【摘要】：近年來能源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化和經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇乏力等問題凸顯,節(jié)能降耗成為生態(tài)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然要求；家庭電能管理系統(tǒng)提供家電用電信息可視化和家電遠(yuǎn)程控制功能,不僅能促使用戶養(yǎng)成良好的家電使用習(xí)慣節(jié)約用電,還能為用戶監(jiān)控家電用電信息提供有效手段保障用電安全。目前我國電網(wǎng)智能化水平不高,智能家電研發(fā)成本較高,智能家電網(wǎng)絡(luò)化控制標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,導(dǎo)致家庭電能管理系統(tǒng)發(fā)展情況并不理想。為了解決這些問題,本文提出了一種基于嵌入式技術(shù)的家庭電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)包括智能插座、電能網(wǎng)關(guān)和上位機(jī)三部分,智能插座實(shí)現(xiàn)家電用電信息采集和數(shù)據(jù)通信功能；電能網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)家電信息存儲(chǔ)、集中管理家電Web服務(wù)和嵌入式互聯(lián)網(wǎng)通信功能；用戶可使用上位機(jī)瀏覽器軟件登錄電能網(wǎng)關(guān)Web管理網(wǎng)站,遠(yuǎn)程查看和管理家電用電。家電借助智能插座節(jié)點(diǎn)加入家庭電能管理系統(tǒng),智能插座與電能網(wǎng)關(guān)通過家庭電力線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)通信,上位機(jī)與家庭電能網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。首先,運(yùn)用電能計(jì)量技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)智能插座節(jié)點(diǎn)。硬件設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2芯片為控制核心,包括ADE7755計(jì)量芯片相關(guān)電路、電源電路、采樣電路和繼電器控制電路設(shè)計(jì)等工作；軟件設(shè)計(jì)包括主程序、電能計(jì)量、時(shí)鐘計(jì)量、通信處理、掉電保護(hù)程序設(shè)計(jì)和功能寄存器及指令定義等工作。其次,運(yùn)用嵌入式Web技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)和PLC技術(shù)設(shè)計(jì)家庭電能網(wǎng)關(guān)。硬件設(shè)計(jì)以開發(fā)板GEC2440為核心,包括電源、存儲(chǔ)器、PLC模塊和以太網(wǎng)接口等模塊電路設(shè)計(jì)工作；軟件包括嵌入式arm-linux-gcc開發(fā)環(huán)境搭建、boaWeb服務(wù)器設(shè)計(jì)、SQLite3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和家庭電能管理系統(tǒng)網(wǎng)站設(shè)計(jì)等工作。最后,搭建測(cè)試平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)性能。測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于3秒,功率測(cè)量平均誤差不大于1W；智能插座可精確計(jì)量家電用電信息,準(zhǔn)確響應(yīng)用戶管理指令；管理網(wǎng)站界面簡(jiǎn)潔、操作方便、功能齊全,可詳細(xì)展示家電用電信息、分類統(tǒng)計(jì)家電電能消耗和遠(yuǎn)程控制家電工作狀態(tài)；本系統(tǒng)使用智能插座既降低了家電智能化成本,又解決了家電控制標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題,具有很強(qiáng)的兼容性；使用PLC和互聯(lián)網(wǎng)通信替代智能電網(wǎng)通信,可避免我國電網(wǎng)智能化水平不高的限制,廣泛應(yīng)用于我國家庭電能管理領(lǐng)域。
[Abstract]:In recent years, the problems of energy shortage, deterioration of ecological environment and economic recovery are prominent. Energy saving and consumption reduction become the inevitable requirement of sustainable development of ecology and economy. The household electric energy management system can not only promote the users to form a good habit of using household appliances to save electricity, but also provides the functions of visualization of household appliances power information and remote control of household appliances. It can also provide effective means for users to monitor electrical information of household appliances to ensure the safety of electricity use. At present, the level of power grid intelligence in China is not high, the research and development cost of intelligent household appliances is high, and the networked control standard of intelligent household appliances is not unified, resulting in the development of household power management system is not ideal. In order to solve these problems, this paper proposes a design scheme of household power management system based on embedded technology. The system consists of three parts: intelligent socket, power gateway and upper computer. The intelligent socket realizes the functions of household electrical information collection and data communication, and the power gateway realizes household appliances information storage, centralized management of home appliances Web service and embedded Internet communication function. Users can use PC browser software to log on to the power gateway Web management website, remote view and management of household appliances. Home appliances use intelligent socket node to join home power management system, intelligent socket and power gateway communicate through home power line network, and upper computer and home power gateway communicate remotely through Internet. Firstly, the intelligent socket node is designed by using power metering technology and single chip computer control technology. The hardware design uses STC12C5A60S2 chip as the control core, including ADE7755 metering chip related circuit, power supply circuit, sampling circuit and relay control circuit design, software design includes main program, electric energy metering, clock metering, communication processing, etc. Power-off protection program design and function register and instruction definition and so on. Secondly, the home power gateway is designed with embedded Web technology, embedded database technology and PLC technology. The core of hardware design is GEC2440, which includes power supply, memory, PLC module and Ethernet interface. The software includes the construction of embedded arm-linux-gcc development environment, the design of boaWeb server, the design of SQLite3 database and the design of home power management system website. Finally, the test platform is built to test the performance of the system. The test results show that the response time of the system is less than 3 seconds, the average error of power measurement is not more than 1W, the intelligent socket can accurately measure the electrical information of household appliances and respond accurately to the user management instruction, the interface of the management website is simple, the operation is convenient, and the functions are complete. This system not only reduces the intelligent cost of household appliances, but also solves the problem that the control standard of household appliances is not uniform, and the intelligent socket can not only reduce the intelligent cost of household appliances, but also solve the problem that the control standards of household appliances are not uniform. Using PLC and Internet to replace smart grid communication can avoid the limitation of low intelligence level of power grid in our country, and it is widely used in the field of household power management in China.
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM73

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本文編號(hào)：2272426