、低電壓等供電質(zhì)量差的問題，遏制私拉亂接帶來的涉電公共隱患，提高客戶滿意度，實現(xiàn)安全、便民、高效的用電服務(wù)，確保人民群眾用上電、用好電目標(biāo)。