張 雙

（深圳市國電科技通信有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

人工智能技術、VR技術、大數(shù)據(jù)技術等現(xiàn)代化技術在電力企業(yè)生產運營過程中的應用，不僅加速了時代與產業(yè)發(fā)展步伐，也對電力公司的未來發(fā)展與規(guī)劃提出了更高的要求。目前，物聯(lián)網已經借助其獨有的優(yōu)勢，廣泛應用在電力企業(yè)的不同作業(yè)領域中[1]。在深入此項工作的研究時發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網通用芯片是電力企業(yè)內部傳感器實現(xiàn)對反饋信息大規(guī)模集成的主要構件之一，不同型號的芯片在電力企業(yè)中所發(fā)揮的作用不同，為滿足通用芯片的更高效能與多元化功能，本文將引進人工智能技術，從硬件與軟件兩個方面開發(fā)一種針對電力物聯(lián)網的通信芯片集成系統(tǒng)[2]。在開發(fā)系統(tǒng)時，應嚴格遵循系統(tǒng)功能的模塊化設計原則，為提高系統(tǒng)的運行效率并實現(xiàn)對系統(tǒng)后續(xù)運維成本的簡化，應根據(jù)芯片的集成需求，設計不同的功能模塊，再基于總體層面進行系統(tǒng)的協(xié)調規(guī)劃與部署[3]。同時，還應當遵循低能耗與低成本原則，保證所選用的系統(tǒng)硬件設備具有較優(yōu)的綜合性能與實用性。例如，在進行系統(tǒng)核心運行芯片的選擇時，可以對比市場內現(xiàn)用的MPS-450芯片與ARM-1000芯片，發(fā)現(xiàn)MPS-450系列芯片的運行能耗較低，因此選擇前者作為本文系統(tǒng)的核心芯片，對電力物聯(lián)網通用芯片集成系統(tǒng)展開設計。

1 硬件設計

為確保開發(fā)的系統(tǒng)可以在實際應用中達到預期集成效果，應在開發(fā)系統(tǒng)前進行系統(tǒng)硬件結構的開發(fā)與設計[4]。本文開發(fā)系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構

本文研究設計的集成系統(tǒng)是在借助電力企業(yè)物聯(lián)網技術的支撐下，對部署在終端的多種電力設備運行信息進行主動采集，并借助傳感器與主控芯片對終端不同設備在運行中的射頻信息進行處理。同時，根據(jù)可控傳感器多個通信傳輸線路，在終端進行通用芯片的集成。為確保本文研究的系統(tǒng)在實際應用中可以達到預期的效果，下面將以射頻裝置與MPS-450系列主控芯片為例，進行系統(tǒng)硬件結構的設計。

1.1 射頻裝置選型

此次研究所選的射頻裝置型號為TT-2350，其中集成了ZigBee構件與IEEE705.3.18.20構件，可以使用此型號的射頻裝置建立一個成本較低的系統(tǒng)集成網絡。在網絡中，使用FT收發(fā)裝置進行8.0～16.0 kB的RAM編程，保證射頻裝置具有不同的運行模式。

1.2 MPS-450系列主控芯片選型

選擇市場內某著名IT公司聯(lián)合開發(fā)的低耗能MPS-450-12000型號的芯片，作為本文系統(tǒng)的主控芯片，此芯片在待機狀態(tài)下可以達到180.0 μA的超低耗電狀態(tài)，并可以實現(xiàn)在一個時鐘周期內對單條指令的快速執(zhí)行，通過此種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的低耗能性能。此外，在芯片上集成外圍模塊與直接存儲器訪問（Direct Memory Access，DMA）定時裝置，保證系統(tǒng)可以在外接狀態(tài)下執(zhí)行更多的功能。

2 軟件設計

2.1 芯片運行參數(shù)設置

在上述硬件設計與選型的基礎上，針對集成系統(tǒng)軟件部分進行設置，針對芯片在運行過程中的參數(shù)進行設置。通過對芯片在不同環(huán)境中運行時的溫度、濕度等最高上限和最低下限進行設置，規(guī)定合理的閾值范圍。在電力物聯(lián)網實際運行過程中，若某一設備運行時其相應數(shù)值超出了規(guī)定的閾值范圍，則此時集成系統(tǒng)可立即發(fā)出報警，警示燈顯示，從而在第一時間對其進行維護和處理[5]。同時，通過這一設計能夠為檢修部門提供更可靠的基礎數(shù)據(jù)信息。在具體設置芯片運行參數(shù)的過程中，為了確保參數(shù)設定的準確性更高，引入對電力物聯(lián)網集成預測誤差平均值的方法，并對參數(shù)之間的相關度進行計算。

在計算過程中，首先需要對初始數(shù)據(jù)按照特定的比例進行劃分，并將其分為訓練集和測試集。其次，在Web框架結構當中，生成多個訓練子集[6]。最后，采用加權平均算法的方式得出電力物聯(lián)網中各參數(shù)之間的相關度，并將其作為集成輸出。這一過程中，集成輸出結果為：

式中：Tx為建立物聯(lián)網通用芯片集成結果；γ為各個組成電力物聯(lián)網的參數(shù)權值；i為訓練集個數(shù)；Ti,x為在某一訓練層級當中第x個輸出的參數(shù)設定結果分量。將上述式（1）作為依據(jù)，以此完成對芯片運行參數(shù)的設置。

2.2 運行狀態(tài)實時顯示

在整個電力物聯(lián)網運行過程中，為實現(xiàn)對各類設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和顯示，引入CC2530中的Z-S協(xié)議棧，實現(xiàn)電力物聯(lián)網復雜網絡結構的連接。由于電力企業(yè)各類設備在運行的過程中會產生大量數(shù)據(jù)信息，導致最后構建的網絡結構更加龐大，要想在這一結構中實現(xiàn)電力物聯(lián)網設備運行參數(shù)的實時傳輸相對困難。針對這一問題，引入Z-S協(xié)議棧，在實際應用中基于集成系統(tǒng)的思想和事件輪循機制，在協(xié)議棧中的每一層結構完成初始化處理后，自動控制本文集成系統(tǒng)進入到功耗的運行模式中，并當具體事件發(fā)生時，可通過直接喚醒的方式將集成系統(tǒng)的相應功能喚醒。在完成任務后，再次進入到低功耗的模型中。因此不僅可以實現(xiàn)對電力設備運行狀態(tài)的實時顯示，同時還能夠降低本文集成系統(tǒng)的運行負擔。將電力設備運行狀態(tài)的顯示需求，在集成系統(tǒng)上位機當中完成，并引入C#語言對上位機中的顯示界面進行開發(fā)。通過C#語言的開發(fā)得到電力設備運行中各項從芯片上獲取數(shù)據(jù)的實時展現(xiàn)，為了進一步體現(xiàn)集成系統(tǒng)上位機顯示的可視化，將得到的數(shù)據(jù)以曲線的方式進行展示，以此能夠更加直觀地觀測到參數(shù)的變化趨勢。

2.3 基于人工智能的電力物聯(lián)網芯片節(jié)點集成控制

為了實現(xiàn)對電力物聯(lián)網中各個節(jié)點的實時增減，對電力物聯(lián)網系統(tǒng)芯片節(jié)點進行集成控制。在本文集成系統(tǒng)當中，基于人工智能技術引入一個分配器，該模塊的主要運行模式是通過可擴展標記語言實現(xiàn)對集成結果的查詢。同時，在實際應用中通過解析器完成對分配器輸出結果的轉換，最終將所需的電力物聯(lián)網參數(shù)進行展示，并將其交由集成系統(tǒng)用戶層進行處理。針對上述芯片運行參數(shù)設置和運行狀態(tài)實時顯示層進行管理，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)源信息從注冊階段開始，到數(shù)據(jù)在電力物聯(lián)網中運維整個階段的集成控制，當集成系統(tǒng)接收到查詢相關電力物聯(lián)網參數(shù)的請求時，在構建的數(shù)據(jù)源集合當中找尋這一數(shù)據(jù)信息。在實際應用中，通過引入人工智能技術，可針對各類不同功能芯片進行集中控制和管理，確保對電力物聯(lián)網中各個設備運行參數(shù)的獲取，使各個芯片的協(xié)作更加有序。同時，在用戶查詢的過程中，可向數(shù)據(jù)源集合中添加一個動態(tài)化的數(shù)據(jù)源信息，在對電力物聯(lián)網芯片節(jié)點集成控制時實現(xiàn)參數(shù)的動態(tài)裝卸，從而進一步提升節(jié)點集成的效果。

3 對比實驗

通過本文上述論述，分別從軟件層面和硬件層面完成了對集成系統(tǒng)理論設計，為了更直觀地得到該系統(tǒng)在設計、開發(fā)以及應用到實際中的可行性，選擇基于MC68HC08單片機的集成系統(tǒng)作為對照組，本文提出的集成系統(tǒng)作為實驗組，將兩種集成系統(tǒng)應用到完全相同的運行環(huán)境當中，通過對比所選擇的評價指標，實現(xiàn)對其應用效果的對比。實驗過程中選擇以某電力企業(yè)作為依托，將該電力企業(yè)當前運行過程中現(xiàn)有的多種不同類型芯片作為實驗對象，分別利用兩種系統(tǒng)實現(xiàn)對各個芯片的集成化處理。為了實現(xiàn)對集成效果的檢驗，將集成速率作為評價指標，對應的計算公式為：

式中：v為集成的速率；c為規(guī)定時間內的集成量；t為規(guī)定時間。根據(jù)式（1）計算得出兩種集成系統(tǒng)的集成速率，并將實驗結果記錄如表1所示。

表1 實驗組與對照組集成系統(tǒng)集成速率對比

從表1中記錄的實驗結果可以看出，實驗組的集成速率均超過120.00×103bit/s，而對照組集成速率僅為100.00×103～110.00×103bit/s，明顯實驗組系統(tǒng)的集成速率更高。因此，通過上述實驗及得出的實驗結果數(shù)據(jù)能夠證明，本文提出的基于人工智能的集成系統(tǒng)在實際應用中能夠實現(xiàn)對電力物聯(lián)網通用芯片的快速集成，進而促進電力物聯(lián)網運行速率的提升，促進電力企業(yè)整體的智能化發(fā)展。

4 結 論

信息化建設作為電力公司構建的重點工作，其目的在于實現(xiàn)電力公司相關部門社會服務水平的提升。本文在引入人工智能技術的基礎上，提出了一種全新的集成系統(tǒng)，并結合對比實驗的方式驗證了這一系統(tǒng)實際應用的優(yōu)勢。將這一系統(tǒng)應用到電力物聯(lián)網領域可以進一步促進電力物聯(lián)網的智能化發(fā)展，同時促進多種不同應用功能芯片的運行質量提升。同時，通過該集成系統(tǒng)的建立能夠實現(xiàn)對電力物聯(lián)網中各類芯片的自動化監(jiān)控。在電力物聯(lián)網中，其數(shù)據(jù)的采集需要多種芯片共同協(xié)作完成，并不能通過單獨某一芯片實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，而應用本文集成系統(tǒng)后，能夠使芯片的管理和控制達到統(tǒng)一，為電力領域數(shù)據(jù)的采集提供重要的借鑒。

在后續(xù)的研究中，將基于本文上述集成系統(tǒng)的設計思路把對芯片的集成控制應用到通用發(fā)控系統(tǒng)中，并實現(xiàn)對整個電力物聯(lián)網的集成控制和管理，從而進一步提高電力企業(yè)的管理水平。