方賡

(南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇南京210048)

基于Java的智能家居電源監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

方賡

(南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇南京210048)

在智能家居電源中，大多數(shù)應(yīng)用都有體積小、效率高的基本要求。因此，應(yīng)用于智能家居的模塊電源應(yīng)運而生。但是，由于模塊電源集成度高，所以對電源的監(jiān)控顯得尤為重要。針對這一情況而開發(fā)了基于JAVA語言的智能家居電源監(jiān)控系統(tǒng)。

智能家居；模塊電源；Java

隨著生活水平的提高，智能家居逐漸走進了人們的視野。智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制、計算機等技術(shù)形成的高效家庭設(shè)備與生活管理系統(tǒng)，是提升家居安全性、舒適性、便利性，同時保證環(huán)保節(jié)能的重要方式。

智能家居是一個完整的體系，由多個子系統(tǒng)組成，圖1為廣州冠圖電子科技有限公司所給出的智能家居系統(tǒng)圖。從圖中可知，該系統(tǒng)包括了綜合控制系統(tǒng)、安防報警系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)等。在這個智能家居系統(tǒng)中，我們可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)都是依賴于電力電子的產(chǎn)品來進行工作的，而這些電子產(chǎn)品無一例外都要用到電源系統(tǒng)。

在住宅中，供電是必不可少的一部分，家庭用電主要依靠電網(wǎng)供電，一次布線，終身受用，但是也存在著不夠靈活，不易改動的弊端。因此，一種體積更小、布置靈活、效能更高的電源系統(tǒng)成為智能家居不可缺少的一部分，這種電源，就是模塊電源。

圖1 智能家居系統(tǒng)圖

1 智能家居電源系統(tǒng)分析

模塊電源是體積小、功能較完善的可以直接安裝在印刷電路板上，為電路板上的數(shù)字電路或模擬電路進行供電的電源系統(tǒng)[1]。這種電源系統(tǒng)大多以開關(guān)電源為基本構(gòu)成形式，隨著應(yīng)用的不斷深入，其工作的可靠性、可用性、便捷性得到了很大的改善。目前，其被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)中。

模塊電源是一個涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域的電源系統(tǒng)，其中最重要的技術(shù)是高頻功率變換、脈沖調(diào)制、功率因數(shù)校正、整流均流控制等，而衡量一個模塊電源的技術(shù)指標(biāo)有最大輸出功率、輸出電壓精度、源電壓效應(yīng)、負載效應(yīng)、溫度系數(shù)、輸出紋波與噪聲、輸入反射紋波電流、輸入共模噪聲電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍、保護特性及工作效率等。

對于智能家居而言，模塊電源主要是應(yīng)用在智能家居的數(shù)據(jù)采集及執(zhí)行單元中。如圖1中的綜合控制系統(tǒng)。這些模塊電源的功率一般在3～10 W，供電電壓在3～15 V，具體的要求是可靠、高效。同時，由于該電源是應(yīng)用在家居環(huán)境中，所以最好設(shè)計成多路輸出，以減少電源的個數(shù)。

綜合以上的特點可知，智能家居中的模塊電源最好是利用開關(guān)電源來設(shè)計，因為開關(guān)電源與線性電源和相控電源相比，具有效率高、體積小、質(zhì)量輕等明顯的優(yōu)點。

開關(guān)電源的工作原理比較簡單，首先利用整流電路把交流變成直流，再利用開關(guān)管把直流電變成高頻的直流電，通過開關(guān)變壓器構(gòu)建出多路輸出，一些輸出經(jīng)過整流濾波直接輸出直流，而另一些利用變壓器的次級感應(yīng)出交流電，輸出適合的交流電。具體原理如圖2所示。

圖2 多路輸入開關(guān)模塊電源原理圖

2 電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

智能家居中的模塊化開關(guān)電源要求具有很高的工作可靠性。同時，由于模塊化電源的體積一般都較小，故工作的穩(wěn)定性和可靠性受到一定的影響。為了提高其工作效能，就需要對它的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控。

監(jiān)控系統(tǒng)作為一個獨立的運行系統(tǒng)，必須具有可以監(jiān)控整個智能家居系統(tǒng)中電源系統(tǒng)的能力。這就意味著該系統(tǒng)一方面要具有完善的電源系統(tǒng)運行參數(shù)采集、顯示及設(shè)置的功能，同時它還應(yīng)具有與外部控制中心進行數(shù)據(jù)交換，向外部控制中心發(fā)布控制命令，實現(xiàn)對電源系統(tǒng)進行運行狀態(tài)切換的功能。

電源監(jiān)控系統(tǒng)由下位機系統(tǒng)及上位機系統(tǒng)構(gòu)成，上位機系統(tǒng)就是外部控制中心，承擔(dān)著對上傳數(shù)據(jù)進行分析及下達控制命令的任務(wù)，而下位機系統(tǒng)的核心是單片機，一般的情況下由8051類的芯片就可以勝任，通信可能采用RS—485或RS—232串行口，并通過Wifi進行通信。單片機上利用I/O口連接電流、電壓、溫度等傳感器采集各路電源的運行參數(shù)，并將這些參數(shù)上傳至上位機，為上位機提供基礎(chǔ)監(jiān)測依據(jù)；上位機的主體是電源管理系統(tǒng)，主要包括電源運行狀態(tài)監(jiān)測模塊和電源多路智能選擇模塊。電源控制管理模塊是整個管理的核心，在本設(shè)計中主要利用Java語言來實現(xiàn)，主程序流程如圖3所示。

系統(tǒng)內(nèi)部使用串口進行通信。系統(tǒng)將串口信息保存在一個靜態(tài)常量中，以方便調(diào)用，而故障處理和報警功能是利用了幾個Boolean常量進行對比分析，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)有異常時，相對應(yīng)的Boolean常量則會變?yōu)閒alse，在系統(tǒng)中會自動檢測該值，如果檢測到值為false，則會進行故障的處理和報警。該實時監(jiān)測功能的主要代碼如下：

圖3 主程序流程圖

3 總結(jié)

在智能家居系統(tǒng)中，電源是其重要的組成部分，是系統(tǒng)可靠運行的保障。在本文中，針對模塊電源系統(tǒng)，設(shè)計了基于單片機的電源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了電源運行狀態(tài)監(jiān)測、控制和管理。本設(shè)計的下位機具有應(yīng)用靈活、成本經(jīng)濟、實時性強的優(yōu)點，同時還利用Java語言開發(fā)了上位機系統(tǒng)，很好地實現(xiàn)了電源管理的功能。

[1]姜志亮.寬壓高效DC/DC模塊電源設(shè)計[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)，2013：17-19.

Development of intelligent home power monitoring system based on JAVA

In intelligent household power supply,small size and high efficiency were the needs of most applications.Thus,the modular power was used in smart home.However,the modular power was highly integrated,so the power monitoring was particularly important.This design was developed intelligent home power monitoring system for this situation based on JAVA language.

smart home;power supply module;Java

TM 762

A

1002-087 X(2016)03-0727-02

2015-10-13

方賡(1975—)，男，江蘇省人，高級工程師、講師，碩士，主要研究方向為云計算及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。