面向智能用电的智能家居能效管控系统设计

ComputerScienceandApplication计算机科学与应用,2017,7(6),507-525PublishedOnlineJune2017inHans.://doi.org/10.12677/csa.2017.76062DesignofSmartHomeEnergyEfficiencyControlSystemforIntelligentPowerMingxiaoYang,BinLuDepartmentofComputerScience&Technology,NorthChinaElectricPowerUniversity,BaodingHebeiReceived:Jun.2nd,2017;accepted:Jun.17th,2017;published:Jun.20th,2017AbstractTheuseofhouseholdappliancesisanindispensablepartofpeople’sbusylife,butitisaveryusualthingforsomepeopletoforgettocutoffthepowersupplyormaybetheyhavebadhabitsofusingthepower.Thesephenomenaleadtowastingalotofelectricityandintensifyingthecontradic-tionsbetweenenergysupplyanddemandforenergy.Inaddition,therearealsopotentialsafetyproblems.Withtheconstructionofthesmartgridandtheelectricitypolicy,thereisanincreasingfocusonenergyconservation,environmentalprotection,low-carbonandintelligentelectricity.Ifyoutrytousehouseholdappliances(suchaswashingmachines)intheoff-peak,youwillnotonlysavetheenergy,butalsoplayapositiveroleinalleviatingthepressureoftheelectricity.Thebig-gestdeferencebetweenthesmarthomesystemandthetraditionalhome-systemisthatthesmarthomesystemgivingwisdomtofamilybelongings.Theycanspontaneouslyandactivelycommuni-catewithfamilygatewayandtheusers.Andtheycanalsorealizetheinteractionofinformation.Inthispaper,thedevelopmentofsmarthomesystem,problemsneededtoberesolvedandthefutureofsmarthomesystemarefirstlyintroducedathomeandabroad.ThentheSoftwaredevelopmentenvironmentandthemaintechnology,suchasASP.NET,SQLServerandsoftwaredesign,etc.havebeenintroduced.Wealsoputforwardtheconcreteschemeofmoduledesign,includestheuserinformationmanagementmodule,informationmodule,securitymodule,curtainmodule,electric-almodule,lightmodule,etc.Finally,therealizationmethodofsoftwareisdescribedindetail,andshowspartoftheinterfaceandthemainimplementationcodes.KeywordsSmartHome,ResponsiveWeb,ControlofEnergyEfficiency,SoftwareDesign面向智能用电的智能家居能效管控系统设计杨明晓，鲁斌华北电力大学控制与计算机工程学院，河北保定文章引用:杨明晓,鲁斌.面向智能用电的智能家居能效管控系统设计[J].计算机科学与应用,2017,7(6):507-525.杨明晓，鲁斌收稿日期：2017年6月2日；录用日期：2017年6月17日；发布日期：2017年6月20日摘要家用电器的使用是人们繁忙工作生活中必不可少的部分，但往往存在着人走忘记断电、用电不合理、浪费严重等现象，加剧了能源供需不平衡的矛盾，而且存在着安全隐患。随着国家智能电网的建设、峰谷分时电价的推行，使得节能环保、绿色低碳以及智能用电等需求更加引人注目。如果能够尽量在用电低谷时段启用家用电器(如洗衣机等)，从而科学用电，这样不但能够节省能源，还将对削峰填谷压力的缓解起到积极的促进作用。智能家居系统与传统家居系统最大的区别在于，赋予了家庭所有物品以“智慧”，使它们能够“自发”、“主动”地与家庭网关、与人沟通并实现信息的交互。本文首先介绍了智能家居系统国内外的发展现状、需要解决的问题以及对智能家居系统未来的展望。然后介绍了软件开发的环境搭建和涉及到的主要技术，主要包括ASP.NET、SQLServer、响应式Web设计等。并对用户的需求进行了较为详细的分析，提出了符合用户需求的智能家居能效管控系统的总体解决方法。接着提出了模块设计的具体方案，主要包括用户信息管理模块、信息模块、安防模块、窗帘模块、电器模块和光照模块等。文章最后详细地介绍了软件的具体实现过程，并展示了部分界面和主要的实现代码。关键词智能家居，响应式Web，能效管控，软件设计Copyright©2017byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).引言在现在人们的生活中，家用电器的使用已经成为必不可少的一部分。但仍然常常出现用电不合理、人走忘记断电、浪费严重的情况，加剧了能源供需不平衡的矛盾，而且存在着安全隐患。随着国家智能电网的建设、峰谷分时电价的推行，使得节能环保、绿色低碳以及智能用电等需求更加引人注目。如果能够尽量在用电低谷时段启用家用电器(如洗衣机等)，从而科学用电，这样不但能够节省能源，还将对削峰填谷压力的缓解起到积极的促进作用。智能家居能效管控系统具有方便、高效、安全、节能、智能化的特点，对于改善居民的生活质量有着非常重要的影响。2.研究现状智能家居(SmartHome)是计算机技术、网络技术、控制技术向传统家居渗透发展的必然结果[1]。目前通常把智能家居定义为利用网络、移动设备、电脑和综合布线技术，将与家庭生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统在家庭信息管理平台的基础上。2.1.国外研究现状1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃狄克州哈佛市的CityPlaceBuilding，出现了首栋“智能家居建筑”，从此揭开了全世界建造智能家居的序幕[2][3]。1998年3月，IBM,Intel,Hp,Microsoft，及日本的一些公司共同制定了“家用无线网络标准”——家庭射频(HomeRF)[4]。OpenAccess508杨明晓，鲁斌随后，基于HomeRF的PC卡、适配卡、打印机、无线电话等设备相继面世，其发展势头备受关注。1998年家庭电话线网络联盟(HomePNA)提出利用传统电话网络提供宽带数据接人服务。该标准利用Tut公司的技术不会对正常的电话业务产生干扰，并且将允许在家中使用随机制非结构性电话线。2004年，“家庭插电联盟”创造了共同的家庭电线网络通讯技术标准，实现了“电力线上网”，基于电力线上网技术推出的新型的电力变压器和Modem可以使笔记本电脑和PC的使用者轻松连接家中的供电网络。另外，值得一提的是，在智能家居的发展历程中，x-10技术(电力载波通讯协议，即plc)是最耀眼的明星[5]。从20世纪70年代开发并获得专利至今，已经有很多大公司在美国生产、销售x-10产品，例如stanley,ra-dioshack,honeywell,leviton等等；在当今美国家庭自动化控制规格领域中x-10控制规格已成为的主要领导者。2.2.国内研究现状1999年，深圳首届高交会上，外商永泰峰公司带着其ApBus产品参展，代表着国外智能家居产品开始进入中国市场[6]。在国内，利用电力线做家庭信息的传输介质的研究较电话线早，1999年中国电力科学院研制出45Mbps的电力线高速通信产品。2002年北方工业大学运用单片机控制电话收发芯片MT8880和语音芯片ISD4004，研制出一种基于公共电话网的智能家居系统，此系统可以实现电话远程控制家电、语音提示、留言和自动报警等功能[7]。泛安公司自主开发了家庭控制器——e家网关[8]。它本身是小型嵌入式Web服务器并且可以采集和发送信息，用户如果想要了解家中情况，可以通过在Internet上浏览其内部HTML网页来实现。除此之外，用户还可以通过这种方式进行消息传送和远程控制。由于e家网关能够与Internet互联，直接连接到宽带网，因此该系统己经不是传统意义的小区智能化管理系统，而可以发展成为社会化的管理系统[9]。2004年，中国通信标准化协会(CCSA)提出要开展家庭网络标准的研究工作[10]。5月，由信息产业部电信研究院牵头，包括中国电信、中兴通讯、上海贝尔阿尔卡特、华为科技、UT斯达康、西门子等8家公司参加的家庭网络总体研究课题组。他们对家庭网络进行了全面综合研究，提出了电信制造和运营商对未来智能家居新时代的发展规划、对策与看法，并向CCSA提交了《家庭网络总体研究(V1.2)》报告[11]。2005年，国家信息产业部正式批准发布了对于家庭网络的推荐标准，并于9月1日开始实施[12]。3.技术与环境介绍根据对智能家居能效管控Web系统的整体架构设计、数据库设计、系统整体流程的确定，该项目釆用面向对象的C#语言，在.NET平台下，基于SQLServer2008数据库，结合Socket通信技术并选用普遍使用的Windows7操作系统，开发了B/S模式下面向智能用电的智能家居能效管控Web系统平台。3.1.软件环境简介本系统基于由ASP.NET和SQLServer2008搭建的软件开发平台。ASP.NET采用分层配置系统，具有良好的跨平台性。SQLServer2008不仅功能强，而且易学、易用。能都与ASP.NET紧密集成，对动态网站提供了强有力的支持。3.1.1.ASP.NETMicrosoft.NETFramework开发平台具有很强的综合性。在这个平台之上不仅能够实现ASP.NETWeb应用系统的开发，也可以开发Windows桌面应用系统、Mobile移动式网络应用系统以及WebService服务系统。.NETFramework所包含的ASP.NET，是微软公司的一项技术，是一种嵌入到网页当中的脚本。其可509杨明晓，鲁斌以在通过HTTP请求文档时，通过因特网服务器执行的服务器端脚本技术，再在Web服务器上动态地创建它们[13]。通过在实际