安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司
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未曉妃
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由參量采集模塊、參量匯集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、云平臺(tái)及客戶端組成。參量采集模塊負(fù)責(zé)連接傳感器，感知火情現(xiàn)場;參量匯集模塊負(fù)責(zé)匯集與上傳火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊作為通信橋梁，負(fù)責(zé)參量匯集模塊與云平臺(tái)之間的信息傳遞；云平臺(tái)則負(fù)責(zé)運(yùn)算及處理數(shù)據(jù)信息，計(jì)算得出火災(zāi)發(fā)生的概率，并發(fā)送信息至客戶端，客戶端可相應(yīng)呈現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警信息。
2 硬件構(gòu)成
單參量采集模塊、參量匯集模塊硬件構(gòu)成如圖2所示?；鹎楝F(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集由單參量采集模塊和參量匯集模塊共同完成。
參量采集模塊包括傳感器、信號(hào)處理電路、MCU,并通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口（232、485、I2C、SPI等）與參量匯集模塊連接。根據(jù)火情現(xiàn)場情況，選取煙霧、溫度、火焰、電參數(shù)（包括入戶母線電壓、電流、有功功率、無功功率或功率因數(shù)）等傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)信號(hào)處理電路處理后送入MCU,再通過標(biāo)準(zhǔn)接口。根據(jù)約定的通訊協(xié)議，將火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸給參量匯集模塊。參量匯集模塊以無線MCU（ZigBee終端節(jié)點(diǎn)）為核心。通過標(biāo)準(zhǔn)接口與單參量采集模塊有線連接，接收單參量采集模塊發(fā)送的火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)，再通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給
ZigBee協(xié)調(diào)器。數(shù)據(jù)傳輸模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由ARM微處理器.ZigBee協(xié)調(diào)器以及NB-IoT模塊組成。
各參量匯集模塊作為ZigBee終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò),ZigBee協(xié)調(diào)器接收多個(gè)參量匯集模塊上傳的火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)。ARM微處理器負(fù)責(zé)統(tǒng)籌處理數(shù)據(jù)本地傳輸、遠(yuǎn)程傳輸,以及相應(yīng)的解析及轉(zhuǎn)換,NB-IoT模塊將火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)等信息遠(yuǎn)程發(fā)送至云平臺(tái)進(jìn)行處理。
3軟件設(shè)計(jì)
3.1數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集過程完成對(duì)火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集,其軟件流程如圖4所示。
初始化完成后，參量采集模塊需要通過相應(yīng)的傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，處理完相關(guān)數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳輸至參量匯集模塊。
3.2數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸是指將參量匯集模塊接收到的多組火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)的過程，其軟件流程如圖5所示。
ZigBee協(xié)調(diào)器檢測(cè)周圍網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，建立網(wǎng)絡(luò)。參量匯集模塊作為終端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至ZigBee協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器接收到上傳的火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過串口通信將數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM微處理器,ARM微處理器對(duì)數(shù)據(jù)解析、打包后，由NB-IoT模塊上傳至云平臺(tái)完成數(shù)據(jù)處理，*終實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警。
3.3數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理是指在云平臺(tái)對(duì)上傳的火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算與處理的過程，其軟件流程如圖6所示。
云平臺(tái)完成初始化后，首先接收火災(zāi)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場的位置以及火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)等信息，運(yùn)算與處理上傳數(shù)據(jù)中的多個(gè)變量，隨后建立火災(zāi)現(xiàn)場狀態(tài)與多變量參數(shù)之間的非線性數(shù)學(xué)模型?；谠撃Ｐ?，依據(jù)采集的多變量數(shù)據(jù)，通過智能算法計(jì)算得出火災(zāi)發(fā)生的概率，然后發(fā)送火災(zāi)預(yù)警信息至客戶端。
4智能識(shí)別算法
本文提出的火災(zāi)預(yù)警智能識(shí)別算法，可合分析傳感器采集的多個(gè)變量，基于半監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)變量分類，并通過求解算法,建立火災(zāi)現(xiàn)場狀態(tài)與多變量參數(shù)之間的非線性數(shù)學(xué)模型?；谠撃Ｐ?依據(jù)采集的多變量數(shù)據(jù)，*后得出火災(zāi)發(fā)生的概率，達(dá)到預(yù)警的目的。算法包含兩部分。
（1）基于稀疏編碼的結(jié)構(gòu)特征提取方法
其對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7所示。
記樣本數(shù)量為N,樣本維度為D,則第i個(gè)樣本可表示為ai={ai1,ai2,......aid},則自動(dòng)編碼器參數(shù)訓(xùn)練的目標(biāo)為輸出數(shù)據(jù)接近輸入數(shù)據(jù),即
：
式中=為輸入樣本集合狙為相應(yīng)的輸出值集合。
(2)多類SVM的實(shí)現(xiàn)
5安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
（1）概述
Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對(duì)剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號(hào)的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測(cè)到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。
（2）應(yīng)用場合
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。
（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
（4）系統(tǒng)功能
監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測(cè)器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警”指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠(yuǎn)程對(duì)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對(duì)于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動(dòng)除
當(dāng)被監(jiān)測(cè)回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警除后，控制輸出繼電器釋放。
通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測(cè)器之間發(fā)生通訊故障或探測(cè)器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測(cè)器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲
當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。
（5）配置方案
6結(jié)語
本文利用參量采集模塊采集火情現(xiàn)場數(shù)據(jù)并上傳至參量匯集模塊，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT模塊將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，云平臺(tái)合分析傳感器采集到的多個(gè)變量，并通過求解算法，得出火災(zāi)發(fā)生的概率并將其發(fā)送至客戶端，據(jù)此提醒工作人員及時(shí)采取措施?；谠撓到y(tǒng)，及時(shí)預(yù)警火情現(xiàn)場，提前預(yù)判。從而減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
作者介紹
未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，178 2117 0311,主要研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。
