CN108572562A - 一种基于物联网和qt图形界面的智能家居智慧能源管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智慧能源管理系统，包括智能硬件控件和智能管理终端；智能硬件控件主要包括电力控制器、通信模块和采集模块；采集模块由传感器和监控器组成，实时采集电力数据；通信模块用于实现终端和硬件之间的通信；电力控制器用于对各种用电器做出行为控制；智能管理终端主要包括控制系统、信息采集系统、通信系统和预测分析系统；通信系统通过串口通信和智能硬件控件的Wifi模块进行数据交互；信息采集系统接收传感器和监控器的数据，存储进数据库；控制系统由上位机总机和上位机分机构成分布式控制；预测分析系统用于进行数据处理和预测；本发明能够跨平台使用，且可以进行复杂的数据处理，对用电负荷预测与电力资源配置具有重要意义。

Description

一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统
技术领域
本发明涉及一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统及其建立方法，属于智能家居电力系统领域。
背景技术
物联网技术是一次计算机技术的革命，是互联网技术的延伸和扩展。物联网将所见的一切末端设备和设施将互联网相连接，即物物相连的互联网。物联网是互联网的应用拓展，而应用创新一直是互联网发展的动力。物联网飞速发展，各行各业都迈进物联网时代，而电力管理系统一直是互联网领域的典型应用，因此将物联网应用于电力管理系统是一种创新型的尝试。本系统将物联网技术融入电力管理系统，拥有良好的扩展性，除了电力负荷管理外，对于其他的智能设备系统可以通过物联网自动将其纳入网络管理。通过更新路由信息，可以方便的加入和移除管理设备。
智能家居是以网络通信技术，传感器技术，自动控制技术为基础将家庭的用电设备集成的管理平台，通过集成客户端可以远程控制用电器的行为，提供家庭设备的高效管理方式。在现有的智能家居管理系统中，最为关键基础的是电力系统，如何对电力系统进行安全高效的控制，如何通过电力数据分析给出更加合理的管理方案是保证智能家居系统稳定工作和广泛推广的保证。但是现有的智能家居管理系统大都侧重于对家居的行为控制，而对电力数据的记录与管理很少记录。尤其是电力负荷量对于用户的用电行为有很大影响，电力数据不仅关系到用电行为，还能给供电方提供数据参考进行配电规划。
为了保证智能家居系统稳定运行和广泛应用，研究电力数据和数据分析预测是十分必要的，在物联网智能家居的背景下有着重要意义。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于智能家居的智慧能源管理系统，通过对家庭各个用电器的监控，解决现有能源管理系统中用电器行为与负荷之间弱关联以及缺少对用电行为进行负荷预测的问题。
针对现有系统的不足，本发明采用的技术方案是提供一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其主要包括智能硬件控件和智慧能源管理终端；其中，
所述智能硬件控件主要包括电力控制器、通信模块和采集模块；其中，
所述电力控制器，以Arduido UNO控制器为基础，通过通信模块接收管理终端的控制信号对家庭用电器做出行为控制；
所述通信模块，以Arduido的WIfi模块为基础，利用无线通信与管理终端的Qt 程序进行数据和控制信号的交互；
所述采集模块，以传感器和监控器为基础，通过对各个用电器的电力、温度及其他数据的监控，采集各个用电器的电力数据；
所述智能管理终端主要包括控制系统、信息采集系统、通信系统和预测分析系统；其中，
所述控制系统有上位机总机和上位机分机组成，总机控制分机，进行分布式控制，每台分机通过通信系统与智能硬件进行控制信号交互；
所述信息采集系统，通过通信系统与硬件智能硬件的传感器和监控机进行数据交互；
所述通信系统，利用Qt程序编程和串口通信与智能硬件控件的Wifi模块进行通信；
所述预测分析系统，优选的，为了处理海量的电力数据，本发明采用分布式部署和并行计算，采用上位机总机和上位机分机的形式，利用Hadoop分布式部署和它的MapReduce函数进行分布式并行计算；
优选的，为了处理复杂的数据分析，在上位机分机上部署高性能计算软件，调用其函数进行数据处理。
本发明采用如下技术方案：建立一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，该系统的建立包括包括智能硬件控件和智能管理终端。
附图说明
图1：本发明一种基于物联网和QT图形界面的智能家居电力管理系统的流程图。
图2：本发明一种基于物联网和QT图形界面的智能家居电力管理系统的系统框图。
具体实施方式
本发明包括以下步骤：
步骤1：搭建智能硬件控件；
本系统的建立包括智能硬件控件和智能管理终端。所述智能硬件控件主要包括电力控制器、通信模块和采集模块。采集模块主要由传感器和监控器组成，实时采集受监控模块的电力及其他数据；采集模块外部连接通信模块，所述通信模块主要由Wifi 收发芯片组成，实现智能管理终端和智能硬件控件之间的数据传输和控制信号的收发；通信模块还连接了电力控制器，所述电力控制器主要由Arduido UNO控制器组成，对各种用电器做出行为控制
(1)智能硬件主要以Arduido物联网套件为基础，所述电力控制器采用的是Arduido UNO控制器，所述Arduido UNO控制器以ATMEGA382微型高速处理控制器为核心以及其他各种主控芯片组成电路板。
(2)所述通信模块是基于Arduido套件的集成的Wifi芯片模块组成，Wifi模块的核心芯片是HDG104，在windows下用TCP/IP Socket编程，建立链接，绑定端口，收发数据，通过与智能管理终端的通信系统建立网络协议，利用socket进行串口通信。
(3)所述采集模利用传感器和监控器实时采集受监控模块的数据，包括电压传感器，电流传感器，温度传感器和定时器，所述电压传感器并联在电路两端，电流传感器串联电路中，各个传感器的输出模拟电信号通过模数转换器转为数字信号，在传送到通信模块，发送给智能管理终端。
步骤2：搭建智能管理终端
本系统所述智能管理终端主要是基于Qt的PC客户端，主要包括控制系统、信息采集系统、通信系统和预测分析系统；所述通信系统通过串口通信和智能硬件控件的 Wifi模块进行数据交互；所述信息采集系统接收传感器和监控器发送给客户端程序的数据，然后将数据存储进数据库；所述控制系统主要由上位机总机和上位机分机组成，每台分机通过通信系统与硬件进行控制信号的收发；所述预测分析系统用于处理处理数据，采用了Hadoop并行计算，利用上位机总机和上位机分机进行分布式部署，在各个分机上运行高性能的计算软件，进行数据处理和预测，分析的数据结果在UI界面上实现可视化。
(1)所述控制系统是基于PC机作为服务器的。在PC机上建立数据库存储硬件控件采集的数据和数据分析结果，通过PC机连入无线局域网络，与硬件端的通信模块进行数据交互。所述数据库采用关系型数据库和非关系型数据库结合的方式来存储数据。因为电力数据量是非常庞大的，且很多数据具有非结构化的特性，所以采用上位机总机和上位机分机相结合的方式来部署分布式控制和处理，提高数据的处理和用电器的控制效率。
(2)所述信息采集系统是通过通信系统接收来自智能硬件控件传感器和监控器发送的数据，分为以下步骤：
S1、：通过查找串口，利用QserialPort类读取串口发送的所有数据
S2、将接收到的数据存入数据库，作为以后预测分析的原始数据
(3)所述通信系统，主要通过QserialPort类设置串口的各个参数，然后打开串口，与智能硬件控件的Wifi模块进行数据传输和控制信号的收发：
if(ui->openButton->text()＝＝tr("打开串口"))
(4)所述预测分析系统，是基于上位机分机和上位机总机方式的数据分析系统，在每台上位机上配置Hadoop和所述的高性能计算软件，利用分布式存储和并行计算，高效的处理海量的电力数据。
以上实施方案仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (12)

1.一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：包括智能硬件控件和智能管理终端，所述智能硬件控件连接各个用电器和家庭交流电网，通过连接电源和用电器进行供电操作和采集用电负荷，通过无线通信模块和智能管理终端进行数据交互；智能管理终端运行在各个局域网络的PC端服务器上，用于局域网络内和各个用电器进行数据传输；
(1)所述智能硬件控件主要包括电力控制器、通信模块和采集模块。采集模块主要由传感器和监控器组成，实时采集受监控模块的电力及其他数据；采集模块外部连接通信模块，所述通信模块主要由Wifi收发芯片组成，实现智能管理终端和智能硬件控件之间的数据传输和控制信号的收发；通信模块还连接了电力控制器，所述电力控制器主要由Arduido UNO控制器组成，对各种用电器做出行为控制；
(2)所述智能管理终端主要是基于Qt的PC客户端，主要包括控制系统、信息采集系统、通信系统和预测分析系统；所述通信系统通过串口通信和智能硬件控件的Wifi模块进行数据交互；所述信息采集系统接收传感器和监控器发送给客户端程序的数据，然后将数据存储进数据库；所述控制系统主要由上位机总机和上位机分机组成，每台分机通过通信系统与硬件进行控制信号的收发；所述预测分析系统用于处理处理数据，采用了Hadoop并行计算，利用上位机总机和上位机分机进行分布式部署，在各个分机上运行高性能的计算软件，进行数据处理和预测，分析的数据结果在UI界面上实现可视化。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：所述电力采集模块包括电压传感器，电流传感器，温度传感器和定时器。所述电压传感器并联到用电器电路两端，电流传感器和用电器的电路串联，温度传感器镶嵌在用电器外部记录用电器所处环境的温度且通过信号转换器将输出的模拟电信号转换成数字信号，所述信号转换器和定时器的输出连接至无线通信模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：所述通信模块由Arduido集成的Wifi芯片模块组成。
4.根据权利要求2所述Wifi芯片模块连接传感器和监控器，实现智能管理终端和硬件控件之间的数据传输。
5.根据权利要求1所述Wifi芯片模块连接电力控制器，通过接收管理终端发送的控制信号，将接收的信号发送给电力控制器。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：所述电力控制模块由Arduido集成的Arduido UNO控制器组成，实现各种用电器的行为控制。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：所述控制系统采用上位机总机和上位机分机的配置形式，进行分布式控制。
8.根据权利要求7所述的上位机分机即为单个PC机，每台分机通过通信系统与硬件Wifi模块进行数据和信号交互。
9.根据权利要求1所述的一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：所述信息采集系统通过通信系统接收传感器和监控器发送给客户端程序的数据，然后将数据存储进数据库。
10.根据权利要求1所述的一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：所述通信系统主要通过Qt串口通信编程实现与智能硬件控件的WIfi模块进行数据交互。
11.根据权利要求1所述的一种基于物联网和QT图形界面的智能家居智慧能源管理系统，其特征在于：所述预测分析系统采用并行计算，利用上位机总机和上位机分机进行分布式部署，在每台分机上部署高性能计算软件，实现复杂的数据运算。
12.根据权利要求11所述的并行计算和分布式部署采用Hadoop并行计算和分布式部署，利用Hadoop的MapReduce实现并行的高性能运行，在每台分机上部署Hadoop实现分布式部署。
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