基于IoT技术的智能灌溉用电系统研究

董兴海 罗子江 仝伟

（1.云南电网有限责任公司楚雄元谋供电局 云南省楚雄市 675000 2.昆明能讯科技有限责任公司 云南省昆明市 650217）

物联网的基础是成熟的互联网体系，核心是信息传递与交互控制，在互联网的基础上延伸并扩展到任何人与物之间、物与物之间，进行载体间信息的智能化处理和通信控制。近年以来，随着互联网产业发展日趋成熟，物联网已经进入到生活的方方面面，随着5G技术的到来，物联网产业将迎来井喷式发展。能源互联网是深度融合能源系统和互联网的新一代能源系统。以“互联网思维”改造传统电力系统，大力推进能源与信息的深度融合，发挥电力系统覆盖面宽、能量和信息一起传输的独特网络优势，克服传统思维的局限和存在的薄弱环节，构建骨干电源与分布式电源结合、多种能源优化互补、供需互动开放共享的能源系统和生态体系，推进能量流-信息流-价值流融合的能源互联建模与规划，建立用户的需求响应及互动，互动和共享用电模式，是目前电力建设的首要任务。

1 智能灌溉用电系统概述

电网升级随着新一轮农村电网改造升级，农村偏远地区供电质量稳步提升，但属用户产权的“表后线”却普遍存在着私拉乱接、破损老化、供电能力受限等问题，成为阻碍农村居民正常用电的“新瓶颈”。加之一些地区干旱少雨，配电季节性过载、低电压的问题越来越严重，配变烧坏情况时有发生；农户因抽水需要，私拉乱接的情况越来越多，且线路架设标准低、线路维护不到位，线路老化、破损严重，存在严重安全隐患。农民群众缺乏安全用电常识，认为电线拉进了屋,便有自主权，只要不偷电,一切都随意，随意私拉乱接，农排用电中闸刀没盖、铝丝代替保险丝、不装漏电保护装置等现象普遍存在。临时线、地爬线、挂钩线等私拉乱接现象严重，存在极大的安全隐患，近年来接二连三的发生社会人员触电情况。

为了解决相关业务问题，以大数据平台+互联网+物联网的策略打造智能灌溉用电生态系统，软硬件一体化建设，平台服务与终端处理深度融合，系统由用户端、智能灌溉用电共享终端、智能灌溉后台三部分组成。可以有效的解决解决季节性过载、低电压等供电质量差的问题，实现安全、便民、高效的用电服务，确保人民群众用上电、用好电目标。

智能灌溉用电系统建设目标概括为以下几点：

使用方便化：采用最新的小程序技术，开发手机小程序，用户使用用电共享终端时，可直接扫二维码使用终端。

图2：智能灌溉用电共享终端设计图

设备监控实时化：综合利用物联网和互联网安全技术，远程实时监控管理设备状态，远程开启或关闭控制充电状态，可充电实现安全无忧。

数据分析智能化：利用大数据分析服务，充电设备大数据智能管理分析，多维度查看各项数据。平台智能分析用户和充电数据，形成报表。

功能升级远程化：采用OTA 无线升级功能，无需更换配件，轻松完成智能灌溉用电共享终端升级。

2 总体架构

智能灌溉用电系统建设思路分为软硬结合加平台服务，通过物联网技术（IOT）实现互相交互。总共分三层：移动层主要是小程序的开发、服务层主要是Web 后台开发、硬件层为智能灌溉用电共享终端硬件开发，主要是嵌入式系统的开发。如图1 项目建设总体思路图。

2.1 移动层

考虑到智慧灌溉用电共享终端使用的特殊性，将采用小程序的方式实现人机的实现业务交互，小程序主要设计了以下功能

扫码用电：二维码扫描逐渐已经成为一种主流的信息传递和交换方式，通过二维码生成器支持微信小程序扫码。

消费记录：在微信小程序可查看电量、用电时长、用电记录、故障记录；

在线充值：支持微信充值。

智能结算：时间/功率收费，多种方式供选择。

联网定位：随时查找距离最近用电站，及时用电。

2.2 硬件层

硬件层主要考虑预留充4 个电接口，支付和电路状态显示、故障显示，以及消费时间和功率计算。采用嵌入式单片机技术，研制核心控制，实现功能主要如下：

刷卡充值：支持IC 卡绑定开卡充值，无手机用户也能使用。

联网定位：联合小程序随时查找距离最近用电站，能及时用电。

自动退费功能：3 分钟内未取电成功，无需付款。

如图2 为硬件设计的思路图。

2.3 服务层

PC 端主要是Web 端口的数据显示和统计，主要设计了以下功能：

设备管理：远程监控、管理设备状态，财务数据智能统计营收，通过手机或者PC 端实时查看、管理各地区充电设备的运营情况，及时预警、排查、上报设备异常情况，防患于未然。

用电计费：根据用户用电电量进行计费，计算方法科学精准。

充值记录和消费记录查看：每一笔充值和消费都有迹可循，实时查看明细，方便快捷。

故障上报及问题反馈：充电设备的运营情况异常或设备故障时，及时预警、上报设备异常情况，保障设备资产和用户人身安全。

用户管理：用户账号、角色、权限等管理。

3 实践与展望

3.1 应用现状

开发的系统和程序都应用到了实际，降低配电维护资源，降低线损，提高供电可靠性级供电质量，降低配变维护、抢修风险，遏制私拉乱接带来的涉电公共安全事件，提高使用者满意度，实现安全、便民、高效的用电服务。

3.2 应用展望

物联网的服务模式在消费领域和工业领域都在日益普及。这种模式将一改传统上“销售继而遗忘”的思维模式，将产品与服务持久地结合在一起。只靠物但依靠联网本身并不能进行实现系统真正的发展。它需要结合人工智能，雾计算和区块链等关键技术，才能实现更大的影响。将这些技术结合在一起，才能从物联网投资中获得更大的价值，克服之前阻碍物联网采用的障碍，包括安全性，带宽和数据分析方面的挑战。目前的智能灌溉用电系统处于前期试用阶段，后续将完善和加入更多技术。

（1）完善硬件层设备管理，提升用电安全监管能力。随着电力现场专业管理要求提高，特别是用电安全管理力度加大，管理设备将更加精细化，比如设备感知能力，遇到恶劣天气安全人员与设备交互时安全问题，设备外壳的绝缘化、牢固化为高危环节监管和安全施工监管奠定基础。

（2）5G 通信技术引入。5G 技术也飞速发展，5G 在物联网的应用可以后将会把5G 技术带入到应用中。使智能灌溉后台和终端数据交互更快，现场应急处理更加迅速，后台可实时监督硬件层的设备状态，保证设备和人员的实时安全。

（3）人口智能语音识别技术。自然语言处理是计算机科学领域与人工智能领域中的一个重要方向，研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法，涉及的领域较多，主要包括机器翻译、机器阅读理解和问答系统等在硬件层加入语音识别，使用户更多的“解放双手”，只需和终端语音交互即可实现充电、功能选择、缴费等系列操作。

4 结语

建设智慧城市、智慧乡村，离不开“智慧用电”。通过IOT 技术（物联网）技术实现智能灌溉用电共享终端研制和应用，极力解农村地区节性过载、低电压等供电质量差的问题，遏制私拉乱接带来的涉电公共隐患，提高客户满意度，实现安全、便民、高效的用电服务，确保人民群众用上电、用好电目标。