探討用電智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對電氣設(shè)備故障引發(fā)的各類火災(zāi)比例不斷升高的問題，通過對電氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)采集與上傳、數(shù)據(jù)解析、異常數(shù)據(jù)分析、權(quán)限角色管理等進(jìn)行研究，本文設(shè)計了一用電數(shù)據(jù)管理、預(yù)警提示的信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架設(shè)計。Springboot+Mybatis整合框架建設(shè)后臺，HTML5+CSS3+WebSocket+ECharts實現(xiàn)前端，MySQL數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。實現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、信息檢索、數(shù)據(jù)可視化、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸接口等功能，解決了用電數(shù)據(jù)難以遠(yuǎn)程監(jiān)測和實時掌控的痛點。

關(guān)鍵詞：SpringBoot；用電；數(shù)據(jù)管理。

       隨著高新技術(shù)的發(fā)展，許多新興電器設(shè)備出現(xiàn)在人們的視野中并被廣泛接受使用[1]。伴隨著智能化電氣設(shè)備的普及，電氣火災(zāi)問題也逐漸被人們所重視。中國公安部消防局火災(zāi)數(shù)據(jù)公布的數(shù)據(jù)顯示，因電氣設(shè)備故障引發(fā)的各類火災(zāi)占比高達(dá)34%。

       電氣設(shè)備引發(fā)的火災(zāi)儼然已經(jīng)成為人類生產(chǎn)生活中的攔路虎，有效遏制電氣火災(zāi)高發(fā)勢頭勢在必行，但是傳統(tǒng)運行與維修模式存在著人工監(jiān)測成本高、可靠性低、意外停電風(fēng)險大、設(shè)備故障頻次高等問題，難以滿足現(xiàn)代發(fā)展的需求，在湖南師范大學(xué)電子技術(shù)專業(yè)相關(guān)實驗基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套通過限電器采集學(xué)校、宿舍等公共場所的用電指標(biāo)數(shù)據(jù)，如電流、電壓、功率、溫度、濕度、電阻等，從而判斷電路短路、負(fù)載功率過高、電路溫度升高或者電路進(jìn)水等異常情況，并對其進(jìn)行預(yù)警的用電智能監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1需求分析

       用電智能監(jiān)控系統(tǒng)是一套智能的電氣數(shù)據(jù)采用監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過限電器采用節(jié)點的用電指標(biāo)數(shù)據(jù)，然后通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）數(shù)據(jù)傳輸模塊將電氣數(shù)據(jù)按約定的協(xié)議上傳到服務(wù)器中，服務(wù)器接收到電氣數(shù)據(jù)后數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、入庫、分析、顯示、預(yù)警等，本文的主要研究內(nèi)容如下：

（1）電氣數(shù)據(jù)采集，將限電器的指標(biāo)數(shù)據(jù)，按約定協(xié)議通過物聯(lián)網(wǎng)卡上傳到云服務(wù)器中。

（2）在云端服務(wù)器研發(fā)UDP服務(wù)，與遠(yuǎn)程節(jié)點建立連接，接收并解析遠(yuǎn)程節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫中。

（3）分析UDP服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)電氣數(shù)據(jù)指標(biāo)所設(shè)定的閾值進(jìn)行分析，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警提示。

（4）對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括電氣指標(biāo)、度量單位、用戶信息、日志信息、權(quán)限信息、角色信息等。

（5）電氣數(shù)據(jù)管理及可視化，對UDP服務(wù)器接收到的電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度查詢與展示，方便用戶直觀的查、檢索、導(dǎo)出所需要的數(shù)據(jù)，并對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。

1.2關(guān)鍵技術(shù)

       系統(tǒng)采用B/S框架進(jìn)行設(shè)計，Java語言進(jìn)行開發(fā)，用Sprideatis作為軟件開發(fā)平臺。項目后端采用Springboot+Mybatis框架并進(jìn)行整合，前端采用HTML5+CSS3+WebSocket+ECharts進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)采用Mysql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲。下面將對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡單介紹。

       SpringBoot是基于Spring4.0設(shè)計，不僅繼承了Spring框架原有的優(yōu)秀特性，而且還通過簡化配置來進(jìn)一步簡化了Spring應(yīng)用的整個搭建和開發(fā)過程。SpringBoot通過集成大量的框架使得依賴包的版本沖突，以及引用的不穩(wěn)定性等問題得到了很好的解決。

       MyBatis是一款優(yōu)秀的持久層框架，它支持定制化SQL、存儲過程以及映射。MyBatis避免了幾乎所有的JDBC代碼和手動設(shè)置參數(shù)以及獲取結(jié)果集。MyBatis可以使用簡單的XML或注解來配置和映射原生信息，將接口和Java的POJOs(PlainOrdinaryJavaObject,普通的Java對象)映射成數(shù)據(jù)庫中的記錄。

       ECharts是一個純Javascript的可視化圖表應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，可以流暢的直接運行在所有PC和移動終端設(shè)備上，兼容當(dāng)前絕大部分的網(wǎng)頁瀏覽器(IE6/7/8/9/10/11，chrome，firefox，Safari等)，底層依賴輕量級的Canvas等類型的圖表庫ZRender，提供直觀，生動，可人性化的交互，可高度使用的個性化量身定制的數(shù)據(jù)資源和可視化的圖表。其創(chuàng)新的拖拽重計算、數(shù)據(jù)在線視圖、值域在線漫游等功能特性大大程度增強(qiáng)了用戶的體驗。

       HTML5一直是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中較受關(guān)注的兩個話題。HTML5用戶帶來了一組新的體驗，如Web的音頻和視頻不再需要插件，通過Canvas可以更靈活地完成圖像繪制，而不必考慮屏幕的分辨率，流星器對可擴(kuò)展矢量圖（SVG）和數(shù)學(xué)標(biāo)記語言（MathML）實現(xiàn)了本地支持等。

2.1設(shè)計目標(biāo)

       用電智能監(jiān)控系統(tǒng)以準(zhǔn)確獲取用電數(shù)據(jù)，解析存儲電氣數(shù)據(jù)，分析預(yù)警異常狀態(tài)，及時提示管理用戶，從而減少發(fā)生電氣火災(zāi)為設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計一套集數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)解析、異常指標(biāo)分析與預(yù)警、數(shù)據(jù)檢測與可視化等功能的互聯(lián)網(wǎng)用電智能監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2設(shè)計原則

       系統(tǒng)將設(shè)計時將采用合理、科學(xué)的系統(tǒng)架構(gòu)，完整的功能層次框架，保障系統(tǒng)的業(yè)務(wù)穩(wěn)定、數(shù)據(jù)、簡單易用，系統(tǒng)建設(shè)基于以下主要原則：

（1）易用性原則。系網(wǎng)站界面簡潔明了,布局合理，頁面瀏覽及操作提示直觀清晰，適合電腦瀏覽器的使用習(xí)慣，幫助信息豐富，有利于用戶獲得相應(yīng)信息及完成操作，有良好的用戶體驗。

（2）實用性原則。以完成為相關(guān)工作的業(yè)務(wù)需求為首要目標(biāo)，避免貪大求全、盲目建設(shè)，避免盲目追求、新技術(shù)。

（3）高可靠性原則。在實用性的前提下，所采用的網(wǎng)絡(luò)和信息化技術(shù)應(yīng)是主流技術(shù)，具有持續(xù)發(fā)展的潛力。

（4）適度和可擴(kuò)展性原則。確定項目的硬件環(huán)境和基本配置，綜合考慮項目實施后一段時間內(nèi)信息容量、網(wǎng)絡(luò)狀況、信息存儲、數(shù)據(jù)挖掘算法對硬件的需求等因素，為了避免硬件資源的浪費，制定的硬件平臺應(yīng)具有適當(dāng)?shù)囊?guī)模，以及一定的前瞻性和擴(kuò)展性。

2.3系統(tǒng)總體設(shè)計

       用電智能監(jiān)控系統(tǒng)將分為四層進(jìn)行設(shè)計：基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)流程和信息服務(wù)，系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

 

2.4功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

       本系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計包括數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)入庫），基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理（指標(biāo)管理、單位管理、閾值管理），信息查詢（電氣數(shù)據(jù)查詢、異常數(shù)據(jù)查詢），數(shù)據(jù)可視化（數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)趨勢性分析），系統(tǒng)（權(quán)限管理、用戶管理、角色管理、日志管理），系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

 

（1）數(shù)據(jù)接口功能是實現(xiàn)限電器將節(jié)點上采集到的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)卡上傳到服務(wù)器中，服務(wù)器通過UDP服務(wù)接收到數(shù)據(jù)后按約定的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并將數(shù)組以設(shè)計的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲到數(shù)據(jù)庫表中。

（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能主要實現(xiàn)采集的指標(biāo)管理（如：電流、電壓、功率、溫度、濕度、電阻等）、度量單位管理以及指標(biāo)的閾值設(shè)置管理。

（3）信息查詢功能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫存儲的電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行多條件組合查詢和異常數(shù)據(jù)的檢索功能。

（4）數(shù)據(jù)可視化以圖形可視化的形式實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)實時變化情況，以及對用電數(shù)據(jù)的趨勢性分析，方便用戶直觀的體驗數(shù)據(jù)的變化情況。

（5）系統(tǒng)實現(xiàn)用戶權(quán)限管理、用戶管理、角色管理、日志管理等功能。管理員可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要建立不同的角色，并給該角色分配不同的權(quán)限，當(dāng)用戶擁有該角色時，即可操作角色所包含的權(quán)限菜單。

2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計

       系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。通過對系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程及需求進(jìn)行分析后，得出系統(tǒng)需要以下數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)來存儲信息：se_datahistory、se_dataitem、se_electricaldatase_eqchangerecord、se_equipment、se_hstructure、se_instructions、se_parameter、se_sys_log、se_sys_right、se_sys_role、se_sys_role_right、se_sys_user、se_sys_workunit。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表關(guān)系ER圖如圖3所示：

 

       本系統(tǒng)采用Springboot、Mybatis、H5、CSS3、Echarts等技術(shù)實現(xiàn)了一套用電智能監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過限電器采集監(jiān)控節(jié)點的電氣指標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按約定協(xié)議上傳到服務(wù)器后，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、入庫、分析、預(yù)警等一系列操作，通過電氣數(shù)據(jù)分析判斷客戶用電情況，系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸接口、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化、系統(tǒng)等功能。通過應(yīng)用本系統(tǒng)能夠有效地對硬件方面?zhèn)鬏斶^來的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，對出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)能夠非常及時的發(fā)送預(yù)警信息，有效地降低用電帶來的隱患，較大程度上保護(hù)用戶的財產(chǎn)。如下圖4實現(xiàn)了電氣指標(biāo)閾值配置功能，圖5實現(xiàn)了電氣指標(biāo)數(shù)據(jù)異常預(yù)警功能。