家庭能源移动管理系统研究 本文关键词：管理系统，能源，家庭，研究
家庭能源移动管理系统研究 本文简介：目前家庭能源浪费的主要方面包括水、电、气三个方面，造成这种浪费的主要原因是居民出门时忘记关闭水、气阀门及屋内配电箱开关。由于忘记关闭阀门或者配电箱总开关由导致的事故不仅危害了家庭及社会安全，而且也造成了能源的极大浪费。首先以电能为例，相关统计表明家庭中常见家电待机能耗非常惊人，根据相关数据统计，家庭
家庭能源移动管理系统研究 本文内容：
目前家庭能源浪费的主要方面包括水、电、气三个方面，造成这种浪费的主要原因是居民出门时忘记关闭水、气阀门及屋内配电箱开关。由于忘记关闭阀门或者配电箱总开关由导致的事故不仅危害了家庭及社会安全，而且也造成了能源的极大浪费。首先以电能为例，相关统计表明家庭中常见家电待机能耗非常惊人，根据相关数据统计，家庭主要电器总能耗中电器待机损耗占据了10%左右（平均每户家庭待机功率为0.0922KW），中国目前约有4.3亿家庭，正常情况家电设备每天的正常使用时间不超过4h，也即是家电每天待机时间为20h，一年下来，全国所有家庭全年电器待机消耗的能量为1571.34亿kw/h，相当于1.5个三峡水电站的全年发电量。并且随着越来越多的家庭智能设备的出现，待机能耗也会越来越多。其次因为家中无人管理水、气阀门导致的水、气资源的浪费数量也十分惊人。第三由于家中无人管理水、电、气而发生的水、火灾害每年导致的人员伤亡和经济损失巨大。目前对家庭水、电、气资源的远程控制研究可以说是空白，所以研究并设计一套可以远程管理家庭水、电、气资源方面的控制系统非常有必要。
系统总体设计思路
总体设计包括硬件设计和软件设计。系统硬件主要以CC2530F256芯片为控制核心；ATK－ESP8266WiFi联网模块；水、气管道上的电磁阀、家用配电箱上的总开关、继电器等构成的执行模块；不间断供电电源模块（UPS）组成。系统软件主要以“家庭能源移动管家APP”构成。利用先进的计算机网络及嵌入式技术，设计“家庭能源移动管家APP”，并在该APP上可以实现远程实时管理家庭水、电、气的开关状态，进而预防家庭电气火灾、燃气泄露等人员财产伤亡事故的发生。家庭能源移动管理中心系统主要由APP控制端、云服务器、处理器模块、联网模块、执行模块等几部分组成。本系统控制框图如图1所示。本系统的通讯示意图如图2所示。
硬件设计
家庭网关家庭网关采用的主要芯片包括CC2530F256和ESP－01S联网模块，家庭网关可以实现分别与PC机、移动通信网和Internet进行互联。CC2530F256：CC2530F256模块可以提供一种综合无线信息处理技术的单片机解决方案，该模块采用ZigBee技术及家电射频遥控标准－RF4CE。该模块不仅具有ZigBee技术的低功耗、造价低、简单、网上拓扑种类多等优点，而且兼顾了RF4CE的高可靠性，长距离或者有障碍物时信号传输的鲁棒性。CC2530F256核心板实物图如图3所示。ESP－01S联网模块：实物图如图4所示，该模块采用的核心处理器为ESP8266芯片，ESP8266芯片是一种采用串口通信协议的无线网络模块，具可以将家庭中的终端设备进行异步通讯，并与无线网络连接，以实现终端设备的无线联网。该网络模块具有集成度高、造价低、功耗低等特点。非常适合家庭终端设备无线联网的应用场合。终端模块终端模块主要由终端节点；水、气管道上的继电器、电磁阀、家用配电箱上的总开关等执行模块构成。本作品设计的终端节点数量为3个。每个终端节点分别连接一个继电器，采用的是松乐继电器（SRD－05VDC－SL－C），通过控制继电器的吸合分别控制水、气管道上电磁阀供电电路以及配电箱空气开关电路的通断，终端设备控制示意图如图5所示。供电电压设计为保证系统的可靠性，本作品设计了双电源供电，当遇到市电停电时，控制系统采用不间断电源供电，本作品中各硬件工作电压（直流）如下所示：协调节点：3.3V；终端节点：3.3V；电磁阀：12V；路由器：9～12V。
软件设计
控制界面（UserInterface，简称UI）的设计UI设计：UI设计也称之为APP控制界面设计，想实现移动APP控制家庭终端设备功能，其中APP控制界面设计非常重要。UI设计主要包括对话框设计、美工设计、操作逻辑设计等。由于本系统研究对象涉及的控制的参数较少，因此本研究的UI设计非常简单。UI界面设计要做到实用、美观、简洁。基于Socket的通信设计Socket通信设计：所谓Socket通信处于抽象层，而非物理层。该通信可以实现双向数据的交换，具体为程序之间可以采用一个通信连接实现彼此两端的信息或者数据的交换，则两端中的任任一端都可以称之为一个socket。设计并建立Socket对象是Socket通信设计的重要部分。Socket通信的具体操作步骤如图6所示。数据库设计由于家庭能源移动管理系统所处理的数据量较小，且处理时间亦不长，对数据库的大小要求不高，所以本应用程序使用了Android平台自带的SQLite数据库。系统软件设计流程家庭能源安全节能管理系统的软件设计流程如图7所示。
系统测试
当家中无人时且无人关闭水、气总阀门及配电箱开关，操作者此时可登录家庭资源移动管理中心APP，选择对水、电、气资源进行管理，通过在APP可选择关闭水、气总阀门及配电箱开关，从而实现远程管理家庭资源的目的，该系统的实物图如图8所示。经测试，该系统控制性能良好，可以实现远程控制家庭水、电、气等能源的关断，实现家庭能源节约及家居安全的目的。
结语
基于ZigBee的家庭能源移动管理系统，不仅可以从源头上杜绝了各类火灾、漏水、燃气泄漏等安全事故，而且可以大大减少电能、燃气及水资源的浪费。该系统控制思想操作简单，控制可靠，成本极低，迎合了我国所倡导的节能减排的主题，此研究具有一定社会意义。
作者：谢奕尘
家庭能源移动管理系统研究 来源：网络整理
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