基于mesh网络智能电能信息采集与控制系统的设计与实现

摘要

能源危机已经是一个全球性的问题，随着全球气候的变暖，人类生存环境的变化，世界各国更加重视对新能源的开发和利用，尤其是发达国家，电能作为人们生活憩息相关的能源，尤为受到重视，对风能、太阳能等清洁能源利用的比重在逐年加大。电网采集终端的智能化是智能电网发展的必然需求，本文在研究现有电能信息采集系统基础上，结合信息采集技术、智能控制技术等，设计一款智能电能信息采集与控制系统。
　　本文调研了智能电网的发展趋势，以及智能电网采集终端在各国的发展状况，通过系统功能需求的分析，对目前广泛采用的电能采集方法进行了优缺点对比，结合新能源的开发与利用，提出了一种基于Mesh网络的电能信息采集与控制方案。以mesh无线网络作为主干通信网络，结合无线WIFI通信，建立一个实时同步可扩展的通信网络。本文从以下几个方面从事研究与设计:嵌入式系统开发环境搭建、嵌入式系统移植、linux系统下RS485驱动编写、智能电表电能信息采、电能信息和环境信息的传输，户内网关的智能控制等，并对各个模块进行了详细的介绍。一方面，用户网关实现对智能电表的电能、电压、电流、功率等数据的采集，接收从供电公司传输过来的控制信息，如当前分时电价等;另一方面，用户网关采集当前的电能信息，分析电能质量，分配用户的电能使用方案，控制相应电器的使用时间，实现合理节约用电，提高电能的利用效率。用户发往服务器的数据通过用户网关的WIFI发往mesh网络，然后发送到服务器。服务器对汇总的用电数据进行分析，进行分时电价，绘制出电能使用情况的曲线，供电力部门统一调配，有利于电力资源的合理高效的利用，为用户提供灵活、多元化的服务。同时本系统可以用于新能源（太阳能、风能等）的开发和利用，对能源的节约和环境的保护有重要的意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作及结构

2 系统方案设计

2．1 系统需求分析

2．1．1 信息采集需求

2．1．2 信息传输需求

2．1．3 智能用电控制需求

2．2 系统结构

2．3 关键技术

2．3．1 无线Mesh网络技术

2．3．2 多层B／S Web服务开发技术

2．3．3 智能控制技术

2．4 系统设计方案选择

2．4．1 电能信息传输常用方案比较

2．4．2 控制网络方案选取

3 智能电能信息采集的设计与实现

3．1 mesh网络构建

3．1．1 mesh网络硬件平台介绍

3．1．2 组建mesh网络

3．2 室内智能网关结构设计与系统软件平台搭建

3．2．1 户内网关结构设计

3．2．2 嵌入式系统移植

3．2．3 web服务器移植

3．2．4 CGIC库移植

3．2．5 数据库移植

3．3 电能数据采集

3．3．1 智能电表和通信协议

3．3．2 电能采集驱动程序设计

3．3．3 电能数据采集程序设计

3．4 温湿度传感器数据采集

3．4．1 温湿度传感器DHT11介绍

3．4．2 温湿度传感器驱动程序编写

4 系统智能控制的设计与实现

4．1 智能控制软件结构设计

4．2 控制节点硬件设计

4．3 控制信息协议的设计和实现

4．3．1 远程实时电价传输

4．3．2 家庭电器设备控制协议

4．4 ZigBee通信模块应用程序开发

4．4．1 协调器节点软件设计

4．4．2 传感器节点软件设计

4．4．3 网关与协调器串口通信

4．5 电器设备能耗管理

4．5．1 智能控制算法介绍

4．5．2 算法优化与应用

4．6 交互式web网关设计

4．6．1 Web命令请求及响应

4．6．2 信息数据的存储

4．6．3 CGI程序的实现

5 智能电能信息采集与控制系统测试

5．1 测试环境

5．2 系统测试

6 总结与展望

6．1 系统总结

6．2 展望

参考文献

致谢