CN106230900A - 采用Web的智能家居远程监控系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种采用Web的智能家居远程监控系统及其实现方法，包括：智能插座、家庭网关、Web服务器以及Web客户端；其中：所述智能插座，用于读取相连的家用电器的用电数据并按照设定的周期发送至家庭网关，所述用电数据包括：家用电器运行时的电压、电流、频率以及功率；所述家庭网关，用于为家庭内部的网络提供网关服务；所述Web服务器与家庭网关和Web客户端相连，用于处理智能插座获取的用电数据，并且对智能插座、家庭网关以及Web客户端的运行进行管理。本发明完善了智能家居远程监控系统的数据查询功能，提供了方便快捷的数据查询方式和详细的统计信息，便于用户直观地了解不同设备的耗电比例和整个家庭的负荷变化。

Description

采用Web的智能家居远程监控系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及监控技术领域，具体地，涉及一种采用Web的智能家居远程监控系统及其实现方法。
背景技术
智能家居将网络通信、信息家电和自动化技术应用于人们的家庭生活中。它不仅具备传统的家居功能，还具有信息交互功能，为用户提供了方便的手段来管理家中各种设备，让家居生活更加便利、舒适和节能。
随着信息技术的进步和人民生活水平的提高，人们对智能家居系统的需求也越来越高。提供便于操作、功能丰富的智能家居远程监控平台，让用户能够随时随地方便地了解家庭中设备的运行情况成为必要。目前大多数智能家居远程监控系统不具备查询设备用电信息和进行数据库管理的功能。其中通过以太网实现远程通信的系统，受技术限制通信范围有限。而使用Web实现远程通信的监控系统功能多以远程控制设备开关、拍摄监控视频并为主，查询设备用电数据、远程维护数据库的功能不够完善。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用Web的智能家居远程监控系统及其实现方法。
根据本发明提供的采用Web的智能家居远程监控系统，包括：智能插座、家庭网关、Web服务器以及Web客户端；其中：
所述智能插座，用于读取相连的家用电器的用电数据并按照设定的周期发送至家庭网关，所述用电数据包括：家用电器运行时的电压、电流、频率以及功率；
所述家庭网关，用于为家庭内部的网络提供网关服务；
所述Web服务器与家庭网关和Web客户端相连，用于处理智能插座获取的用电数据，并且对智能插座、家庭网关以及Web客户端的运行进行管理。
优选地，所述智能插座与家庭网关之间采用Zigbee进行网络通信。
优选地，所述家庭网关包括：终端控制模块、数据查询模块、数据存储模块以及数据通信模块，用于实现Internet与家庭内部网络的互联。
优选地，所述Web服务器上搭载着存储系统所有数据的SQL Server数据库和智能家居远程监控系统的网络的应用软件。
优选地，所述Web客户端包括：具有Web浏览器的任何智能设备，所述Web客户端用于显示家用电器的实时用电数据、当日累计耗电量以及历史用电量，并根据家庭用电负荷变化情况和不同电器的耗电情况生成家庭能效管理方案，实现能效管理。
根据本发明提供的采用Web的智能家居远程监控系统的实现方法，包括如下步骤：
用电数据采集步骤：智能插座实时采集相连的家用电器的用电数据，并发送至至家庭网关，所述用电数据包括：家用电器运行时的电压、电流、频率以及功率；
用电数据查询步骤：家庭网关每隔设定的周期，相智能插座所在的终端发送查询指令，接收到智能插座返回的用电数据后，将该用电数据发送至Web服务器；
数据分析步骤：Web服务器将接收到的用电数据保存在数据库中，并根据用户的查询指令对数据库中的用电数据进行分析和处理，生成相应的时序图后发送给Web客户端；
结果显示步骤：用户在网页浏览器中选择查询的时间区间，获取该时间区间内与各个智能插座相连的家用电器的运行情况。
优选地，还包括用户权限设置步骤，在Web客户端设置用户登录界面，所述登录界面上设置有密码修改、用户名及密码找回窗口，登录成功后，用户进入本地浏览器网页，根据需要获取远程Web服务器中的信息。
优选地，Web客户端与Web服务器之间的数据通信基于HTTP协议实现。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明完善了智能家居远程监控系统的数据查询功能，提供了方便快捷的数据查询方式和详细的统计信息。用户可以按日期方便地查询家庭中所有智能设备的用电记录，还可以查看该时间段内的家庭负荷曲线图、各节点负荷曲线图和各设备耗电量统计饼图，直观地了解不同设备的耗电比例和整个家庭的负荷变化。
2、本发明实现了远程管理数据库的功能。系统管理员可以在远离系统服务器的情况下通过远程监控系统对数据库中指定时间的设备负荷记录进行修改，操作简便，不需要安装任何数据库软件。
3、本发明完善了智能家居远程监控系统的用户管理功能，用户可以对自己的密码、邮箱进行修改，忘记用户名或密码时可以通过邮箱进行找回。
4、本发明对用户权限进行了区分。普通用户仅可查询自己家庭的用电数据、根据历史数据生成统计图表，不能查看其它家庭的数据，也不能修改系统数据库。而管理员拥有查询所有家庭用电数据的权限，也可以对数据库中的数据进行修改。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为基于Web的智能家居远程监控系统原理框图；
图2为基于Web的智能家居远程监控系统整体结构图；
图3为基于Web的智能家居远程监控系统网络应用程序原理框图；
图4为基于Web的智能家居远程监控系统功能图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的采用Web的智能家居远程监控系统，包括：智能插座、家庭网关、Web服务器以及Web客户端；其中：
所述智能插座能够读取与其相连的家用电器运行时的电压、电流、频率、功率等数据，并将这些数据按一定的周期发送到家庭网关。智能开关与家庭网关之间使用Zigbee网络通信。
所述家庭网关由终端控制、数据查询、数据存储和数据通信四个模块组成，可以实现Internet与家庭内部网络的互联，以便用户从网络上监视和控制家中的智能设备。
所述Web服务器上搭载着存储系统所有数据的SQL Server数据库和智能家居远程监控系统的网络应用程序。它同时连接客户端浏览器和家庭网关，是整个系统的数据信息中心和后台管理中心。
所述Web客户端通过Web获取智能家居远程监控系统的服务，可以是具有Web浏览器的任何智能设备。用户可以通过客户端对智能设备进行监控，随时随地了解家中电器的实时用电数据，并通过合理安排家电的运行实现家庭能效管理。
与多数智能家居监控系统不同，本系统使用的智能插座除了能够实现传统的遥控开关外，还可以读取与插座相连的设备运行时的电压、电流、功率等各项参数。在此基础上，系统使用Web作为远程通信方式，结合智能插座和家庭网关，实现了对家庭中的各种智能设备的实时运行数据和历史负荷记录的行远程查询。更进一步，系统还对家庭设备耗电量进行了计算和统计，帮助住户了解设备工作情况和家庭能耗情况。此外，系统还实现了数据库的远程管理和用户账号信息管理，操作方便，信息丰富。
所述基于Web的智能家居远程监控系统使用B/S结构，系统应用程序与数据库置于服务器端，浏览器与服务器之间的数据通信基于HTTP协议实现。
所述基于Web的智能家居远程监控系统网络应用程序使用Java语言编程，主要用Servlet程序进行流程控制和事务处理，用JSP程序生成动态网页。
所述基于Web的智能家居远程监控系统网络应用程序使用JDBC驱动与数据库进行交互，执行SQL语句实现对所述数据库中的用电数据的查询、修改和更新。
所述基于Web的智能家居远程监控系统网络应用程序使用Jfreechart库完成家庭总负荷曲线、各节点负荷曲线和各节点耗电量饼图的绘制；使用jmail组件发送邮件，实现用户密码找回的功能。
如图1所示，系统采用B/S架构，把传统三层模式中的Web服务器与数据库服务器集中于同一主机(即公网服务器)上。考虑到本系统规模较小，用户数量不多，从实际情况出发，采用这种简单的结构可以提高效率、节约成本。服务器安装SQL Server数据库，客户端浏览器、智能家居家庭服务器可以同数据库进行数据交互。
家庭网关每隔10分钟依次向各个终端节点发送指令查询各设备电能信息，收到返回的电能信息后，将其存储到自己的数据库中，同时将存储的电能数据发送给公网服务器，公网服务器将其存储到服务器的系统数据库中。
Web浏览器直接面向用户，将用户输入的信息通过Internet传送给公网服务器，服务器上的应用程序根据用户输入的信息运行，获取或更新数据库中的数据，对这些数据进行处理后将结果以网页的形式呈现在浏览器上，返回给用户。
Web服务器同时与客户端浏览器和家庭网关进行通信，系统数据库和网络应用程序都部署在公网服务器上。用户通过Web浏览器获取网络应用程序提供的远程服务，客户端输入的信息经由网络传给公网服务器，后台应用程序根据用户输入的信息运行，使用JDBC驱动访问数据库，获取或更新数据库中的数据，对这些数据进行操作后将结果以网页的形式返回给用户。生成负荷曲线的功能通过将JDBC与Java绘图API Jfreechart结合运用实现。系统依据用户在网页浏览器中选择的时间区间，获取该时间段内各个节点的功率及其对应的时间序列，生成数据集，然后根据这些数据绘制相应的时序图。
如图3所示，智能家居远程监控系统的网络应用程序由Java语言编写，使用Servlet程序进行流程控制和事务处理，用JSP程序生成动态网页，通过JDBC驱动与数据库交互。
Servlet响应Web方面请求的运行过程为：客户机向服务器发送请求，信息传给服务器后交由Servlet处理，Servlet根据请求内容求生成处理结果，再由服务器将处理结果返回给客户端。
JSP(JavaServer Pages)使用JSP标签在静态HTML程序中插入Java代码，再由Web服务器中的JSP引擎编译和执行这些代码，生成动态网页。它的运行过程是：使用者在客户端发出的请求储存在Request对象中发给服务器端JSP引擎，JSP引擎对其进行处理。处理结果储存在Response对象中，服务器根据其中的内容生成动态网页，返回客户端浏览器。
程序通过JDBC驱动访问SQL Server数据库，获取智能家居设备的用电数据。具体步骤为：(1)加载Microsoft SQLServer的JDBC驱动程序；(2)建立数据库连接，通过驱动器管理器获取连接接口，输入数据库的URL地址、登录的用户名和密码来获取连接；(3)获得Statement或它的子类，创建一个语句对象，用来执行SQL语句对数据库进行操作；(4)使用Statement执行SQL语句；(5)根据程序要求对执行结果进行处理；(6)关闭JDBC对象。操作完成后需要把所有使用过的JDBC对象全部关闭，以释放JDBC资源。
图4为基于Web的智能家居远程监控系统功能图。系统的主要功能分五方面：
(1)用电信息实时监测。如果用户想要查看家中设备当前运行状态和工作数据，可以登录智能家居远程控制系统，随时随地查看家中智能家居设备的实时信息，包括开关状态、电压、电流、功率、频率和当日累计耗电量等。
(2)历史数据查询和统计图表绘制。如果用户想要了解家中设备在一段时间内的耗电情况，可以登录智能家居远程监控系统，在浏览器中输入查询的起始和终止日期，查看智能家居设备在这一时间段内的历史负荷记录。此外，除了原始数据，系统还应向用户提供一些统计结果，比如根据一定时间段内的数据记录生成相应的家庭负荷曲线图、各节点负荷曲线图和各设备耗电量统计图等，帮助用户直观地了解不同设备的耗电情况和整个家庭的负荷变化，从而可以有计划地控制家庭电器的使用时间，实现家庭能效管理。
(3)修改数据库数据。如果系统管理员在远离系统服务器的情况下想要修改数据库，可用管理员的账号登录智能家居远程监控系统，对指定时间的设备负荷记录进行修改，管理员在系统中的修改操作直接对数据库生效。
(4)用户权限区分。为了保证系统的稳定与用户的隐私安全，智能家居远程监控系统应为不同身份的用户提供了不同权限。普通用户仅可查询自己家庭的用电数据、统计图表，不能查看其它家庭的数据，也不能修改系统数据库。而管理员可以查询所有家庭的用电数据和对数据库中的设备负荷记录进行修改。
(5)密码、邮箱修改及用户名、密码找回功能。出于安全性考虑，系统为用户提供了密码重置功能，用户用初始密码登录系统后可以重置自己的密码。用户邮箱可以在用户忘记用户名或密码时作为验证信息，因此系统也应为用户提供了登记和修改邮箱名的功能。如果用户忘掉了自己的用户名或密码，可以用登记在系统中的邮箱名验证身份，通过验证后系统会将用户名、密码发送至该邮箱中。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种采用Web的智能家居远程监控系统，其特征在于，包括：智能插座、家庭网关、Web服务器以及Web客户端；其中：
所述智能插座，用于读取相连的家用电器的用电数据并按照设定的周期发送至家庭网关，所述用电数据包括：家用电器运行时的电压、电流、频率以及功率；
所述家庭网关，用于为家庭内部的网络提供网关服务；
所述Web服务器与家庭网关和Web客户端相连，用于处理智能插座获取的用电数据，并且对智能插座、家庭网关以及Web客户端的运行进行管理。
2.根据权利要求1所述的采用Web的智能家居远程监控系统，其特征在于，所述智能插座与家庭网关之间采用Zigbee进行网络通信。
3.根据权利要求1所述的采用Web的智能家居远程监控系统，其特征在于，所述家庭网关包括：终端控制模块、数据查询模块、数据存储模块以及数据通信模块，用于实现Internet与家庭内部网络的互联。
4.根据权利要求1所述的采用Web的智能家居远程监控系统，其特征在于，所述Web服务器上搭载着存储系统所有数据的SQL Server数据库和智能家居远程监控系统的网络的应用软件。
5.根据权利要求1所述的采用Web的智能家居远程监控系统，其特征在于，所述Web客户端包括：具有Web浏览器的任何智能设备，所述Web客户端用于显示家用电器的实时用电数据、当日累计耗电量以及历史用电量，并根据家庭用电负荷变化情况和不同电器的耗电情况生成家庭能效管理方案，实现能效管理。
6.一种采用Web的智能家居远程监控系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
用电数据采集步骤：智能插座实时采集相连的家用电器的用电数据，并发送至至家庭网关，所述用电数据包括：家用电器运行时的电压、电流、频率以及功率；
用电数据查询步骤：家庭网关每隔设定的周期，相智能插座所在的终端发送查询指令，接收到智能插座返回的用电数据后，将该用电数据发送至Web服务器；
数据分析步骤：Web服务器将接收到的用电数据保存在数据库中，并根据用户的查询指令对数据库中的用电数据进行分析和处理，生成相应的时序图后发送给Web客户端；
结果显示步骤：用户在网页浏览器中选择查询的时间区间，获取该时间区间内与各个智能插座相连的家用电器的运行情况。
7.根据权利要求6所述的采用Web的智能家居远程监控系统的实现方法，其特征在于，还包括用户权限设置步骤，在Web客户端设置用户登录界面，所述登录界面上设置有密码修改、用户名及密码找回窗口，登录成功后，用户进入本地浏览器网页，根据需要获取远程Web服务器中的信息。
8.根据权利要求6所述的采用Web的智能家居远程监控系统的实现方法，其特征在于，Web客户端与Web服务器之间的数据通信基于HTTP协议实现。
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