摘要：随着现代化技术以及信息化手段的飞速发展，各类电能的大规模应用不仅为居民的日常生活提供了便利，但同时也引发了较为严重的电气隐患以及火灾隐患，为了更好的保证用电安全，就应当通过物联网技术与云平台技术的应用来构建出非侵入式用电安全监控系统。因此，文章首先对用电安全监控系统的发展现状展开深入分析;在此基础上，提出基于物联网与云平台的非侵入式用电安全监控系统设计措施。
关键词：物联网技术;云平台技术;非侵入式;用电安全监控系统
引言：为了更好的预防电气火灾问题，涉及到的研究人员在故障电弧以及用电器的识别监测方面展开了深入研究，但大多数研究内容都只局限在算法理论方面，并没有将算法直接应用在完善系统的构建方面，而站在故障电弧监测领域的角度上来看，尽管故障电弧断路器已经得到了较为全面的应用，但内部的功能却比较单一，并且缺乏互联网功能，无法实现远程监控。因此，这就需要加大对于物联网技术以及云平台技术的重视程度，以此为基础来设计出更加完善的非侵入式用电监测方案以及用电安全监控系统，从而对室内所用电气的线路故障进行远程监控。
一、用电安全监控系统的发展现状
（1）用电器识别技术
在用电安全监控方面，应当对用电器展开精细化的监控与识别，以此来进一步明确室内各类用电器的使用类型、使用规律等多种数据信息，这对于用电的安全监控来说也有着十分重要的意义。而在用电器识别技术的角度上，目前已经获得了一些较为显著的研究成果，但国内由于研究起步比较晚，一些世界中等经济发达国家已经发布出了能够在电器模式识别训练中应用的数据集，比如BLUED以及REDD等，国内还并没有公开的数据集。在整体发展过程中，当前在用电器识别方面所采取的分析技术，主要就是根据用电器暂态特征分析以及用电器稳态特征分析这两种类型。其中的暂态特征分析，所分析的主要内容就在于电器移除以及电器接入时在瞬时功率方面所产生的变化，出现的电压噪声以及电流峰值与均值等多种特征;稳态特征分析则是分析用电器电压、功率、电流轨迹以及电流谐波等多种特征。而在对特征参数模式识别与分类方式进行研究的过程中，其内部所采用的则是监督学习型算法，这部分特征提取技术以及用电器识别模式以及识别方式，为电器的应用提供了坚实的理论基础。目前用电器识别当中存在的主要问题就在于涉及到的算法理论比较多，但针对算法工程应用的研究比较少，在实际工程当中，采用比较多的都是那些功率特征粗略识别的大功率用电器，而在物联网技术与云计算技术高速发展的背景下，应当将数据信息采集以及数据信息分析划分为两种子系统，确保每一个子系统都可以充分发挥出自身的长处，而后利用互联网来对分析结果进行整合处理，以此来促进用电器监控识别系统的稳定发展。
（2）用电监控的联网化
在用电监控的角度上，最早采用互联网技术的就是智能电表，而在传统的人工抄表方式当中，不仅会消耗大量的人力资源，也会严重影响到工作效率以及工作质量，这也为联网自动抄表功能智能电表的发展应用起到了良好的促进作用。而无论是国内还是国外，主要就是将那些采取微处理器的电子式电能表定义成智能电表，在近年来的发展进程中，还将多用户计量以及通信功能等多种特征引入到了智能电表的概念当中，举例说明，采用CAN总线组网设计方式来设计智能电表，就可以实现小区内部的电表组网，而基于3G网络的智能电表，其属于在用电监控方面应用物联网技术的初步尝试，并且取得了十分优异的效果。而在目前的发展进程中，用电监控并非只局限在自动抄表，电流谐波以及功率因数等数据信息同样属于用电监控系统的主要采集目标，其中同时还支持远程供电与远程断电等多种控制功能，进一步建立起一种较为完整的智能用电系统与管理系统。因此，以这一目标为基础，就要通过多样化的联网措施来完善智能用电管理系统的具体设计方案，在国外环境中，美国与日本的政府部门同样公布了智能电力管理系统的应用计划以及应用措施，这些系统都在一定程度上实现了用电监控系统的联网化转变，并且这些采取了联网技术的用电监控系统，能够更好的促进用电系统的远程数据信息采集与数据信息控制，但这部分系统内部却并没有引入云计算技术，仅仅只是完成了对于电流以及功率等信息的采集，没有针对数据信息进行深入分析，导致数据当中原本所蕴含的信息不断浪费，而这些系统中所采用的平台技术也大多为集中式的部署模式，具备着比较高的耦合性，不利于系统后续的升级与更新。在目前的发展进程中，用电监控系统的联网化也在逐渐向着更加智能的方向转变，在国内环境当中，随着智慧安全用电管理理念的实施，用电安全监控系统与云计算技术以及物联网技术之间的结合也更加紧密，并且其中还涉及到了大数据分析以及深度学习等多种分析手段，从而更好的实现安全用电管理工作[1]。
二、基于物联网与云平台的非侵入式用电安全监控系统设计措施
（1）物联网智能监控终端设计
1.智能监控终端的框架设计。智能监控终端在本质上属于整体物联网系统当中所用的终端设备，主要功能就在于利用电流互感器等设备，通过非侵入的方式来对电流数据信息进行采集，而后对这部分数据信息展开初步处理，将这些数据信息打包处理过后利用互联网传输设备来发送到云端当中展开深入分析，并接受云端对于电路的控制，从而根据电弧故障的实际发生情况来及时切断电路。而在数据流的角度上来看，可以将智能监控终端详细划分为三层，分别为传感层/执行层、传输层以及处理层，其中的传感层/执行层，主要就是由继电器模块以及电流互感器模块所构成;而传输层则是将网卡芯片作为核心内容的网络模块;处理层是以微控制器为核心内容的处理模块与控制模块。在硬件构成的角度上，可以将智能监控终端的基本架构划分为网络传输模块、电流互感器模块、继电器控制模块以及微控制器模块。
2.智能监控终端的硬件设计。首先是微控制器模块，在智能监控终端内部所用的微控制器当中，其所采用的主要为STM32F103C8T6芯片，这种芯片中所采用的主要为PLL锁相环技术，由于其自身所具备的优异性可以有效满足终端在预处理、线路控制以及数据信息采集方面的基本需求，并且其整体成本也比较低，能够进行大规模的安装与应用;其次是电流互感器模块，在智能监控终端当中，其所具备的一种重要功能就在于将采集完毕的数据信息传递至云端当中展开深入分析，而电流互感器模块就是将入户线路的电流信号进行高效采集，在传统的电流采集方式当中，所采用的主要为接入采样电阻的方式，而后对电阻两端部位的电压进行测量，通过欧姆定律来准确计算出电流数值，但这种方式整体较为复杂，并且220V的市电也很难采样，这就需要采取霍尔电流传感器来进行电流采样，利用霍尔效应原理，如果在霍尔元件的导线部位出现电流时，就会在对应的平面发展方向产生磁场，与磁场以及电流垂直的方向则会产生电动势，电流越大电动势就越大，只需要对电动势的具体大小进行测量就能够明确电流大小。
（2）远端监控平台的设计
1.监控平台的软件架构。在整体监控系统的设计过程当中，应当采取云、端分离的结构，在云端监控平台当中，其具备着整体系统内部的多种功能，比如数据信息分析储存、智能监控终端以及门户网站等多方面内容，而在监控平台方面，则提供了Web接口以供用户进行访问，用户可以通过浏览器来对相应的监控平台进行访问，所获取到的监控数据信息也是经过数据分析组件计算过后进行储存的。同时，终端连接管理组件当中，可以保证终端的数据通信以及监听，监控平台获取到的所有数据信息，都会在经过持久化后进入到MySQL数据库当中，利用各类缓存系统来确保数据信息的高速存取。整体平台软件框架如图1所示。
2.监控平台的软件实现。在监控平台内部的软件当中，其所采用的主要为分布式服务的设计理念与设计思想，而在传统的集成式应用软件系统当中，其大多都会将所有的业务逻辑集合在一起，但分布式服务与其完全不同，能够在监控平台软件的设计方面对整体软件系统进行差分处理，确保其能够实现服务化与组件化，不同组件以及服务也都能够实现单独的部署与实现，各个组件之间可以通过共享的数据信息库系统以及HTTP型API来有效完成数据信息的沟通与交换。同时，不同组件也要根据功能与使用需求方面存在的差异采取对应的编程语言与系统平台，这种分布式的设计方式也能够降低不同功能组件之间的耦合，对于某一个组件进行的修改也不会对整体软件系统产生影响，这就需要根據业务的基本系统逻辑进行功能划分，监控平台软件主要需要实现终端连接管理组件、数据库系统、数据分析服务和Web 服务器四大模块，四个模块协同工作，共同完成监控平台的功能。
结论：综上所述，在当前的发展进程中，基于监控系统终端以及云端平台的优化存在着较多工作内容，而为了确保非侵入式用电安全监控系统能够有效发挥自身的实际作用，就应当在云平台技术与物联网技术的基础上，对整体系统展开针对性的完善优化，以此来更好的降低用电安全隐患。
参考文献
[1]陈飞，杨超.住宅用电非侵入式电力负荷监测与识别[J].智能计算机与应用，2021，11（09）：75-84.