基于Spring Boot的空調能耗智能控制系統的設計與實現

何結龍　周仄　李克凡　朱洪軍

摘要：空調能耗智能控制系統是一種對公共區域空調使用采取智能控制管理的軟件系統，包含硬件系統和軟件系統兩部分。將解決生活中人不在時未關閉空調，不能有效地控制空調溫度等能耗的浪費，公共區域空調不方便控制。該系統基于Java Web、Java Bean、Spring Boot、MyBatis技術，實現了控制設備、監測設備、管理設備、管理策略等功能，有效地解決了一些人離開空調忘記關閉，室內溫度過低或過高等造成能耗浪費，公共區域空調集體控制等難題。

關鍵詞：空調能耗;智能控制;節能減排;Spring Boot

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）03-0109-04

Abstract： Air conditioning energy consumption intelligent control system is a kind of software system which adopts intelligent control and management for air conditioning in public areas， including hardware system and software system. It will solve the problem that the air conditioner is not turned off when people are away， which can not effectively control the waste of energy consumption such as air conditioning temperature， and the air conditioning in public areas is not convenient to control. Based on Java Web， Java Bean， Spring Boot and MyBatis technology， the system realizes the functions of control equipment， monitoring equipment， management equipment and management strategy， and effectively solves problems such as some people forget to turn off the air conditioner when they leave， the indoor temperature is too low or too high， resulting in a waste of energy consumption， and the collective control of air conditioning in public areas.

Key words： air conditioning energy consumption; intelligent control; energy saving and emission reduction; Spring Boot

1 背景

隨著經濟的高速發展，為推進經濟結構調整，轉變增長方式，節能減排一直是社會的重要部分。結合公共區域的空調的使用在日益增多，不能有效地降低能耗等諸多問題。建筑能耗在總能耗中所占的比例越來越大。據統計，在現代樓宇建筑中，中央空調能耗約占整個建筑物能耗的50%，而在商業建筑中則高達60%。中央空調系統的設計是按照最大熱負載設計的.但實際的熱負載在大部分時間內遠比設計負載低。將不合理地使用空調而消耗的能量視為浪費，其中包括：無人時開機，溫度設定過低，公共區域等情況。為了實現降低空調能耗，國內外學者進行了相關系統的分析，李靖等提出了控制系統架構，每隔5分分鐘控制系統根據紅外感知數據以及溫度情況，對風機實行控制[1]。李龍提出了建立了冷卻水系統制冷機、水泵及冷卻塔數學模型來降低制冷系統能耗[2]。

本文采用了微服務框架Spring Boot來進行本系統的搭建;同時系統使用Vue來實現前端頁面，對空調進行一個智能控制和管理。

2 需求分析

2.1 普通用戶用例

普通用戶如圖1所示，從登錄界面進入，可以選擇監測設備、控制設備、管理預設策略、查看報警信息等功能，若是控制設備，可以選擇控制單個設備，或者控制多個設備。管理預設策略，可以進行修改、刪除和添加策略，對時間及溫度參數進行添加修改刪除。

2.2 管理員用例

超級管理員具有系統所有功能權限，有與普通用戶共享的功能模塊，如圖2所示，管理員用戶可登錄后獨有的功能模塊有管理用戶、管理設備、管理分組和導入控制項，點擊管理用戶可以對用戶進行刪除、添加和修改。點擊管理設備，會顯示設備類型管理、設備品牌管理、類型管理里對設備進行添加、修改和刪除，品牌管理里可以進行對品牌添加和刪除，管理分組里有添加和刪除分組，添加分組可以選擇批量和單個添加。點擊導入控制項后，彈出加載了品牌型號信息的窗口，選擇完成后點擊確定即可上傳文件。

3 系統關鍵技術

3.1 Spring Boot框架

系統后臺采用了Spring Boot和Spring Framework框架實現了控制器和業務處理，Spring Boot框架是基于Spring4.0設計一個輕量級的框架，去掉了Spring框架的XML配置文件，在配置上簡化了項目的搭建和開發[3]。Spring Boot功能可以更好獨立運行的Spring項目，將程序打包成jar包;使用Spring提供POM文件使Maven配置大簡化;可以自動配置Spring框架，根據項目極大減少所需配置[4]，該框架使用了特定的方式來進行配置，從而使開發人員不再需要定義樣板化的配置，減少人工的管理[5]。

3.2 前端 Vue 框架

前端采用了基于MVVM設計模式的Vue.js框架，是用于構建用戶界面的漸進式Web框架，它有完備的生態系統，MVVM模型在前后端分離的模式下大有作用，Vue.js在使用上比較靈活和輕量，在模板中提供的指令和過濾器等功能[6]，它能夠實現視圖與數據的雙向綁定，使用 Axios 插件封裝的 Ajax 進行數據交互[7]，實現數據持久化，使得開發者能夠專注于數據的設計處理上來[8]。

3.3 MyBatis框架

MyBatis是集成SQL查詢、存儲過程調用和高級映射的持久層框架[9]，MyBatis更為靈活，不會影響應用程序或數據庫的現有設計，方便管理和優化[10]。可以動態生成映射關系，擁有動態列、動態表名、支持存儲過程，同時提供了簡易的緩存、日志、級聯。使用MyBatis需要提供基礎配置文件、映射文件、mapping接口類以及相映射的POJO類。

4 系統設計

4.1 系統總體設計

本系統如圖3所示實現了設備管理、用戶信息管理、智能控制管理系統、設備管理、歷史數據和系統管理。在圖4中，系統視圖層采用Vue.js框架和H5實現前端用戶接口的圖形化頁面;節能減排系統后臺采用Spring Boot和Spring Framework框架實現控制器和業務處理;控制器層主要負責前端請求的分發與響應;服務層的JavaBean實現節能減排系統的業務處理，并依賴于業務數據層進行數據的管理;業務數據層采用MyBatis框架向服務層提供數據訪問接口，數據存儲使用關系數據庫MySQL。系統總體框架如圖4。

4.2 數據庫表及關聯設計

以device表為中心，可分為3個模塊：

1）第一個模塊—位置模塊，通過 校區、樓棟、房間，確定一個設備所在地。由school_zone、building、room三個表組成。

2）第二個模塊—設備屬性及其指令相關模塊。圍繞指令可分為3個子模塊。設備類型（device_type表）、設備型號（device_model表）都是設備的屬性，并由其確定指令模板（instruct_template表）;應用策略（strategy表）同樣是設備的屬性，其與指令（instruct表）是多對多的關系，所以還需要一個關聯表（strategy_instruct表）;

3）其他模塊。只有兩個表，采集日志表（collect_log表）和消息表（message表）。這兩個表均只和設備表（device）有關聯，和其他模塊沒有耦合，較為獨立。

表名稱及關聯見表1。

5 系統實現

5.1 首頁

管理員首頁，管理員進入系統后，通過該視圖查看所管理設備信息、包含設備基本信息、報警信息通知。管理員可以根據需求對單個設備進行控制，包含控制項改變和自控狀態改變。該視圖提供給管理員添加設備（單個添加，批量添加）、修改設備、刪除設備入口。視圖如圖5。

5.2 用戶管理

管理員用戶管理視圖，管理員選擇用戶管理后，通過該視圖可以添加新用戶，查看、修改、刪除已有用戶信息。視圖如圖6。

5.3 設備管理

設備管理視圖，管理員選擇設備管理后，通過該視圖可以添加新設備，查看、修改、刪除已有設備信息。視圖如圖7。

5.4 歷史數據管理

歷史數據管理視圖，即可查看歷史狀態、歷史指令、自控狀態，定時信息等歷史信息。視圖如圖8。

5.5 系統管理

系統管理視圖，管理員選擇系統管理后，可以通過該視圖選擇策略管理，對空調、燈光和風扇的策略添加、刪除和修改，也可以選擇部門管理、控制項設置和全局配置。視圖如圖9。

6 結束語

本文針對目前節能減排，減少能耗的實際情況，設計并實現的基于主流框架（Spring boot）的空調能耗智能控制系統，該系統充分考慮到空調能耗的浪費、公共區域空調不利于管理，實現了在空調溫度的智能調控、無人時自動關閉和對空調的智能控制管理。有效地減少了空調能耗的浪費和對公共區域空調的管理和控制。該系也存在一些問題，如在人暫時離開時，空調的自動關閉，人回來時又要開空調，造成了麻煩，還有一些功能還未完成，有待后續改進。

參考文獻：

[1] 李靖，杜曉通，溫智運.公共區域空調能量浪費狀況分析[J].智能建筑，2009（2）：8-10.

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[3] 耿慶陽.基于Spring Boot與Vue的電子商城設計與實現[D].西安：西安石油大學，2020.

[4] 薛云蘭，鄭海鋒，黃嘉浩.基于Spring Boot框架的網絡教學管理系統[J].軟件導刊，2020，19（9）：146-151.

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[6] 傅敏，卓妍彬，呂培，等.基于Vue.js框架的頻譜管理系統的前端設計與開發[J].信息技術與信息化，2020（8）：33-38.

[7] 何軍，陳倩怡.Vue+Springboot+Mybatis開發消費管理系統[J].電腦編程技巧與維護，2019（2）：87-88，102.

[8] 張志鵬，黃素娟，蔣龍玉，等.基于Vue.js的車險報價系統的設計與實現[J].微型電腦應用，2020，36（4）：70-74.

[9] 榮艷冬.關于Mybatis持久層框架的應用研究[J].信息安全與技術，2015，6（12）：86-88.

[9] 李迎正，孫巖，宋保，等.基于SpringMVC及MyBatis的地圖定位實現[J].電腦編程技巧與維護，2019（4）：144-145，160.

【通聯編輯：謝媛媛】