智能節(jié)能控制系統(tǒng)管理軟件功能的設(shè)計(jì)

鄒 磊 陳偉利 王亞娟 葉冠龍

（吉林建筑大學(xué) 電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

1 概述

近幾年來，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境和能源這兩大問題成為了制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展的主要問題。綠水青山就是金山銀山，節(jié)能減排、綠色發(fā)展是國(guó)家的要求，也是社會(huì)的愿景。要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高能源的利用率至關(guān)重要。電能在未來很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍是社會(huì)所需的主要能源之一，而且隨著社會(huì)的不斷的發(fā)展，人們對(duì)電的需求也是越來越大。

目前我們國(guó)家的電能主要還是依靠污染較大的火力發(fā)電，因此在電力的生產(chǎn)途中給我們的環(huán)境造成了巨大污染。另外，在用電側(cè)也存在著較為嚴(yán)重的電能浪費(fèi)問題[1]。為了滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)未來的發(fā)展需求，支持全民低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，減少電能的不必要浪費(fèi)。智能節(jié)能控制系統(tǒng)是短期內(nèi)比較適合發(fā)展需求的解決方法。智能節(jié)能系統(tǒng)并沒有選擇利用PLC作為主要控制模塊，而是利用了無線傳輸?shù)男问?，利用ESP8266 WiFi模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制，在兼顧了PLC所據(jù)有的穩(wěn)定性的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)便、高效的電氣設(shè)備的控制。為了更好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備的管理和控制，一套好的管理方案和管理軟件也是十分重要的。因此，本文在研究智能節(jié)能控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了一套功能較為完整的智能節(jié)能控制系統(tǒng)管理軟件的上位機(jī)軟件。

2 智能節(jié)能系統(tǒng)的管理方案

本智能照明節(jié)能系統(tǒng)充分利用了ESP8266 Wi-Fi模塊的基本特性，用無線控制無線的模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)的全部照明設(shè)備的無線控制，極大地減少了室內(nèi)墻體的布線和開關(guān)的數(shù)量。同時(shí)利用紅外的檢測(cè)功能，能夠有效且靈敏的判斷室內(nèi)人員情況。結(jié)合當(dāng)下實(shí)際情況，紅外還可以增加測(cè)溫功能，對(duì)進(jìn)入房間的每一個(gè)人進(jìn)行測(cè)溫。另外，ESP8266Wi-Fi模塊具有極高的可拓展性，可以增加本系統(tǒng)的多樣性和靈活性。智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)是利用ESP8266Wi-Fi模塊來對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)利用ESP8266可以作為AP獨(dú)立使用的特性，實(shí)現(xiàn)一個(gè)模塊控制其他眾多模塊的功能，在利用TCP/IP轉(zhuǎn)換器對(duì)每一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的控制和監(jiān)控。同時(shí)ESP8266Wi-Fi模塊具有很高的拓展性，可以根據(jù)不同的場(chǎng)所外界不同的需求外部拓展連接不同的模塊來使用更多、更復(fù)雜的場(chǎng)景。智能節(jié)能控制管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。因此，為了更好的對(duì)智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，智能節(jié)能管理控制軟件就應(yīng)該滿足：

圖1

2.1 能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制，在上位機(jī)軟件上能夠一鍵控制所有照明設(shè)備的或者其他電氣設(shè)備的工作狀態(tài)。同時(shí)，也可以根據(jù)預(yù)設(shè)情景，自適應(yīng)的對(duì)照明設(shè)備和其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。單個(gè)場(chǎng)景的自我調(diào)節(jié)、多個(gè)場(chǎng)景之間的相互聯(lián)動(dòng)都能在上位機(jī)軟件上進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制和設(shè)定。

2.2 本套智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)采用ESP8266作為控制模塊，此模塊具有非常良好的拓展性。當(dāng)系統(tǒng)中需要接入新設(shè)備或是需要改變操作場(chǎng)景時(shí)，只需要簡(jiǎn)單地改變ESP8266Wi-Fi模塊的AT指令就可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)新設(shè)備的拓展和場(chǎng)景的改變。同時(shí)根據(jù)ESP8266Wi-Fi模塊可以作為單AP工作的特性，所以本系統(tǒng)可以有較好的聯(lián)動(dòng)性。在軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮到場(chǎng)景的變化，新設(shè)備的接入等。

2.3 系統(tǒng)中還利用紅外傳感器來判斷某個(gè)區(qū)域是否有人，是否需要照明，是否需要為設(shè)備供電。但這其實(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，考慮到有時(shí)候需要加班，所以可以向系統(tǒng)提出：“請(qǐng)假”。系統(tǒng)中預(yù)留的WiFi節(jié)點(diǎn)，當(dāng)員工的移動(dòng)設(shè)備接入后可以向系統(tǒng)提出加班申請(qǐng)，經(jīng)過管理員或一定時(shí)間后系統(tǒng)自動(dòng)同意，則保留申請(qǐng)區(qū)域的供電。當(dāng)然在該區(qū)域內(nèi)的供電依舊是符合正常系統(tǒng)的供電模式。系統(tǒng)上位機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)該具有更多的靈活性和可操作性，以方便管理人員操作，減少售后服務(wù)。

3 上位機(jī)軟件界面的設(shè)置

根據(jù)上述系統(tǒng)的基本要求，在結(jié)合本地某辦公樓智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)的要求，對(duì)上位軟件的大致界面設(shè)計(jì)，如圖2。上位機(jī)管理界面建立了一套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，里面包括了管理員數(shù)據(jù)、員工數(shù)據(jù)、所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)。為了方便管理，所有在網(wǎng)的設(shè)備在第一次接入到系統(tǒng)中之后，會(huì)隨機(jī)生成一個(gè)固定的身份識(shí)別碼，此識(shí)別碼管理員沒有刪除設(shè)備的情況下，將一直跟隨該固定設(shè)備。添加和刪除設(shè)備都需要管理員輸入密碼才能進(jìn)行操作。在系統(tǒng)的主角界上會(huì)實(shí)時(shí)的顯示在網(wǎng)運(yùn)行的設(shè)備，也會(huì)提醒警告運(yùn)行異常的設(shè)備。管理員可以對(duì)每一個(gè)設(shè)備手動(dòng)下線，也可以一鍵下線所有設(shè)備，反之亦然。在所有的設(shè)備和員工數(shù)據(jù)錄入后就可以進(jìn)行場(chǎng)景的編輯和創(chuàng)建了，根據(jù)不同的場(chǎng)所對(duì)不同照明設(shè)備的需求不同，可以靈活自定義照明和供電的需求。其中，在本建筑實(shí)例中，照明設(shè)備在除了特殊場(chǎng)所，如會(huì)議室、演播室等地方外，都是根據(jù)紅外傳感器和照度傳感器來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的。而在會(huì)議室和演播室只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的情景聯(lián)動(dòng)。當(dāng)部分員工需要加班的時(shí)候，用手機(jī)連接到系統(tǒng)，并向系統(tǒng)提交加班申請(qǐng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)加班申請(qǐng)延長(zhǎng)供電的時(shí)間。同時(shí)，管理員可以查看加班申請(qǐng)，也可以根據(jù)實(shí)際的設(shè)備工作時(shí)長(zhǎng)來進(jìn)行估算員工的加班時(shí)長(zhǎng)。系統(tǒng)設(shè)備的記錄、加班申請(qǐng)的記錄以及系統(tǒng)日志默認(rèn)只保存一個(gè)月，刪除前會(huì)提醒管理員進(jìn)行導(dǎo)出。當(dāng)然管理員可以修改刪除時(shí)間，也可以手動(dòng)刪除每一條信息。

圖2

4 上位機(jī)模塊的功能

4.1 系統(tǒng)管理模塊

智能節(jié)能控制系統(tǒng)的上位機(jī)管理軟件，可以保證整個(gè)智能節(jié)能控制系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)管理員輸入了正確的賬號(hào)、密碼和驗(yàn)證碼之后才能進(jìn)入管理軟件進(jìn)行操作和管理。當(dāng)系統(tǒng)中存在多個(gè)管理員之后，可以調(diào)整管理員的權(quán)限。

4.2 工作模式（場(chǎng)景）設(shè)置模塊

智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)的照明模式包括了多種工作場(chǎng)景，同時(shí)還支持自定義工作場(chǎng)景。例如：系統(tǒng)可以預(yù)設(shè)上班時(shí)間，根據(jù)不同的工作日期，工作時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整系統(tǒng)中不同區(qū)域的運(yùn)行模式，又比如系統(tǒng)可以利用照度傳感器，系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境的照度值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中照明設(shè)備的照度值，特殊區(qū)域的照度只與預(yù)設(shè)有關(guān)，和環(huán)境照度無關(guān)。

4.3 數(shù)據(jù)查看模塊

數(shù)據(jù)查看模塊主要是用來查看系統(tǒng)的運(yùn)行日志、實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)是通過分析某個(gè)設(shè)備的下線時(shí)間、登錄時(shí)間、場(chǎng)景修改的數(shù)據(jù)等整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中所產(chǎn)生的每一條歷史的數(shù)據(jù)。

5 手機(jī)小程序（APP）界面

為了方便系統(tǒng)的管理，簡(jiǎn)化操作，智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)中預(yù)留了ESP8266 WiFi模塊的節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)中已經(jīng)錄入的員工可以通過手機(jī)小程序或者APP接入，在小程序或APP中輸入自己的賬號(hào)和密碼，員工系統(tǒng)中可以申請(qǐng)加班。申請(qǐng)加班的時(shí)候需要填寫加班時(shí)長(zhǎng)并確認(rèn)。在申請(qǐng)之后，15分鐘之內(nèi)系統(tǒng)或管理員完成加班審核并批準(zhǔn)。此時(shí)，員工所申請(qǐng)的區(qū)域上班時(shí)間就自動(dòng)延長(zhǎng)了。當(dāng)然，公司的員工也可以查看自己的加班記錄和修改個(gè)人的基本信息，在幫助界面，員工可以修改自己的賬戶密碼和反饋相關(guān)信息和遇到的問題。小程序（APP）的主界面如圖3。

圖3

結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)的需求，結(jié)合實(shí)際工程的需要，設(shè)計(jì)并研究了這套智能節(jié)能控制系統(tǒng)上位機(jī)管理軟件，可以方便管理者直接的、集中的管理智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)中的所有在網(wǎng)設(shè)備，同時(shí)，也員工也可在管理平臺(tái)上申請(qǐng)加班，可以直觀的查看自己的工作時(shí)長(zhǎng)。智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)不僅可以按照既定的場(chǎng)景運(yùn)行，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)照明設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。同時(shí)，本套管理系統(tǒng)也具有很好的拓展性，方便管理性接入的設(shè)備和新加入的員工，另外系統(tǒng)中的員工端還可以升級(jí)拓展考勤等功能。本系統(tǒng)是依據(jù)實(shí)際工程的需要而開發(fā)，目前的運(yùn)行良好。