基于Spring Boot的空调能耗智能控制系统的设计与实现

何结龙　周仄　李克凡　朱洪军

摘要：空调能耗智能控制系统是一种对公共区域空调使用采取智能控制管理的软件系统，包含硬件系统和软件系统两部分。将解决生活中人不在时未关闭空调，不能有效地控制空调温度等能耗的浪费，公共区域空调不方便控制。该系统基于Java Web、Java Bean、Spring Boot、MyBatis技术，实现了控制设备、监测设备、管理设备、管理策略等功能，有效地解决了一些人离开空调忘记关闭，室内温度过低或过高等造成能耗浪费，公共区域空调集体控制等难题。

关键词：空调能耗;智能控制;节能减排;Spring Boot

中图分类号：TP311.52      文献标识码：A

文章编号：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

随着经济的高速发展，为推进经济结构调整，转变增长方式，节能减排一直是社会的重要部分。结合公共区域的空调的使用在日益增多，不能有效地降低能耗等诸多问题。建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大。据统计，在现代楼宇建筑中，中央空调能耗约占整个建筑物能耗的50%，而在商业建筑中则高达60%。中央空调系统的设计是按照最大热负载设计的.但实际的热负载在大部分时间内远比设计负载低。将不合理地使用空调而消耗的能量视为浪费，其中包括：无人时开机，温度设定过低，公共区域等情况。为了实现降低空调能耗，国内外学者进行了相关系统的分析，李靖等提出了控制系统架构，每隔5分分鐘控制系统根据红外感知数据以及温度情况，对风机实行控制[1]。李龙提出了建立了冷却水系统制冷机、水泵及冷却塔数学模型来降低制冷系统能耗[2]。

本文采用了微服务框架Spring Boot来进行本系统的搭建;同时系统使用Vue来实现前端页面，对空调进行一个智能控制和管理。

2 需求分析

2.1 普通用户用例

普通用户如图1所示，从登录界面进入，可以选择监测设备、控制设备、管理预设策略、查看报警信息等功能，若是控制设备，可以选择控制单个设备，或者控制多个设备。管理预设策略，可以进行修改、删除和添加策略，对时间及温度参数进行添加修改删除。

2.2 管理员用例

超级管理员具有系统所有功能权限，有与普通用户共享的功能模块，如图2所示，管理员用户可登录后独有的功能模块有管理用户、管理设备、管理分组和导入控制项，点击管理用户可以对用户进行删除、添加和修改。点击管理设备，会显示设备类型管理、设备品牌管理、类型管理里对设备进行添加、修改和删除，品牌管理里可以进行对品牌添加和删除，管理分组里有添加和删除分组，添加分组可以选择批量和单个添加。点击导入控制项后，弹出加载了品牌型号信息的窗口，选择完成后点击确定即可上传文件。

3 系统关键技术

3.1 Spring Boot框架

系统后台采用了Spring Boot和Spring Framework框架实现了控制器和业务处理，Spring Boot框架是基于Spring4.0设计一个轻量级的框架，去掉了Spring框架的XML配置文件，在配置上简化了项目的搭建和开发[3]。Spring Boot功能可以更好独立运行的Spring项目，将程序打包成jar包;使用Spring提供POM文件使Maven配置大简化;可以自动配置Spring框架，根据项目极大减少所需配置[4]，该框架使用了特定的方式来进行配置，从而使开发人员不再需要定义样板化的配置，减少人工的管理[5]。

3.2 前端 Vue 框架

前端采用了基于MVVM设计模式的Vue.js框架，是用于构建用户界面的渐进式Web框架，它有完备的生态系统，MVVM模型在前后端分离的模式下大有作用，Vue.js在使用上比较灵活和轻量，在模板中提供的指令和过滤器等功能[6]，它能够实现视图与数据的双向绑定，使用 Axios 插件封装的 Ajax 进行数据交互[7]，实现数据持久化，使得开发者能够专注于数据的设计处理上来[8]。

3.3 MyBatis框架

MyBatis是集成SQL查询、存储过程调用和高级映射的持久层框架[9]，MyBatis更为灵活，不会影响应用程序或数据库的现有设计，方便管理和优化[10]。可以动态生成映射关系，拥有动态列、动态表名、支持存储过程，同时提供了简易的缓存、日志、级联。使用MyBatis需要提供基础配置文件、映射文件、mapping接口类以及相映射的POJO类。

4 系统设计

4.1 系统总体设计

本系统如图3所示实现了设备管理、用户信息管理、智能控制管理系统、设备管理、历史数据和系统管理。在图4中，系统视图层采用Vue.js框架和H5实现前端用户接口的图形化页面;节能减排系统后台采用Spring Boot和Spring Framework框架实现控制器和业务处理;控制器层主要负责前端请求的分发与响应;服务层的JavaBean实现节能减排系统的业务处理，并依赖于业务数据层进行数据的管理;业务数据层采用MyBatis框架向服务层提供数据访问接口，数据存储使用关系数据库MySQL。系统总体框架如图4。

4.2 数据库表及关联设计

以device表为中心，可分为3个模块：

1）第一个模块—位置模块，通过 校区、楼栋、房间，确定一个设备所在地。由school_zone、building、room三个表组成。

2）第二个模块—设备属性及其指令相关模块。围绕指令可分为3个子模块。设备类型（device_type表）、设备型号（device_model表）都是设备的属性，并由其确定指令模板（instruct_template表）;应用策略（strategy表）同样是设备的属性，其与指令（instruct表）是多对多的关系，所以还需要一个关联表（strategy_instruct表）;

3）其他模块。只有两个表，采集日志表（collect_log表）和消息表（message表）。这两个表均只和设备表（device）有关联，和其他模块没有耦合，较为独立。

表名称及关联见表1。

5 系统实现

5.1 首页

管理员首页，管理员进入系统后，通过该视图查看所管理设备信息、包含设备基本信息、报警信息通知。管理员可以根据需求对单个设备进行控制，包含控制项改变和自控状态改变。该视图提供给管理员添加设备（单个添加，批量添加）、修改设备、删除设备入口。视图如图5。

5.2 用戶管理

管理员用户管理视图，管理员选择用户管理后，通过该视图可以添加新用户，查看、修改、删除已有用户信息。视图如图6。

5.3 设备管理

设备管理视图，管理员选择设备管理后，通过该视图可以添加新设备，查看、修改、删除已有设备信息。视图如图7。

5.4 历史数据管理

历史数据管理视图，即可查看历史状态、历史指令、自控状态，定时信息等历史信息。视图如图8。

5.5 系统管理

系统管理视图，管理员选择系统管理后，可以通过该视图选择策略管理，对空调、灯光和风扇的策略添加、删除和修改，也可以选择部门管理、控制项设置和全局配置。视图如图9。

6 结束语

本文针对目前节能减排，减少能耗的实际情况，设计并实现的基于主流框架（Spring boot）的空调能耗智能控制系统，该系统充分考虑到空调能耗的浪费、公共区域空调不利于管理，实现了在空调温度的智能调控、无人时自动关闭和对空调的智能控制管理。有效地减少了空调能耗的浪费和对公共区域空调的管理和控制。该系也存在一些问题，如在人暂时离开时，空调的自动关闭，人回来时又要开空调，造成了麻烦，还有一些功能还未完成，有待后续改进。

参考文献：

[1] 李靖，杜晓通，温智运.公共区域空调能量浪费状况分析[J].智能建筑，2009（2）：8-10.

[2] 李龙.空调冷却水系统变频节能分析[J].学术探讨，2015，50（8）：65.

[3] 耿庆阳.基于Spring Boot与Vue的电子商城设计与实现[D].西安：西安石油大学，2020.

[4] 薛云兰，郑海锋，黄嘉浩.基于Spring Boot框架的网络教学管理系统[J].软件导刊，2020，19（9）：146-151.

[5] 俞天均.Spring Boot在学生成果在线数字化展示平台的中的应用[J].数码设计（下）， 2020， 9（2）：238-239.

[6] 傅敏，卓妍彬，吕培，等.基于Vue.js框架的频谱管理系统的前端设计与开发[J].信息技术与信息化，2020（8）：33-38.

[7] 何军，陈倩怡.Vue+Springboot+Mybatis开发消费管理系统[J].电脑编程技巧与维护，2019（2）：87-88，102.

[8] 张志鹏，黄素娟，蒋龙玉，等.基于Vue.js的车险报价系统的设计与实现[J].微型电脑应用，2020，36（4）：70-74.

[9] 荣艳冬.关于Mybatis持久层框架的应用研究[J].信息安全与技术，2015，6（12）：86-88.

[9] 李迎正，孙岩，宋保，等.基于SpringMVC及MyBatis的地图定位实现[J].电脑编程技巧与维护，2019（4）：144-145，160.

【通联编辑：谢媛媛】