基于Spring Boot的空調(diào)能耗智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

何結(jié)龍　周仄　李克凡　朱洪軍

摘要：空調(diào)能耗智能控制系統(tǒng)是一種對(duì)公共區(qū)域空調(diào)使用采取智能控制管理的軟件系統(tǒng)，包含硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分。將解決生活中人不在時(shí)未關(guān)閉空調(diào)，不能有效地控制空調(diào)溫度等能耗的浪費(fèi)，公共區(qū)域空調(diào)不方便控制。該系統(tǒng)基于Java Web、Java Bean、Spring Boot、MyBatis技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制設(shè)備、監(jiān)測(cè)設(shè)備、管理設(shè)備、管理策略等功能，有效地解決了一些人離開空調(diào)忘記關(guān)閉，室內(nèi)溫度過低或過高等造成能耗浪費(fèi)，公共區(qū)域空調(diào)集體控制等難題。

關(guān)鍵詞：空調(diào)能耗;智能控制;節(jié)能減排;Spring Boot

中圖分類號(hào)：TP311.52? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）03-0109-04

Abstract： Air conditioning energy consumption intelligent control system is a kind of software system which adopts intelligent control and management for air conditioning in public areas， including hardware system and software system. It will solve the problem that the air conditioner is not turned off when people are away， which can not effectively control the waste of energy consumption such as air conditioning temperature， and the air conditioning in public areas is not convenient to control. Based on Java Web， Java Bean， Spring Boot and MyBatis technology， the system realizes the functions of control equipment， monitoring equipment， management equipment and management strategy， and effectively solves problems such as some people forget to turn off the air conditioner when they leave， the indoor temperature is too low or too high， resulting in a waste of energy consumption， and the collective control of air conditioning in public areas.

Key words： air conditioning energy consumption; intelligent control; energy saving and emission reduction; Spring Boot

1 背景

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式，節(jié)能減排一直是社會(huì)的重要部分。結(jié)合公共區(qū)域的空調(diào)的使用在日益增多，不能有效地降低能耗等諸多問題。建筑能耗在總能耗中所占的比例越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代樓宇建筑中，中央空調(diào)能耗約占整個(gè)建筑物能耗的50%，而在商業(yè)建筑中則高達(dá)60%。中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是按照最大熱負(fù)載設(shè)計(jì)的.但實(shí)際的熱負(fù)載在大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)載低。將不合理地使用空調(diào)而消耗的能量視為浪費(fèi)，其中包括：無人時(shí)開機(jī)，溫度設(shè)定過低，公共區(qū)域等情況。為了實(shí)現(xiàn)降低空調(diào)能耗，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)系統(tǒng)的分析，李靖等提出了控制系統(tǒng)架構(gòu)，每隔5分分鐘控制系統(tǒng)根據(jù)紅外感知數(shù)據(jù)以及溫度情況，對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)行控制[1]。李龍?zhí)岢隽私⒘死鋮s水系統(tǒng)制冷機(jī)、水泵及冷卻塔數(shù)學(xué)模型來降低制冷系統(tǒng)能耗[2]。

本文采用了微服務(wù)框架Spring Boot來進(jìn)行本系統(tǒng)的搭建;同時(shí)系統(tǒng)使用Vue來實(shí)現(xiàn)前端頁(yè)面，對(duì)空調(diào)進(jìn)行一個(gè)智能控制和管理。

2 需求分析

2.1 普通用戶用例

普通用戶如圖1所示，從登錄界面進(jìn)入，可以選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備、控制設(shè)備、管理預(yù)設(shè)策略、查看報(bào)警信息等功能，若是控制設(shè)備，可以選擇控制單個(gè)設(shè)備，或者控制多個(gè)設(shè)備。管理預(yù)設(shè)策略，可以進(jìn)行修改、刪除和添加策略，對(duì)時(shí)間及溫度參數(shù)進(jìn)行添加修改刪除。

2.2 管理員用例

超級(jí)管理員具有系統(tǒng)所有功能權(quán)限，有與普通用戶共享的功能模塊，如圖2所示，管理員用戶可登錄后獨(dú)有的功能模塊有管理用戶、管理設(shè)備、管理分組和導(dǎo)入控制項(xiàng)，點(diǎn)擊管理用戶可以對(duì)用戶進(jìn)行刪除、添加和修改。點(diǎn)擊管理設(shè)備，會(huì)顯示設(shè)備類型管理、設(shè)備品牌管理、類型管理里對(duì)設(shè)備進(jìn)行添加、修改和刪除，品牌管理里可以進(jìn)行對(duì)品牌添加和刪除，管理分組里有添加和刪除分組，添加分組可以選擇批量和單個(gè)添加。點(diǎn)擊導(dǎo)入控制項(xiàng)后，彈出加載了品牌型號(hào)信息的窗口，選擇完成后點(diǎn)擊確定即可上傳文件。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Spring Boot框架

系統(tǒng)后臺(tái)采用了Spring Boot和Spring Framework框架實(shí)現(xiàn)了控制器和業(yè)務(wù)處理，Spring Boot框架是基于Spring4.0設(shè)計(jì)一個(gè)輕量級(jí)的框架，去掉了Spring框架的XML配置文件，在配置上簡(jiǎn)化了項(xiàng)目的搭建和開發(fā)[3]。Spring Boot功能可以更好獨(dú)立運(yùn)行的Spring項(xiàng)目，將程序打包成jar包;使用Spring提供POM文件使Maven配置大簡(jiǎn)化;可以自動(dòng)配置Spring框架，根據(jù)項(xiàng)目極大減少所需配置[4]，該框架使用了特定的方式來進(jìn)行配置，從而使開發(fā)人員不再需要定義樣板化的配置，減少人工的管理[5]。

3.2 前端 Vue 框架

前端采用了基于MVVM設(shè)計(jì)模式的Vue.js框架，是用于構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式Web框架，它有完備的生態(tài)系統(tǒng)，MVVM模型在前后端分離的模式下大有作用，Vue.js在使用上比較靈活和輕量，在模板中提供的指令和過濾器等功能[6]，它能夠?qū)崿F(xiàn)視圖與數(shù)據(jù)的雙向綁定，使用 Axios 插件封裝的 Ajax 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[7]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化，使得開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂跀?shù)據(jù)的設(shè)計(jì)處理上來[8]。

3.3 MyBatis框架

MyBatis是集成SQL查詢、存儲(chǔ)過程調(diào)用和高級(jí)映射的持久層框架[9]，MyBatis更為靈活，不會(huì)影響應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)有設(shè)計(jì)，方便管理和優(yōu)化[10]。可以動(dòng)態(tài)生成映射關(guān)系，擁有動(dòng)態(tài)列、動(dòng)態(tài)表名、支持存儲(chǔ)過程，同時(shí)提供了簡(jiǎn)易的緩存、日志、級(jí)聯(lián)。使用MyBatis需要提供基礎(chǔ)配置文件、映射文件、mapping接口類以及相映射的POJO類。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)如圖3所示實(shí)現(xiàn)了設(shè)備管理、用戶信息管理、智能控制管理系統(tǒng)、設(shè)備管理、歷史數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理。在圖4中，系統(tǒng)視圖層采用Vue.js框架和H5實(shí)現(xiàn)前端用戶接口的圖形化頁(yè)面;節(jié)能減排系統(tǒng)后臺(tái)采用Spring Boot和Spring Framework框架實(shí)現(xiàn)控制器和業(yè)務(wù)處理;控制器層主要負(fù)責(zé)前端請(qǐng)求的分發(fā)與響應(yīng);服務(wù)層的JavaBean實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理，并依賴于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理;業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層采用MyBatis框架向服務(wù)層提供數(shù)據(jù)訪問接口，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL。系統(tǒng)總體框架如圖4。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)表及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

以device表為中心，可分為3個(gè)模塊：

1）第一個(gè)模塊—位置模塊，通過 校區(qū)、樓棟、房間，確定一個(gè)設(shè)備所在地。由school_zone、building、room三個(gè)表組成。

2）第二個(gè)模塊—設(shè)備屬性及其指令相關(guān)模塊。圍繞指令可分為3個(gè)子模塊。設(shè)備類型（device_type表）、設(shè)備型號(hào)（device_model表）都是設(shè)備的屬性，并由其確定指令模板（instruct_template表）;應(yīng)用策略（strategy表）同樣是設(shè)備的屬性，其與指令（instruct表）是多對(duì)多的關(guān)系，所以還需要一個(gè)關(guān)聯(lián)表（strategy_instruct表）;

3）其他模塊。只有兩個(gè)表，采集日志表（collect_log表）和消息表（message表）。這兩個(gè)表均只和設(shè)備表（device）有關(guān)聯(lián)，和其他模塊沒有耦合，較為獨(dú)立。

表名稱及關(guān)聯(lián)見表1。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5.1 首頁(yè)

管理員首頁(yè)，管理員進(jìn)入系統(tǒng)后，通過該視圖查看所管理設(shè)備信息、包含設(shè)備基本信息、報(bào)警信息通知。管理員可以根據(jù)需求對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制，包含控制項(xiàng)改變和自控狀態(tài)改變。該視圖提供給管理員添加設(shè)備（單個(gè)添加，批量添加）、修改設(shè)備、刪除設(shè)備入口。視圖如圖5。

5.2 用戶管理

管理員用戶管理視圖，管理員選擇用戶管理后，通過該視圖可以添加新用戶，查看、修改、刪除已有用戶信息。視圖如圖6。

5.3 設(shè)備管理

設(shè)備管理視圖，管理員選擇設(shè)備管理后，通過該視圖可以添加新設(shè)備，查看、修改、刪除已有設(shè)備信息。視圖如圖7。

5.4 歷史數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理視圖，即可查看歷史狀態(tài)、歷史指令、自控狀態(tài)，定時(shí)信息等歷史信息。視圖如圖8。

5.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理視圖，管理員選擇系統(tǒng)管理后，可以通過該視圖選擇策略管理，對(duì)空調(diào)、燈光和風(fēng)扇的策略添加、刪除和修改，也可以選擇部門管理、控制項(xiàng)設(shè)置和全局配置。視圖如圖9。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前節(jié)能減排，減少能耗的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的基于主流框架（Spring boot）的空調(diào)能耗智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分考慮到空調(diào)能耗的浪費(fèi)、公共區(qū)域空調(diào)不利于管理，實(shí)現(xiàn)了在空調(diào)溫度的智能調(diào)控、無人時(shí)自動(dòng)關(guān)閉和對(duì)空調(diào)的智能控制管理。有效地減少了空調(diào)能耗的浪費(fèi)和對(duì)公共區(qū)域空調(diào)的管理和控制。該系也存在一些問題，如在人暫時(shí)離開時(shí)，空調(diào)的自動(dòng)關(guān)閉，人回來時(shí)又要開空調(diào)，造成了麻煩，還有一些功能還未完成，有待后續(xù)改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李靖，杜曉通，溫智運(yùn).公共區(qū)域空調(diào)能量浪費(fèi)狀況分析[J].智能建筑，2009（2）：8-10.

[2] 李龍.空調(diào)冷卻水系統(tǒng)變頻節(jié)能分析[J].學(xué)術(shù)探討，2015，50（8）：65.

[3] 耿慶陽(yáng).基于Spring Boot與Vue的電子商城設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安石油大學(xué)，2020.

[4] 薛云蘭，鄭海鋒，黃嘉浩.基于Spring Boot框架的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)[J].軟件導(dǎo)刊，2020，19（9）：146-151.

[5] 俞天均.Spring Boot在學(xué)生成果在線數(shù)字化展示平臺(tái)的中的應(yīng)用[J].數(shù)碼設(shè)計(jì)（下）， 2020， 9（2）：238-239.

[6] 傅敏，卓妍彬，呂培，等.基于Vue.js框架的頻譜管理系統(tǒng)的前端設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].信息技術(shù)與信息化，2020（8）：33-38.

[7] 何軍，陳倩怡.Vue+Springboot+Mybatis開發(fā)消費(fèi)管理系統(tǒng)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2019（2）：87-88，102.

[8] 張志鵬，黃素娟，蔣龍玉，等.基于Vue.js的車險(xiǎn)報(bào)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型電腦應(yīng)用，2020，36（4）：70-74.

[9] 榮艷冬.關(guān)于Mybatis持久層框架的應(yīng)用研究[J].信息安全與技術(shù)，2015，6（12）：86-88.

[9] 李迎正，孫巖，宋保，等.基于SpringMVC及MyBatis的地圖定位實(shí)現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2019（4）：144-145，160.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】