一、项目背景与研发动因
在城市化建设加速与全社会用电需求持续增长的双重驱动下，电气安全问题已成为威胁人民生命财产安全的突出隐患。据公安部消防局统计数据，2006-2015 年十年间，我国每年因电气故障引发的火灾占总火灾起数的 30% 左右，重特大火灾占比更是高达 40%-50%，线路老化、电线质量差、漏电、供配电系统不完善等问题频发，每年直接经济损失超亿元。疫情期间，居家隔离场景下用电安全事故进一步激增，凸显传统用电监测模式的局限性。
与此同时，“智慧城市” 建设已上升为国家战略，习近平主席明确提出加快 “智慧城市” 建设进度，各大城市将其列为发展重点。但传统用电监测依赖人工巡检或简单 “跳闸” 保护，存在实时性差、预警滞后、无法应对多类型隐患等缺陷，难以满足智慧城市对用电安全的精细化、智能化管理需求。在此背景下，研发基于 OneNET 云平台的智慧城市安全用电系统，旨在通过技术创新破解电气安全痛点，为智慧城市筑牢用电安全防线。
二、产品技术架构与核心组成
2.1 系统整体定位
本系统以 “防患于未然” 为核心目标，融合物联网、大数据、机器学习技术，构建 “数据采集 - 云端分析 - 智能预警 - 远程控制” 的全流程闭环管理体系，克服传统监测系统缺陷，实现对用电安全的主动预防、精准管控与高效治理，适用于学校、医院、住宅区、新能源汽车充电站等多场景。
2.2 核心组成模块
2.2.1 数据采集器装置：“感知末梢”
作为系统的数据入口，装置可实现 24 小时不间断监测，集成八大核心组件，各组件均与主控制器连接，确保参数采集的全面性与精准性：
主控制器：选用 STM32F103C8T6 单片机，运算速度、稳定性优于 Arduino、51 等传统单片机，负责数据接收、处理与指令分发；
电源模块：含蓄电池、XD308H 降压模块（无音频噪音、发热量少，集成完善保护功能）及线性稳压器，支持市电 / 蓄电池自动切换，火灾断电时仍可持续工作；
参数采集模块：电流 / 电压采集采用 HLW8032 传感器（异步串行通讯，精度高、功耗低），功率参数采集覆盖有功功率、视在功率、功率因数，线缆温度采集采用 PT100 传感器（测量范围 - 200℃-+850℃，三线接法提升精度）；
传输与存储：通过 E103-W01-IPX 低功耗 WiFi 模块上传数据，W25Q64Flash 芯片备份数据，支持每 5 秒发送一次精准数据，适配 8000W 大功率用电器。
2.2.2 中央控制器：“大脑中枢”
依托 OneNET 云平台实现数据集中处理与智能决策，核心功能包括：
实时监测与异常识别：将采集参数与预设阈值对比，精准识别过流、过载、高温等电路异常；
多渠道预警：通过手机 APP、短信、电脑 Web 端向用户及监管部门推送预警信息，确保快速响应；
智能分析与决策：集成机器学习算法，生成用电报表，量化分析用电结构并提供优化建议（如学校宿舍规范大功率电器使用），同时向消防部门输出火灾隐患风险评估报告；
双重控制：既可自动触发智能开关切断异常电路，也支持用户远程操控，最大化降低事故概率。
2.2.3 控制终端：“执行手脚”
以智能开关为核心，可灵活集成于智能电表、智能插座等设备，适配不同场景需求：
固定场景：如学校、家庭，智能电表直接接入供电主干道，异常时自动断电；
移动场景：如新能源汽车充电，智能插座可监测充电电压、电流、时长，具备过充保护、高温断电功能，用户可远程结束充电，解决充电无人看管隐患。
2.2.4 硬件系统实现
电源模块设计为 “市电 + 蓄电池” 双供电模式：正常工况下，各模块通过降压模块接入市电；火灾断电时，切换开关自动切换至蓄电池供电，保障数据采集与预警功能不中断。
三、系统核心优势与创新点
3.1 技术与功能优势
高效率、低成本：集成化设计实现数据采集、处理、传输一体化，每 5 秒上传精准数据，连接云平台实时存数，减少人工巡检与调控时间；设备体积小、安装便捷，无需改造现有电路，价格远低于国外同类产品，适配大规模推广；
运行智能化：用户通过 APP、电脑客户端自定义设备参数（如额定电压、功率阈值），负载不工作时自动断电，实现用电设备智能管控；
集中管理便捷：单平台可接入百台设备，用户通过云端实时查看数据、统一调控参数，适配学校、社区等大规模用电场景；
监测多面化：覆盖过流、过载、高温、漏电等多类隐患，相较于传统 “跳闸” 仅应对电流过大，防护范围大幅拓展；
用电安全化：积累不同用电器特征数据，制定标准化用电规范（如电动自行车充电专属参数），从源头降低违规用电风险；
算法驱动决策：融合机器学习分析用电规律，预判线路老化等潜在隐患，形成 “监测 - 预警 - 治理” 闭环；
用电精量化：生成细分用电报表，优化用电器种类与用电结构，消除待机能耗，实现绿色节能。
3.2 关键技术突破
系统核心技术在于 “多参数协同监测 + 云端智能分析 + 双重控制响应”，解决传统监测三大痛点：一是突破 “单一参数监测” 局限，实现电流、电压、温度等多维度联动分析；二是摆脱 “本地监测” 束缚，依托 OneNET 云平台实现远程管控与数据共享；三是改变 “被动跳闸” 模式，通过算法预判与主动预警，将安全防护从 “事后处置” 升级为 “事前预防”。
四、产品工作流程与使用场景
4.1 工作流程
数据采集：采集器 24 小时监测电流、电压、线缆温度等参数，主控制器处理后备份至存储模块，再通过 WiFi 模块上传至中央控制器（OneNET 云平台）；
云端分析：中央控制器对比参数与预设阈值，识别电路异常（过流、过载、高温等）；
预警与控制：异常时通过 APP、短信推送预警信息，同时自动触发智能开关切断电路，或支持用户远程操控断电；
后续优化：系统生成用电报表与隐患评估报告，为用户提供用电结构优化建议，为监管部门提供治理依据。
4.2 核心应用场景
4.2.1 校园与家庭场景
针对学校宿舍违规用电、家庭线路老化问题，系统实时监测大功率电器使用、线路温度，异常时立即断电并通知后勤或用户，2022 年团队实地调研显示，某高校安装后宿舍电气隐患响应时间从 4 小时缩短至 10 分钟，事故率下降 75%。
4.2.2 新能源汽车充电场景
适配智能插座，监测充电电压、电流、时长，具备过充保护、高温预警功能，解决用户私拉乱接、充电无人看管引发的火灾隐患，用户可远程结束充电，提升充电安全性。
4.2.3 公共与特殊场所
酒店、医院、文物保护单位等场景中，系统可适配复杂用电环境，如医院手术室通过双供电设计保障断电后关键设备运行，文物单位通过精量化监测避免线路过载损害文物。
五、市场分析与政策适配
5.1 市场需求与前景
市场容量：2021-2026 年智能电表与用电信息采集系统市场需求超 2000 亿元（国家电网 1900 亿元、南方电网 380 亿元），智能用电市场年均增速 20%-30%；
市场空间：当前智慧用电处于发展初期，浙江、江苏等沿海省份已强制推广，但内陆省份普及率低，市场饱和度低，团队预测五年内市场份额可达 9.8%，第五年销售额突破 965 万元；
竞争力：相较于国外同类产品，价格低 40% 以上；相较于国内竞品，具备多参数监测、算法分析、集中管理优势，毛利率可达 50%-80%，降价空间充足。
5.2 政策适配性
系统高度契合国家战略导向：
《全国安全生产专项整治三年行动计划》要求 “应用大数据、物联网技术，建成城市消防大数据库”；
《2024 年电力安全监管重点任务》明确 “提升电力系统安全稳定运行能力，杜绝重大电力安全事故”；
大学生创业政策支持：可享受创业贷款（最高 200 万元，期限 2 年）、税收减免（新办技术服务业免征 2 年企业所得税）、人才培训补贴等，降低项目启动门槛。
六、项目成果与保障
6.1 技术成果
系统已获国家知识产权局实用新型专利（专利号：202120459867.9），具备完全自主知识产权，硬件设备经过多次测试优化，软件平台（云平台界面、APP）已实现数据实时查看、预警推送、远程控制功能。
6.2 团队与运营保障
团队架构：核心团队涵盖技术研发、市场推广、财务管理等领域，依托山东理工大学众创空间降低初期运营成本，与学校合作开展人才培养与技术迭代；
供应链管理：建立供应商资质审核、抽检机制，不合格供应商三次即更换；物流与安装合作专业公司（如日日顺），售后 24 小时响应，定期回访维护；
财务规划：计划融资 500 万元（创业贷款 200 万、团队参股 100 万、投资 200 万），主要用于研发、设备采购、人才引进，投资回收期 1.5 年，净现值 786.34 万元，盈利性良好。
七、项目目标与社会价值
7.1 核心目标
短期（1-2 年）：在山东地区校园、社区实现试点推广，建立品牌口碑；中期（3-5 年）：拓展至全国市场，与电力公司、智能家居企业合作，融入智慧城市整体解决方案；长期：成为智慧用电领域标杆产品，推动行业技术标准升级。
7.2 社会价值
安全保障：减少电气火灾事故，保护人民生命财产安全，减轻消防部门工作负担；
节能降耗：消除待机能耗，优化用电结构，助力 “双碳” 目标实现；
产业推动：带动物联网、智能硬件等相关产业发展，创造就业岗位；
治理升级：为政府提供用电安全监管数据支撑，提升智慧城市公共安全治理水平。
