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(fù)雜程度也越來越高，人們對智能家居節(jié)能的關(guān)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(shè)計(jì)展開了探討。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)識(shí)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(biāo)志。隨著人們對電力的需求量越來越大，電能浪費(fèi)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(diǎn)工程。且伴隨著人們的節(jié)能意識(shí)提高，智能家居的能源管理系統(tǒng)研究便極具使用價(jià)值與研究意義[1]。研究意義包括幾點(diǎn)：（1）用戶體驗(yàn)角度。智慧能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前提在于不損害用戶的體驗(yàn)度，確保用戶使用電器便利性的同時(shí)，盡可能的降低電力能源消耗；（2）控制方式角度。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)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(fèi)與消耗，切實(shí)的減少用戶電費(fèi)總量。

2 基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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(yuǎn)程控制實(shí)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(gè)部分，即數(shù)據(jù)顯示部分、智能主控器部分、內(nèi)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(shí)現(xiàn)，電能參數(shù)進(jìn)行采集，包括電器能耗、功率、電流、電壓等。家庭內(nèi)部組網(wǎng)通過ZigBee模塊實(shí)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(shí)現(xiàn)的，負(fù)責(zé)智能預(yù)測算法運(yùn)行、命令處理。數(shù)據(jù)顯示部分通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)電能參數(shù)儲(chǔ)存于網(wǎng)頁數(shù)據(jù)交互[2]。

2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建優(yōu)先考慮網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、成本、延遲時(shí)間。從穩(wěn)定性角度來說，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越復(fù)雜，那么其自我修復(fù)能力越高，則穩(wěn)定性越強(qiáng)。從成本、延遲時(shí)間來說，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約簡單，則用于路由功能的節(jié)點(diǎn)越少，成本越低，延遲時(shí)間越低。僅僅就智能家居而言，其對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸延遲時(shí)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(yīng)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(jī)內(nèi)核，可在組網(wǎng)后控制家居電器開關(guān)。ZigBcc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)是在Z-Stack協(xié)議基礎(chǔ)上的二次開發(fā)，用于應(yīng)用層軟件編寫，設(shè)計(jì)終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。其中，終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)傳感器信息傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器設(shè)備。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)的功能在于組建、維護(hù)家庭內(nèi)部局域網(wǎng)和主控模塊的通信。接口網(wǎng)關(guān)控制器數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)播通信傳輸?shù)浇K端設(shè)備。

2.3 智能網(wǎng)關(guān)主控器設(shè)計(jì)

（1）智能網(wǎng)關(guān)主控器是智慧能源管理系統(tǒng)的核心，功能是協(xié)調(diào)全體命令傳輸與任務(wù)調(diào)度，包括智能預(yù)測控制、網(wǎng)頁交互、命令傳輸以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等。首先，主控器應(yīng)儲(chǔ)存搜集到的能耗、功率、電流、電壓等參數(shù)，并進(jìn)行詳細(xì)分析，而得出多個(gè)特征值，并通過智能算法予以預(yù)測，隨后，基于互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)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(dòng)作。（2）智能網(wǎng)關(guān)主控器硬件設(shè)計(jì)方案主要包括JTAG下載電路、復(fù)位電路、電源電路、時(shí)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(wù)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(guān)主控器軟件設(shè)計(jì)涵蓋控制子程序、電器的智能預(yù)測、電器模式識(shí)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(wù)調(diào)度，確保各任務(wù)有條不紊正常運(yùn)行。電器識(shí)別子程序用于識(shí)別電器的類型與狀態(tài)，并根據(jù)結(jié)果返回主程序。電器的智能預(yù)測用于預(yù)測各電能參數(shù)，并通過模式識(shí)別子程序做出動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智慧節(jié)能。

2.4 控制軟件服務(wù)器設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要通過Internet實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(wù)器三部分組成，web服務(wù)器選用BOA服務(wù)器與SQlite數(shù)據(jù)庫[3]。

（1）BOA服務(wù)器設(shè)計(jì)：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(wù)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(wù)器作為網(wǎng)頁服務(wù)器，處理網(wǎng)頁用戶數(shù)據(jù)，并上傳于CGI程序進(jìn)行信息處理，處理完畢后將結(jié)果返回，再開通過網(wǎng)頁客戶端傳達(dá)內(nèi)容。（2）SQlite數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)：智慧能源管理系統(tǒng)主要有兩個(gè)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(chǔ)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(chǔ)存使用者基本信息。（3）CGI程序設(shè)計(jì)：本文選用CGI程序?qū)崿F(xiàn)BOA服務(wù)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(jié)語

綜上所述，本文設(shè)計(jì)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(yuǎn)程界面，控制家居電器動(dòng)作，并展示電器運(yùn)行狀態(tài)，盡可能的降低電器能耗，實(shí)現(xiàn)智能控制家居電器的目的。

參考文獻(xiàn)

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

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

[3] 孟慶新.天津科技大學(xué)能耗管理平臺(tái)建設(shè)[J].建設(shè)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