面向智能用電的智能家居能效管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

面向智能用電的智能家居能效管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)楊明曉;魯斌【摘要】家用電器的使用是人們繁忙工作生活中必不可少的部分，但往往存在著人走忘記斷電、用電不合理、浪費(fèi)嚴(yán)重等現(xiàn)象，加劇了能源供需不平衡的矛盾而且存在著安全隱患。隨著國(guó)家智能電網(wǎng)的建設(shè)、峰谷分時(shí)電價(jià)的推行，使得節(jié)能環(huán)保、綠色低碳以及智能用電等需求更加引人注目。如果能夠盡量在用電低谷時(shí)段啟用家用電器(如洗衣機(jī)等),從而科學(xué)用電，這樣不但能夠節(jié)省能源，還將對(duì)削峰填谷壓力的緩解起到積極的促進(jìn)作用。智能家居系統(tǒng)與傳統(tǒng)家居系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，賦予了家庭所有物品以〃智慧”，使它們能夠〃自發(fā)”、“主動(dòng)”地與家庭網(wǎng)關(guān)、與人溝通并實(shí)現(xiàn)信息的交互。本文首先介紹了智能家居系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、需要解決的問(wèn)題以及對(duì)智能家居系統(tǒng)未來(lái)的展望。然后介紹了軟件開發(fā)的環(huán)境搭建和涉及到的主要技術(shù)，主要包括ASP.NET、SQLServer.響應(yīng)式Web設(shè)計(jì)等。并對(duì)用戶的需求進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，提出了符合用戶需求的智能家居能效管控系統(tǒng)的總體解決方法。接著提出了模塊設(shè)計(jì)的具體方案，主要包括用戶信息管理模塊、信息模塊、安防模塊、窗簾模塊、電器模塊和光照模塊等。文章最后詳細(xì)地介紹了軟件的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并展示了部分界面和主要的實(shí)現(xiàn)代碼?！酒诳Q】《計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用》【年(卷)，期】2017(007)006【總頁(yè)數(shù)】19頁(yè)(P507-525)【關(guān)鍵詞】智能家居;響應(yīng)式Web;能效管控;軟件設(shè)計(jì)【作者】楊明曉;魯斌【作者單位】［1］華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北保定;;［1］華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北保定【正文語(yǔ)種】中文［中圖分類】F4家用電器的使用是人們繁忙工作生活中必不可少的部分，但往往存在著人走忘記斷電、用電不合理、浪費(fèi)嚴(yán)重等現(xiàn)象，加劇了能源供需不平衡的矛盾，而且存在著安全隱患。隨著國(guó)家智能電網(wǎng)的建設(shè)、峰谷分時(shí)電價(jià)的推行，使得節(jié)能環(huán)保、綠色低碳以及智能用電等需求更加引人注目。如果能夠盡量在用電低谷時(shí)段啟用家用電器(如洗衣機(jī)等)，從而科學(xué)用電，這樣不但能夠節(jié)省能源，還將對(duì)削峰填谷壓力的緩解起到積極的促進(jìn)作用。智能家居系統(tǒng)與傳統(tǒng)家居系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，賦予了家庭所有物品以〃智慧”，使它們能夠〃自發(fā)”、“主動(dòng)”地與家庭網(wǎng)關(guān)、與人溝通并實(shí)現(xiàn)信息的交互。本文首先介紹了智能家居系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、需要解決的問(wèn)題以及對(duì)智能家居系統(tǒng)未來(lái)的展望。然后介紹了軟件開發(fā)的環(huán)境搭建和涉及到的主要技術(shù)，主要包括ASP.NET、SQLServer、響應(yīng)式Web設(shè)計(jì)等。并對(duì)用戶的需求進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，提出了符合用戶需求的智能家居能效管控系統(tǒng)的總體解決方法。接著提出了模塊設(shè)計(jì)的具體方案，主要包括用戶信息管理模塊、信息模塊、安防模塊、窗簾模塊、電器模塊和光照模塊等。文章最后詳細(xì)地介紹了軟件的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并展示了部分界面和主要的實(shí)現(xiàn)代碼。智能家居，響應(yīng)式Web，能效管控，軟件設(shè)計(jì)Copyright?2017byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY)./licenses/by/4.0/OpenAccessSmartHome,ResponsiveWeb,ControlofEnergyEfficiency,SoftwareDesign在現(xiàn)在人們的生活中，家用電器的使用已經(jīng)成為必不可少的一部分。但仍然常常出現(xiàn)用電不合理、人走忘記斷電、浪費(fèi)嚴(yán)重的情況，加劇了能源供需不平衡的矛盾，而且存在著安全隱患。隨著國(guó)家智能電網(wǎng)的建設(shè)、峰谷分時(shí)電價(jià)的推行，使得節(jié)能環(huán)保、綠色低碳以及智能用電等需求更加引人注目。如果能夠盡量在用電低谷時(shí)段啟用家用電器(如洗衣機(jī)等)，從而科學(xué)用電，這樣不但能夠節(jié)省能源，還將對(duì)削峰填谷壓力的緩解起到積極的促進(jìn)作用。智能家居能效管控系統(tǒng)具有方便、高效、安全、節(jié)能、智能化的特點(diǎn)，對(duì)于改善居民的生活質(zhì)量有著非常重要的影響。智能家居(SmartHome)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)向傳統(tǒng)家居滲透發(fā)展的必然結(jié)果［1］。目前通常把智能家居定義為利用網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備、電腦和綜合布線技術(shù)，將與家庭生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)在家庭信息管理平臺(tái)的基礎(chǔ)上。2.1.國(guó)外研究現(xiàn)狀1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康乃狄克州哈佛市的CityPlaceBuilding，出現(xiàn)了首棟"智能家居建筑"，從此揭開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，，家用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，，—家庭射頻(HomeRF)［4］。隨后，基于HomeRF的PC卡、適配卡、打印機(jī)、無(wú)線電話等設(shè)備相繼面世，其發(fā)展勢(shì)頭備受關(guān)注。1998年家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(HomePNA)提出利用傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)提供寬帶數(shù)據(jù)接人服務(wù)。該標(biāo)準(zhǔn)利用Tut公司的技術(shù)不會(huì)對(duì)正常的電話業(yè)務(wù)產(chǎn)生干擾，并且將允許在家中使用隨機(jī)制非結(jié)構(gòu)性電話線。2004年，〃家庭插電聯(lián)盟”創(chuàng)造了共同的家庭電線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了〃電力線上網(wǎng)”，基于電力線上網(wǎng)技術(shù)推出的新型的電力變壓器和Modem可以使筆記本電腦和PC的使用者輕松連接家中的供電網(wǎng)絡(luò)。另外，值得一提的是，在智能家居的發(fā)展歷程中，x-10技術(shù)(電力載波通訊協(xié)議，即plc)是最耀眼的明星［5］。從20世紀(jì)70年代開發(fā)并獲得專利至今，已經(jīng)有很多大公司在美國(guó)生產(chǎn)、銷售x-10產(chǎn)品，例如stanley,ra-dioshack,honeywell,leviton等等；在當(dāng)今美國(guó)家庭自動(dòng)化控制規(guī)格領(lǐng)域中x-10控制規(guī)格已成為的主要領(lǐng)導(dǎo)者。2.2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1999年，深圳首屆高交會(huì)上，夕卜商永泰峰公司帶著其ApBus產(chǎn)品參展，代表著國(guó)外卜智能家居產(chǎn)品開始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)［6］。在國(guó)內(nèi)，利用電力線做家庭信息的傳輸介質(zhì)的研究較電話線早，1999年中國(guó)電力科學(xué)院研制出45Mbps的電力線高速通信產(chǎn)品。2002年北方工業(yè)大學(xué)運(yùn)用單片機(jī)控制電話收發(fā)芯片MT8880和語(yǔ)音芯片ISD4004，研制出一種基于公共電話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電話遠(yuǎn)程控制家電、語(yǔ)音提示、留言和自動(dòng)報(bào)警等功能［7］。泛安公司自主開發(fā)了家庭控制器——e家網(wǎng)關(guān)［8］。它本身是小型嵌入式Web服務(wù)器并且可以采集和發(fā)送信息，用戶如果想要了解家中情況，可以通過(guò)在Internet上瀏覽其內(nèi)部HTML網(wǎng)頁(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。除此之外，用戶還可以通過(guò)這種方式進(jìn)行消息傳送和遠(yuǎn)程控制。由于e家網(wǎng)關(guān)能夠與Internet互聯(lián)，直接連接到寬帶網(wǎng)，因此該系統(tǒng)己經(jīng)不是傳統(tǒng)意義的小區(qū)智能化管理系統(tǒng)，而可以發(fā)展成為社會(huì)化的管理系統(tǒng)［9］。2004年，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)提出要開展家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作［10］。5月，由信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院牽頭，包括中國(guó)電信、中興通訊、上海貝爾阿爾卡特、華為科技、UT斯達(dá)康、西門子等8家公司參加的家庭網(wǎng)絡(luò)總體研究課題組。他們對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全面綜合研究，提出了電信制造和運(yùn)營(yíng)商對(duì)未來(lái)智能家居新時(shí)代的發(fā)展規(guī)劃、對(duì)策與看法，并向CCSA提交了《家庭網(wǎng)絡(luò)總體研究(V1.2)》報(bào)告［11］。2005年，國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部正式批準(zhǔn)發(fā)布了對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)的推薦標(biāo)準(zhǔn)，并于9月1日開始實(shí)施［12］。根據(jù)對(duì)智能家居能效管控Web系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)整體流程的確定，該項(xiàng)目采用面向?qū)ο蟮摹?語(yǔ)言，在.NET平臺(tái)下，基于SQLServer2008數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合Socket通信技術(shù)并選用普遍使用的Windows7操作系統(tǒng)，開發(fā)了B/S模式下面向智能用電的智能家居能效管控Web系統(tǒng)平臺(tái)。軟件環(huán)境簡(jiǎn)介本系統(tǒng)基于由ASP.NET和SQLServer2008搭建的軟件開發(fā)平臺(tái)。ASP.NET采用分層配置系統(tǒng)，具有良好的跨平臺(tái)性。SQLServer2008不僅功能強(qiáng)，而且易學(xué)、易用。能都與ASP.NET緊密集成，對(duì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)站提供了強(qiáng)有力的支持。ASP.NETMicrosoft.NETFramework開發(fā)平臺(tái)具有很強(qiáng)的綜合性。在這個(gè)平臺(tái)之上不僅能夠?qū)崿F(xiàn)ASP.NETWeb應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，也可以開發(fā)Windows桌面應(yīng)用系統(tǒng)、Mobile移動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)以及WebService服務(wù)系統(tǒng)。.NETFramework所包含的ASP.NET，是微軟公司的一項(xiàng)技術(shù)，是一種嵌入到網(wǎng)頁(yè)當(dāng)中的腳本。其可以在通過(guò)HTTP請(qǐng)求文檔時(shí)，通過(guò)因特網(wǎng)服務(wù)器執(zhí)行的服務(wù)器端腳本技術(shù)，再在Web服務(wù)器上動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建它們［13］。通過(guò)在實(shí)際工程中的不斷摸索以及ASP.NET和Web應(yīng)用程序的技術(shù)特點(diǎn)，得到了一種基于ASP.NET技術(shù)的三層Web應(yīng)用程序開發(fā)設(shè)計(jì)模型。這種模型把Web應(yīng)用程序劃分為三個(gè)基本的層次：用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層［14］。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。SQLServer2008數(shù)據(jù)庫(kù)SQLServer2008在Microsoft的數(shù)據(jù)平臺(tái)上發(fā)布，它可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及管理、更新、查詢關(guān)系型數(shù)據(jù)［15］。數(shù)據(jù)庫(kù)中能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)告查詢、同步、搜索和分析等操作，此外，在其中也可以直接存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化的文檔文件。SQLServer2008允許使用Microsoft.NET和VisualStudio開發(fā)的自定義應(yīng)用程序中使用數(shù)據(jù)，在面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)和通過(guò)MicrosoftBizTalkServer進(jìn)行的業(yè)務(wù)流程中使用數(shù)據(jù)。信息工作人員可以通過(guò)日常使用的工具直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)。STM32F103STM32F103是ST公司出品的以Cortex-M3為內(nèi)核的處理器芯片，它具有豐富的接口和不小的內(nèi)置存儲(chǔ)器。它的計(jì)算性能相比16位產(chǎn)品有大幅提升，而價(jià)格卻相差不大。由于有內(nèi)部Flash，因此當(dāng)不需要進(jìn)行大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，可以省略外接ROM以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。其實(shí)物圖如圖2所示。DHT11溫濕度傳感器DHT11數(shù)字溫濕度傳感器應(yīng)用了專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。它的內(nèi)部由一個(gè)感濕電阻和一個(gè)NTC測(cè)溫部件組成，精度較高，可以用于提高監(jiān)測(cè)的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其實(shí)物圖如圖3所示。Marvell88W8686WIFI模塊Marvell所提供的通信方案是一個(gè)綜合成本比較低的方案。集成度高、成本低是該芯片的優(yōu)點(diǎn)，雖然設(shè)計(jì)難度屬于中等，但是它比較符合本設(shè)計(jì)的要求。該模塊支持速度為1和2MbPs的IEEE802.n協(xié)議，速度為5.5和11MbPs的IEEE802.1lb協(xié)議，還有速度為6、9、12、18、24、36、48、54Mbps的IEEE802.lla/g協(xié)議。支持Infrastructure和Ad-hoc兩種操作模式，在MAC層上；支持DCF和PCF兩種介質(zhì)訪問(wèn)控制方式；支持開放系統(tǒng)認(rèn)證和共享密鑰認(rèn)證兩種認(rèn)證服務(wù)；支持IEEE的省電模式；支持Marvell的2、3、4線的藍(lán)牙共存仲裁機(jī)制。Marvell88W8686WIFI模塊如圖4所示。OV2640攝像頭模塊OV2640是OV(OmniVision)公司生產(chǎn)的一顆1/4寸的CMOSUXGA(1632*1232)圖像傳感器。提供單片UXGA攝像頭和影像處理器的所有功能。其實(shí)物圖如圖5所示。BH1750FVI光強(qiáng)傳感器由于光敏電阻的光電特性并不是理想的線性關(guān)系，所以并不可用作高精度檢測(cè)元件。另外，光敏電阻十分容易被不可見(jiàn)光（主要為紅外線和紫外線）影響而導(dǎo)致誤操作。BH1750FVI提供三種靈活的工作模式：低分辨率模式、高分辨率模式1和高分辨率模式2。在低分辨率模式下，它能夠檢測(cè)1~65535lux的光照強(qiáng)度，測(cè)量用時(shí)僅為16ms，分辨率為4lux。高分辨率模式1下，它能夠檢測(cè)1~54612lux范圍的光照強(qiáng)度，測(cè)量時(shí)間一般為120ms，分辨率為0.5lux。在高分辨率模式2下，它能夠檢測(cè)1~54612lux范圍的光照強(qiáng)度，測(cè)量時(shí)間一般為120ms，分辨率1lux。其實(shí)物圖如圖6所示。MQ-2煙霧傳感器MQ-2型傳感器的最高工作溫度一般在300°C至400OC，檢測(cè)濃度范圍為300至10000ppm，它對(duì)液化氣等氣體的靈敏度比較高，此外也能夠?qū)μ烊粴夂蜔熿F等有害氣體進(jìn)行檢測(cè)。其實(shí)物圖如圖7所示。家庭智能化的出現(xiàn)已經(jīng)有將近20年的歷史，智能家居系統(tǒng)通過(guò)智能化建設(shè)，以家庭綜合布線為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為橋梁，全面實(shí)現(xiàn)家庭智能化生活。功能需求本文將主要功能模塊分為六部分，包括用戶信息管理模塊、信息模塊、安防模塊、窗簾模塊、電器模塊和照明模塊。這些模塊在第二章中已做了簡(jiǎn)單介紹。下面將對(duì)各個(gè)模塊的功能需求進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。功能需求概述1）用戶信息管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的注冊(cè)和登錄功能；2）信息模塊綜合顯示溫度、濕度、光照以及相關(guān)用電建議等相關(guān)信息，同時(shí)可以控制用電器的啟停和查看電器的詳細(xì)信息；3）安防模塊顯示室內(nèi)的實(shí)時(shí)影像，并顯示攝像設(shè)備的用電量和用電情況折線圖；4）窗簾模塊顯示室內(nèi)的溫度、濕度和光照強(qiáng)度，控制窗簾的開關(guān)，同時(shí)顯示智能窗簾的用電量和用電情況折線圖；5）電器模塊綜合顯示電器信息，并可通過(guò)鏈接查看指定用電器的詳細(xì)用電信息；6）照明模塊顯示照明設(shè)備的用電量和用電情況折線圖。4.1.2.功能需求圖示1）系統(tǒng)用例圖如圖8所示。2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖9所示。4.2.性能需求1）數(shù)據(jù)精確度本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息通過(guò)硬件傳感器傳回，受室內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)度影響并能反映其變化趨勢(shì)。同時(shí)本系統(tǒng)能作到對(duì)信息的實(shí)時(shí)更新，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息精確度是可以得到保證的。2）時(shí)間特性系統(tǒng)正常的前提下，保證響應(yīng)時(shí)間在5秒以內(nèi)。3）靈活性系統(tǒng)具有靈活的操作方式，鍵盤和鼠標(biāo)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的操控。4）可拓展性為了適應(yīng)新的用電器加入等方面的更新擴(kuò)展，系統(tǒng)必須具有良好的可拓展性。系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)在上一章中，給出了智能家居能效管控Web系統(tǒng)的功能需求和性能需求等，本章將對(duì)應(yīng)用層各軟件模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)分析，并對(duì)其中需要用到的相關(guān)技術(shù)和工作原理進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想1）家庭網(wǎng)絡(luò)家庭網(wǎng)絡(luò)是智能家居系統(tǒng)的基礎(chǔ)。家庭中不同功能的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)彼此分離，沒(méi)有形成通信與互聯(lián)。通過(guò)解決各種家電的控制和互連問(wèn)題，將一種標(biāo)準(zhǔn)的交互語(yǔ)言提供給家電，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)與第三方應(yīng)用程序之間的通信，以實(shí)現(xiàn)控制家庭內(nèi)部的電器，并且實(shí)現(xiàn)其它智能家居功能的要求。家庭網(wǎng)關(guān)不僅要完成家庭智能控制和因特網(wǎng)接入功能。而且還負(fù)責(zé)各種類型子網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)共享。對(duì)于能耗管理，家庭網(wǎng)關(guān)還應(yīng)具有用電數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理，能耗管理策略實(shí)施等功能。2）Internet接入家庭能耗管理系統(tǒng)方便用戶通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操控智能家電。可以隨心所欲對(duì)家居家電進(jìn)行開關(guān)控制［16］。并能為用戶提供用電信息查詢，也可以為用戶提供對(duì)其屬性的操作。實(shí)現(xiàn)用電詳情的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)分析，讓居民對(duì)其的控制不再受時(shí)間和地域的限制。3）智能家居控制普通家電通過(guò)紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，紅外遙控器，無(wú)線中繼模塊等方式，使用戶能夠非常容易、方便地對(duì)非信息家電實(shí)現(xiàn)的控制。通過(guò)與紅外轉(zhuǎn)發(fā)器通信可以完成紅外家電的遙控器功能；而通過(guò)與智能插座通信可以完成普通家電的開關(guān)。信息家電自帶有網(wǎng)絡(luò)接口，與能耗管理系統(tǒng)可直接進(jìn)行無(wú)線通訊，能方便對(duì)其的控制管理［17］。系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖如圖10所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)家庭內(nèi)部署有智能家居服務(wù)器。用戶可以通過(guò)PC來(lái)控制戶內(nèi)的智能家居設(shè)備。智能家居的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖11所示。1）應(yīng)用層作為人機(jī)交互界面，注重界面的友好度與用戶的體驗(yàn)度。能將用戶的意圖反饋給管理層。主要包含移動(dòng)終端、PC等可視化設(shè)備。2）管理層作為系統(tǒng)核心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的管理和信息的處理，承接應(yīng)用層和感知層之間的信息交互。包括智能網(wǎng)關(guān)和智能家居服務(wù)器。3）感知層作為動(dòng)作執(zhí)行設(shè)備，執(zhí)行號(hào)管理層下發(fā)的動(dòng)作命令，以便于更好地將用戶的意圖在應(yīng)用層中實(shí)現(xiàn)。作為信息獲取部分，監(jiān)控環(huán)境的變化，并將相關(guān)信息發(fā)送給管理層，以便于根據(jù)環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)用戶意愿。系統(tǒng)流程圖智能家居系統(tǒng)的流程如圖12所示。5.2.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)5.2.1.功能指標(biāo)系統(tǒng)軟件包括：計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件等。1）系統(tǒng)軟件應(yīng)具有很高的可靠性和安全性［18］。2）系統(tǒng)軟件應(yīng)當(dāng)操作簡(jiǎn)單方便，采用多媒體技術(shù)，采用中文圖形界面，使系統(tǒng)具有處理圖像和數(shù)據(jù)的能力。用戶操作界面要友好，以保證能夠適應(yīng)不同層次的用戶。3）系統(tǒng)軟件應(yīng)符合國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，便于支持新硬件產(chǎn)品和多次升級(jí)。4）系統(tǒng)軟件應(yīng)具有功能上的可拓展性。5.2.2.功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作應(yīng)該由總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)到各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)逐層完成?？傮w設(shè)計(jì)主要是指對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行劃分，軟硬件配置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等方便的合理布局。系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)如圖13所示。軟件開發(fā)環(huán)境MicrosoftVisualStudio2010；MicrosoftSQLServer2008。系統(tǒng)主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的功能設(shè)計(jì)位于軟件架構(gòu)的應(yīng)用層。主要功能模塊則分為六部分，包括用戶信息管理模塊、信息模塊、安防模塊、窗簾模塊、電器模塊和照明模塊。這些模塊在第二章中已做了簡(jiǎn)單介紹。下面將對(duì)各個(gè)模塊的工作流程和功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。用戶信息管理模塊對(duì)用戶信息是否正確的審查代碼全部寫在登錄按鈕的on-click方法中。程序先檢測(cè)用戶名是否為空。當(dāng)用戶名為空時(shí)，點(diǎn)擊〃登錄”按鈕將提示〃請(qǐng)輸入有效的用戶名”。否則繼續(xù)判斷密碼是否為空。當(dāng)密碼為空時(shí)，提示〃請(qǐng)輸入密碼”，如果密碼和用戶名均不為空，則和數(shù)據(jù)庫(kù)中的已有用戶信息進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功，進(jìn)入首頁(yè)，否則提示〃密碼錯(cuò)誤！”。用戶信息管理模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖14所示。界面如圖15、圖16所示。主界面實(shí)現(xiàn)1）主界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖17為面向智能用電的智能家居能效管控系統(tǒng)主界面。其中主要分為5個(gè)模塊，分別是：信息模塊、安防模塊、窗簾模塊、電器模塊和照明模塊，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)入相應(yīng)界面進(jìn)行信息的查詢和對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。頁(yè)面頂部歡迎語(yǔ)句由Session中獲得用戶名，再通過(guò)ifelse語(yǔ)句進(jìn)行相應(yīng)的判斷具體方法如下：if(Session[“uid”]==null)//判斷session是否為空，如果為空則證明是直接訪問(wèn)該頁(yè)面，那么將跳轉(zhuǎn)到登錄界面。{Response.Redirect("Userlogin.aspx");}else{Response.Write("歡迎”+Session["uid"].ToString());//用來(lái)獲取左上角歡迎語(yǔ)句。}}響應(yīng)式界面變換窗口大小后，首頁(yè)的響應(yīng)式界面如圖18所示。信息模塊該模塊綜合顯示各類信息，包括溫度、濕度、光照強(qiáng)度、用電建議、電器用電量等。其中運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)采集到的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出用能統(tǒng)計(jì)曲線，并分析其合理性及節(jié)能潛力，給出節(jié)能措施和建議；用戶需要，可以手動(dòng)或依據(jù)策略進(jìn)行智能化的電器啟?？刂疲褂秒娮顑?yōu)化，節(jié)能環(huán)保。界面設(shè)計(jì)主要運(yùn)用DIV+CSS的布局方式，結(jié)合響應(yīng)式Web設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)的界面效果如圖19所示。安防模塊系統(tǒng)能根據(jù)用戶需要實(shí)時(shí)傳回視頻信息?？梢燥@示監(jiān)控器的用電情況折線圖。用戶也可以根據(jù)需要控制監(jiān)控器的開關(guān)。安防模塊界面如圖20所示。窗簾模塊用戶可以根據(jù)需要控制窗簾的開關(guān)，結(jié)合定時(shí)控制器，不需要再為每天開關(guān)窗簾而心煩，使用定時(shí)開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)窗簾的自動(dòng)開關(guān)。例如每到天亮?xí)r自動(dòng)打開，晚上就自動(dòng)關(guān)閉。也可以通過(guò)查看PC端室內(nèi)光照強(qiáng)度信息手動(dòng)控制窗簾的開關(guān)。電動(dòng)窗簾可以通過(guò)遙控器、觸摸屏控制，遙控器輕松一按，窗簾自在掌控中。窗簾模塊界面如圖21所示。電器模塊電器模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家居內(nèi)電器的開關(guān)控制和各個(gè)電器用電信息的查看。通過(guò)用智能電器插座、定時(shí)控制器等智能產(chǎn)品的組合，不需要改造現(xiàn)有的普通家用電器，就能輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)家居內(nèi)電器的集中控制、電腦控制、無(wú)線遙控、定時(shí)控制等多種智能控制等。而且可以查看每個(gè)電器的詳細(xì)用電信息。用戶對(duì)家居設(shè)備下發(fā)控制請(qǐng)求時(shí)，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器上的處理器設(shè)備控制程序接收并解析用戶控制請(qǐng)求，它根據(jù)用戶請(qǐng)求的內(nèi)容到網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢所要控制設(shè)備的信息，檢查命令的合法性和設(shè)備ID號(hào)。同時(shí)生成相應(yīng)的控制命令，然后向網(wǎng)關(guān)上的串口下發(fā)控制命令。電器模塊界面如圖22所示。照明模塊照明模塊可以顯示照明設(shè)備的用電量。同時(shí)可以顯示照明設(shè)備的用電情況折線圖。用戶也可以根據(jù)需要控制照明設(shè)備的開關(guān)，例如智能家居內(nèi)的吊燈、吸頂燈、壁燈、臺(tái)燈、落地?zé)舻?。照明模塊界面如圖23所示。智能化逐漸走進(jìn)了每個(gè)人的生活，顛覆了傳統(tǒng)家居的理念，同時(shí)帶給人們?nèi)碌纳罾砟睢木W(wǎng)絡(luò)家電概念到今天的物聯(lián)網(wǎng)家居，從最早簡(jiǎn)單的安全報(bào)警設(shè)備到目前的移動(dòng)視頻監(jiān)控，從獨(dú)立到互聯(lián)、從模擬到數(shù)字、從有線到無(wú)線，智能家居技術(shù)已趨于成熟。智能家居控制器是一項(xiàng)復(fù)雜而又龐大的系統(tǒng)工程，涉及通信、家電、建筑、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等諸多領(lǐng)域，整個(gè)系統(tǒng)的功能以及具體實(shí)現(xiàn)上還需要進(jìn)一步的完善和加強(qiáng)，該系統(tǒng)離真正家居智能化的要求還有一段距離。到目前為止，一個(gè)比較簡(jiǎn)潔、實(shí)用的面向智能用電的智能家居能效管控Web系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)。但是由于個(gè)人能力有限，所以只實(shí)現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)中的一些基本功能，包括遠(yuǎn)程控制功能、Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸功能、設(shè)備管理功能等。但一個(gè)完善的智能家居系統(tǒng)涉及到生活中的方方面面，所以還有很多后續(xù)的研究工作需要開展：1）在智能家居系統(tǒng)的功能定位上，可以向著家庭影院、智能場(chǎng)景控制等多功能綜合平臺(tái)方向發(fā)展；2）在智能家居中Wi-Fi的組網(wǎng)方式上，可以考慮其他更多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣有利于保障通信，例如采用樹型結(jié)構(gòu)可以使網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性和健壯性更強(qiáng)；3）想要智能家居系統(tǒng)真正地做到實(shí)用，那么網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題就必須要得到解決。對(duì)于智能家居系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，防止外部入侵以及數(shù)據(jù)的完整性是網(wǎng)絡(luò)安全的重點(diǎn)，而針對(duì)這兩方面，要做的工作還有很多。Theuseofhouseholdappliancesisanindispensablepartofpeople'sbusylife,butitisaveryusualthingforsomepeopletoforgettocutoffthepowersupplyormaybetheyhavebadhabitsofusingthepower.Thesephenomenaleadtowastingalotofelectricityandintensifyingthecontradictionsbetweenenergysupplyanddemandforenergy.Inaddition,therearealsopotentialsafetyproblems.Withtheconstructionofthesmartgridandtheelectricitypolicy,thereisanincreasingfocusonenergyconservation,environmentalprotection,low-carbonandintelligentelectricity.Ifyoutrytousehouseholdappliances（suchaswashingmachines）intheoff-peak,youwillnotonlysavetheenergy,butalsoplayapositiveroleinalleviatingthepressureoftheelectricity.Thebiggestdeferencebetweenthesmarthomesystemandthetraditionalhomesystemisthatthesmarthomesystemgivingwisdomtofamilybelongings.Theycanspontaneouslyandactivelycommunicatewithfamilygatewayandtheusers.Andtheycanalsorealizetheinteractionofinformation.Inthispaper,thedevelopmentofsmarthomesystem,problemsneededtoberesolvedandthefutureofsmarthomesystemarefirstlyintroducedathomeandabroad.ThentheSoftwaredevelopmentenvironmentandthemaintechnology,suchasASP.NET,SQLServerandsoftwaredesign,etc.havebeenintroduced.Wealsoputforwardtheconcreteschemeofmoduledesign,includestheuserinformationmanagementmodule,informationmodule,securitymodule,curtainmodule,electricalmodule,lightmodule,etc.Finally,therealizationmethodofsoftwareisdescribedindetail,andshowspartoftheinterfaceandthemainimplementationcodes.【相關(guān)文獻(xiàn)】張良.智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D]:[碩士學(xué)位論文].重慶:重慶大學(xué),2011.Lin,H.T.