基于物联网的建筑电气设备智能监控系统设计与实现

摘要：为解决建筑电气监控的各类问题，本文以物联网技术为出发点，对智能监控系统设计进行研究，明确系统组成、功能等各项设计方案，开展智能监测应用，判断系统的运行效果。在实际监测利用中，系统适用于各类建筑电气设施，监测结果的准确率至少达到80%；监测一个建筑内的300台电气设施，采取3min更新监测数据的技术方式，各月预警平均值为13次，预警失误率控制为1%。经系统运行发现：该系统能够动态反馈建筑电气的运行情况，确保警报反馈准确。

关键词：物联网；监控；数据

引言：较长时间内，电气设备安全是建筑防护的关键任务。在电气设施运行中，极易发生建筑火灾事故。电气设施运行情况，对于社会群体的各项活动会形成较大影响。原有的电气设施是采取单独运行方式，技术人员无法动态获取电气设施运行情况。为此，利用物联网技术，创建电气设施的监测方案，智能获取电气设施运行数据，极为关键。

1 智能监控电气设施的物联网系统设计

1.1 系统组成

系统组成较多，具体包括采集设施、信息传输单元、数据分析模块等。信息采集设施会连接各类传感设备，有效整合传感器获取的各类信息。信息传输单元能够保证监测结果的传输效果。智能监测系统中添加了各类网络，确保信息传输无阻。安全监测单元是系统的核心应用，利用设置警报值、预警分析等形式，有效处理简单信号，达到安全监测目标。系统组成中，具体包括“信息采集”、“信息传输”、“数据应用”等多个部分，各个组成的联系紧密，该系统技术框架，见图1。

图 1 电气安全监测系统技术框架

1.2 明确系统功能

系统会采集电气回路的各类数据，用于判断电气回路的运行情况。在系统前端位置，利用ARM芯片创建了全面的数据采集单元。其一，信息准确采集。在信息采集模块能够自主获取电路回路的各类数据，具体包括电压、电流等。系统是以网络技术为支持，开展数据传输。其二，信息安全传输。使用信息传输单元，将采集信息按照特定规则，转换成协议要求的数据格式，将信息传输至目标位置。其三，信息可视化反馈。利用Web程序快速获取数据库内的各类信息，将其反馈于前端程序，有效可视化呈现各类数据。此功能会动态反馈数据信息，便于技术人员查询历史信息。其四，数据深层次分析。在有数据警报设计的情况下，系统利用智能分析算法，参照系统长时间获取的监测信息，有效测定离群位置，针对潜在异常信息给予警报提示[1]。

1.3 数据处理单元设计

在计算机前端位置，完成数据采集、信息传送等各项处理。利用ARM芯片，创建数据处理模块，设计方案见图2。

图 2 数据处理单元设计方案

一，MCU。在计算机终端位置，MCU内部设有两个通道：一是DAC、二是ADC，用于监测电气回路的各类参数，确保信息传输到位，实时给出异常警报。

二，数据前期处理单元。在各类传感器之后添加了“预处理芯片”，用于转换采集信号，最终以数字信号形式传出。在监测系统的各类参数期间，ADC输入接口的数量不应低于6路，模数转换成功时，在MCU内的接口处接收数据。未监测的电流部分，系统会利用单相计量芯片，高效转换信号格式，处理后传输至MCU。

三，数据安全传输单元。系统功能含有两个部分：利用网络技术完成数据通信，使采集数据传送至终端；创建各类电气设备之间的信息互联路径，确保设备信息的相互连通效果。在系统前端数据显示层，此部分的网络通信技术，能够连接各类通信技术。在各类通信技术的联合应用下，能够有效部署前端，合理控制部署支出。设备互联的技术方案，有助于积极应对建筑内部信息传输不畅的问题，增强建筑内全域信息传输质量。处于信号欠佳地段的设备，能够连接四周的信息传送点，无须逐一连接处理，设施的安装操作较为简单[2]。

四，异常警报单元。MCU会利用自身的接口，连接各类警报器，具体包括“状态显示灯”、“警报提示灯”等。利用状态显示灯，动态反馈各类设施的运行情况。在传感器支持下，获取各类电气监测信息后，监测结果处于警报区域后，会触发警报指令，快速提示专人予以处理。

1.4 智能监测模块设计

在系统后端部分，主要功能有：显示监测结果、查询往期数据、图表展示各类监测内容、设定警报范围、数据智能分析等。系统从电压、电流等各类电气设施监测数据为切入点，创建特征向量，融合K-means算法，有效开展离群点测定活动。在计算机后端，系统会参照一定周期，开展数据分析活动，反馈数据挖掘结果。系统利用K-means算法开展数据分析后，给出的反馈结果，含有两类：一是正常信息、二是触发警报的非安全数据。第二类数据会触发警报，在技术人员接收预警信息后，对于线路开展运维处理。若是在下个时段内的离群点数量显示无误，系统会自主撤除警报[3]。

2 智能监控电气设施的物联网系统应用

2.1 监测质量分析

系统用于监测建筑各类电气参数期间，监测结果与实际数值的偏差率不足5%。在商用建筑内引入智能监控系统，利用高性能的传感器、优异的数据采集技术，全面获取电气设施的性能数据，测定偏差率小于±2%。在故障测定应用时，系统运行会受到各类因素的干扰，具体包括数据处理流程、算法适用性等。多数情况，完整的系统功能，能够有效测定故障问题，测定准确率至少达到80%。如表1所示，是系统监测后反馈的信息情况。

表 1 系统监测后反馈的信息情况

2.2 警报准确率分析

其一，实时预警。系统利用实时监测获取的各类电气信息，能够快速判断电气设备存在的功能问题，从短路、过流各个方面发出异常警报。故障数据出现至发出预警的过程需要1至3s，便于技术人员及时查看异常数据，给出对应的处理方案，防止故障问题扩大。其二，有效预警。针对形成过程复杂、异常表现不明显的故障情况，主要包括设备性能变化、绝缘防护效果欠佳等。此类问题的形成时间较长，在出现明显性能失灵、绝缘层较薄等情况下，会给出警报提示，反馈故障类型、异常点位等各类信息，便于技术人员及时确定故障问题的具体情况，给出有效的修复方案，及时消除故障问题。多数情况下，技术人员会更新受损设施、防护层较薄的绝缘结构，快速恢复电气设施功能。如表2所示，是系统测定一个建筑电气设施的应用情况。

表 2 系统测定一个建筑电气设施的应用情况

结论：综上所述，以物联网技术为主体，开发电气监测的技术应用。在系统前端主要利用ARM芯片，创建了前端信息采集模块，能够有效获取电气回路信息，确保信息传输质量。在系统后端获取各类信息后，实时反馈监测结果，对于异常问题给出警报提示。配合使用K-means数据分析，确保预警提示准确。系统具有较强的推广价值，可用于商用建筑、办公楼等各类项目，确保电气监测准确。其中，电气故障判断的准确率至少为80%，电气其他参数的测定准确率高于95%。在实际监测建筑中300台电气设施中，监测数据3min更新一次，平均每月预警13次，误报率为1%，预警准确率较高。

参考文献：

[1]宋德祥,王义娟.建筑电气设备的智能监控与远程管理[J].新城建科技,2024,33(03):5-7.

[2]吴川.建筑电气设备远程智能监控系统设计研究[J].计算机测量与控制,2020,28(08):130-134.

[3]朱靓,温潇华.基于物联网的建筑设备智能电源监控系统[J].电源技术,2017,41(12):1775-1777.