基于互联网的智慧能源管理系统

姜明富

摘要：近年來，智能家居的发展尤为迅速，智慧能源管理系统的复杂程度也越来越高，人们对智能家居节能的关注程度也越来越大。本文阐述了基于互联网的智慧能源管理系统的研究意义，并对系统具体设计展开了探讨。

关键词：互联网；智能家居；能源管理系统

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0192-01

0 引言

智慧能源管理系统作为智能家居子系统之一，其发展程度已成为智能家居成熟度的重要标志。随着人们对电力的需求量越来越大，电能浪费情况不断增高，如何有效缓解电气能耗与电力需求之间的矛盾，已成为亟待解决的重要课题。

1 智慧能源管理系统的研究意义

早在2012年《节能减排“十二五”规划》中，便明确了大力发展能源管理推广工程、节能改造工程等节能减排重点工程。且伴随着人们的节能意识提高，智能家居的能源管理系统研究便极具使用价值与研究意义[1]。研究意义包括几点：（1）用户体验角度。智慧能源管理系统的设计前提在于不损害用户的体验度，确保用户使用电器便利性的同时，尽可能的降低电力能源消耗；（2）控制方式角度。实现实时在线控制工程，便于用户对电气的能源观测与控制，并完成无人值守时的节能功能；（3）节能角度。能源管理系统能大大降低电力能源的浪费与消耗，切实的减少用户电费总量。

2 基于互联网的智慧能源管理系统设计

2.1 系统总体设计

本文研究的基于互联网的智慧能源管理系统，旨在通过远程控制实现节能目的，系统功能框架如图1所示。

智慧能源管理系统主要分为四个部分，即数据显示部分、智能主控器部分、内部组网部分以及数据采集部分。其中，数据采集部分主要通过智能插座实现，电能参数进行采集，包括电器能耗、功率、电流、电压等。家庭内部组网通过ZigBee模块实现，完成命令传送与数据参数传输工作。智能主控器部分通过搭建的Linux操作系统实现的，负责智能预测算法运行、命令处理。数据显示部分通过互联网实现，负责电能参数储存于网页数据交互[2]。

2.2 ZigBee网络设计

ZigBee网络组建优先考虑网络稳定性、成本、延迟时间。从稳定性角度来说，网络拓扑结构越复杂，那么其自我修复能力越高，则稳定性越强。从成本、延迟时间来说，网络拓扑结构约简单，则用于路由功能的节点越少，成本越低，延迟时间越低。仅仅就智能家居而言，其对于网络数据的传输延迟时间要求较高，且整体成本是限制其是否能大规模普及的重要应为，但是对于稳定性要求并不高。

本文ZigBcc控制芯片选用CC2530，是一款集中型的C51单片机内核，可在组网后控制家居电器开关。ZigBcc网络节点软件设计是在Z-Stack协议基础上的二次开发，用于应用层软件编写，设计终端节点和协调器节点。其中，终端节点软件设计负责传感器信息传输到协调器设备。协调器节点软件设计的功能在于组建、维护家庭内部局域网和主控模块的通信。接口网关控制器数据，通过点播通信传输到终端设备。

2.3 智能网关主控器设计

（1）智能网关主控器是智慧能源管理系统的核心，功能是协调全体命令传输与任务调度，包括智能预测控制、网页交互、命令传输以及数据储存等。首先，主控器应储存搜集到的能耗、功率、电流、电压等参数，并进行详细分析，而得出多个特征值，并通过智能算法予以预测，随后，基于互联网，实现客户端与主控器的交互，并在网页上体现出采集数据，并根据网页指令做出动作。（2）智能网关主控器硬件设计方案主要包括JTAG下载电路、复位电路、电源电路、时钟电路、串口电路、网卡、SD卡、NORFLASH/NANADFLASH以及微处理器CPU。CPU作为任务执行核心，系统选用S3C2440A作为智慧能源管理系统CPU。（3）智能网关主控器软件设计涵盖控制子程序、电器的智能预测、电器模式识别子程序以及系统子程序。系统子程序用于完成节能系统的任务调度，确保各任务有条不紊正常运行。电器识别子程序用于识别电器的类型与状态，并根据结果返回主程序。电器的智能预测用于预测各电能参数，并通过模式识别子程序做出动作，实现智慧节能。

2.4 控制软件服务器设计

远程控制系统主要通过Internet实现网络通信，主要包括网页交互程序、系统数据库、网页服务器三部分组成，web服务器选用BOA服务器与SQlite数据库[3]。

（1）BOA服务器设计：本文智慧能源管理系统控制终端为网页界面，故而要求有网页服务器程序用于与客户交互，因智慧能源管理系统的并发访问较少，故而选用BOA网页服务器作为网页服务器，处理网页用户数据，并上传于CGI程序进行信息处理，处理完毕后将结果返回，再开通过网页客户端传达内容。（2）SQlite数据库设计：智慧能源管理系统主要有两个数据库，即用户数据库与电能参数数据库，其中，电能参数数据库用于储存全部电器工作参数，如电器数据表、电气类型数据表、电气属性数据表、电气属性类型数据表、电气属性名称数据表、电气属性模拟量数据表等，用户数据库用于储存使用者基本信息。（3）CGI程序设计：本文选用CGI程序实现BOA服务器与网页数据交互问题，为了提高控制软件可移植性与兼容性，选用C语言编写CGI处理软件。

3 结语

综上所述，本文设计了基于互联网的智慧能源管理系统，用户可通过互联网远程界面，控制家居电器动作，并展示电器运行状态，尽可能的降低电器能耗，实现智能控制家居电器的目的。

参考文献

[1] 张丹，沙志成，赵龙.综合智慧能源管理系统架构分析与研究[J].中外能源，2017（4）：7-12.

[2] 姜永东.利用云计算改进建筑能源管理控制平台[J].建设科技，2012（4）：62-63.

[3] 孟庆新.天津科技大学能耗管理平台建设[J].建设科技，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