基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧能源管理系統(tǒng)

姜明富

摘要：近年來，智能家居的發(fā)展尤為迅速，智慧能源管理系統(tǒng)的復雜程度也越來越高，人們對智能家居節(jié)能的關注程度也越來越大。本文闡述了基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧能源管理系統(tǒng)的研究意義，并對系統(tǒng)具體設計展開了探討。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；智能家居；能源管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0192-01

0 引言

智慧能源管理系統(tǒng)作為智能家居子系統(tǒng)之一，其發(fā)展程度已成為智能家居成熟度的重要標志。隨著人們對電力的需求量越來越大，電能浪費情況不斷增高，如何有效緩解電氣能耗與電力需求之間的矛盾，已成為亟待解決的重要課題。

1 智慧能源管理系統(tǒng)的研究意義

早在2012年《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》中，便明確了大力發(fā)展能源管理推廣工程、節(jié)能改造工程等節(jié)能減排重點工程。且伴隨著人們的節(jié)能意識提高，智能家居的能源管理系統(tǒng)研究便極具使用價值與研究意義[1]。研究意義包括幾點：（1）用戶體驗角度。智慧能源管理系統(tǒng)的設計前提在于不損害用戶的體驗度，確保用戶使用電器便利性的同時，盡可能的降低電力能源消耗；（2）控制方式角度。實現(xiàn)實時在線控制工程，便于用戶對電氣的能源觀測與控制，并完成無人值守時的節(jié)能功能；（3）節(jié)能角度。能源管理系統(tǒng)能大大降低電力能源的浪費與消耗，切實的減少用戶電費總量。

2 基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧能源管理系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)總體設計

本文研究的基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧能源管理系統(tǒng)，旨在通過遠程控制實現(xiàn)節(jié)能目的，系統(tǒng)功能框架如圖1所示。

智慧能源管理系統(tǒng)主要分為四個部分，即數(shù)據(jù)顯示部分、智能主控器部分、內部組網(wǎng)部分以及數(shù)據(jù)采集部分。其中，數(shù)據(jù)采集部分主要通過智能插座實現(xiàn)，電能參數(shù)進行采集，包括電器能耗、功率、電流、電壓等。家庭內部組網(wǎng)通過ZigBee模塊實現(xiàn)，完成命令傳送與數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸工作。智能主控器部分通過搭建的Linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)的，負責智能預測算法運行、命令處理。數(shù)據(jù)顯示部分通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)，負責電能參數(shù)儲存于網(wǎng)頁數(shù)據(jù)交互[2]。

2.2 ZigBee網(wǎng)絡設計

ZigBee網(wǎng)絡組建優(yōu)先考慮網(wǎng)絡穩(wěn)定性、成本、延遲時間。從穩(wěn)定性角度來說，網(wǎng)絡拓撲結構越復雜，那么其自我修復能力越高，則穩(wěn)定性越強。從成本、延遲時間來說，網(wǎng)絡拓撲結構約簡單，則用于路由功能的節(jié)點越少，成本越低，延遲時間越低。僅僅就智能家居而言，其對于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸延遲時間要求較高，且整體成本是限制其是否能大規(guī)模普及的重要應為，但是對于穩(wěn)定性要求并不高。

本文ZigBcc控制芯片選用CC2530，是一款集中型的C51單片機內核，可在組網(wǎng)后控制家居電器開關。ZigBcc網(wǎng)絡節(jié)點軟件設計是在Z-Stack協(xié)議基礎上的二次開發(fā)，用于應用層軟件編寫，設計終端節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點。其中，終端節(jié)點軟件設計負責傳感器信息傳輸?shù)絽f(xié)調器設備。協(xié)調器節(jié)點軟件設計的功能在于組建、維護家庭內部局域網(wǎng)和主控模塊的通信。接口網(wǎng)關控制器數(shù)據(jù)，通過點播通信傳輸?shù)浇K端設備。

2.3 智能網(wǎng)關主控器設計

（1）智能網(wǎng)關主控器是智慧能源管理系統(tǒng)的核心，功能是協(xié)調全體命令傳輸與任務調度，包括智能預測控制、網(wǎng)頁交互、命令傳輸以及數(shù)據(jù)儲存等。首先，主控器應儲存搜集到的能耗、功率、電流、電壓等參數(shù)，并進行詳細分析，而得出多個特征值，并通過智能算法予以預測，隨后，基于互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)客戶端與主控器的交互，并在網(wǎng)頁上體現(xiàn)出采集數(shù)據(jù)，并根據(jù)網(wǎng)頁指令做出動作。（2）智能網(wǎng)關主控器硬件設計方案主要包括JTAG下載電路、復位電路、電源電路、時鐘電路、串口電路、網(wǎng)卡、SD卡、NORFLASH/NANADFLASH以及微處理器CPU。CPU作為任務執(zhí)行核心，系統(tǒng)選用S3C2440A作為智慧能源管理系統(tǒng)CPU。（3）智能網(wǎng)關主控器軟件設計涵蓋控制子程序、電器的智能預測、電器模式識別子程序以及系統(tǒng)子程序。系統(tǒng)子程序用于完成節(jié)能系統(tǒng)的任務調度，確保各任務有條不紊正常運行。電器識別子程序用于識別電器的類型與狀態(tài)，并根據(jù)結果返回主程序。電器的智能預測用于預測各電能參數(shù)，并通過模式識別子程序做出動作，實現(xiàn)智慧節(jié)能。

2.4 控制軟件服務器設計

遠程控制系統(tǒng)主要通過Internet實現(xiàn)網(wǎng)絡通信，主要包括網(wǎng)頁交互程序、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁服務器三部分組成，web服務器選用BOA服務器與SQlite數(shù)據(jù)庫[3]。

（1）BOA服務器設計：本文智慧能源管理系統(tǒng)控制終端為網(wǎng)頁界面，故而要求有網(wǎng)頁服務器程序用于與客戶交互，因智慧能源管理系統(tǒng)的并發(fā)訪問較少，故而選用BOA網(wǎng)頁服務器作為網(wǎng)頁服務器，處理網(wǎng)頁用戶數(shù)據(jù)，并上傳于CGI程序進行信息處理，處理完畢后將結果返回，再開通過網(wǎng)頁客戶端傳達內容。（2）SQlite數(shù)據(jù)庫設計：智慧能源管理系統(tǒng)主要有兩個數(shù)據(jù)庫，即用戶數(shù)據(jù)庫與電能參數(shù)數(shù)據(jù)庫，其中，電能參數(shù)數(shù)據(jù)庫用于儲存全部電器工作參數(shù)，如電器數(shù)據(jù)表、電氣類型數(shù)據(jù)表、電氣屬性數(shù)據(jù)表、電氣屬性類型數(shù)據(jù)表、電氣屬性名稱數(shù)據(jù)表、電氣屬性模擬量數(shù)據(jù)表等，用戶數(shù)據(jù)庫用于儲存使用者基本信息。（3）CGI程序設計：本文選用CGI程序實現(xiàn)BOA服務器與網(wǎng)頁數(shù)據(jù)交互問題，為了提高控制軟件可移植性與兼容性，選用C語言編寫CGI處理軟件。

3 結語

綜上所述，本文設計了基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧能源管理系統(tǒng)，用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)遠程界面，控制家居電器動作，并展示電器運行狀態(tài)，盡可能的降低電器能耗，實現(xiàn)智能控制家居電器的目的。

參考文獻

[1] 張丹，沙志成，趙龍.綜合智慧能源管理系統(tǒng)架構分析與研究[J].中外能源，2017（4）：7-12.

[2] 姜永東.利用云計算改進建筑能源管理控制平臺[J].建設科技，2012（4）：62-63.

[3] 孟慶新.天津科技大學能耗管理平臺建設[J].建設科技，2010（2）：43-46.

Abstract：In recent years， the development of smart home is particularly rapid， and the complexity of intelligent energy management system is getting higher and higher， people pay more and more attention to the energy saving of smart home. This paper expounds the research significance of intelligent energy management system based on the Internet， and discusses the specific design of the system.

Key words：internet； smart home； energy management system