智能家庭管理系统解决方案.docx

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智能家庭管理系统解决方案

智能家庭管理系统解决方案

1. 概述

智能家庭管理系统是基于智能家庭能源管理系统发展的新一代家居生活智能化系统。

智能家庭能源管理系统的核心是能源管理，这套系统是建立在高速通信技术、智能采集技术、智能交互终端技术的基础上，解决能源供应方与用户之间的实时交互响应，与能源供应方实现信息交互与营销互动，用户侧能源应用智能化管理可以将能源供应方与用户紧密联系起来，有效解决了能源营销与末端用户的沟通和管理问题。

主要是对电表气表水表数据的监控，让用户更好的节约能源，以及部分的家庭自动化管理。

而智能家庭管理系统在智能家庭能源管理系统的基础上，提出了家庭能源管理、家庭自动化、家庭娱乐、家庭安全四位一体的全方位智能化应用。

2.智能家庭管理系统构成

智能家庭管理系统主要由数据中心、智能交互终端（IHD）、智能插座、智能电表、智能水表、智能气表、智能热表、智能家电、家庭智能安防设备、智能家居设备、物业管理服务系统等构成。

数据中心：

是智能家庭信息管理中心，可对智能电表、智能水表、智能气表、智能热表、智能交互终端等设备进行统一管理，通过对以上设备的远程采集，实现对能源数据的统一管理、统计分析、异常监控、用户互动、增值服务等各种功能，并可帮助公共事业公司平衡能源的供求。

同时，为物业服务中心提供信息发布平台，为用户提供对家庭进行远程能源管理、安全管理、家庭自动化应用、家庭娱乐应用等服务。

智能交互终端：

是本系统的核心平台，是整个系统的信息传输枢纽，承担着对家庭内部能源数据采集、数据存储、数据管理分析，对家庭各种设备自动化应用，家庭安全处理，与数据中心进行互动、接受社区服务信息等功能，同时为用户提供人机界面。

智能插座：

智能插座可以测量当前所接电器设备的电流，电压，功率，功率因素，总电量等用电信息，并可通过无线的方式将数据提供给智能交互终端。

智能插座具有电源远程通断功能，可以在智能终端设置定时通断电时间，实现根据实际需要调节电器工作时间与休息时间，实现对各类电器设备用电的智能管理。

智能插座是实现用电用户按需用电的主要配套设备。

智能电表：

是智能用电的核心模块，相较于普通的电表，智能电表能够提供更多的电力使用情况细节，包括双向计量、电价实时结算、数据冻结、用电异常记录、预付费、通/断电等功能，是智能电网用户侧实施的主要支撑。

智能水表：

支持用水数据远程采集，可通过无线的方式将数据提供给智能交互终端，方便远程结算和用户查询历史数据。

智能气表：

支持用气数据远程采集，可通过无线的方式将数据提供给智能交互终端，方便远程结算和用户查询历史数据。

智能热表：

支持用热数据远程采集，可通过无线的方式将数据提供给智能交互终端，方便远程结算和用户查询历史数据。

智能家电：

智能家电内嵌通信模块，可通过无线的方式与智能交互终端直接通讯，通过智能交互终端可对智能家电设备进行远程运行控制，也可配置运行方案，实现家庭自动化应用。

家庭智能安防设备：

包括门禁、入侵探测器、火灾探测器、燃气泄漏探测器等设备。

当此类设备被触发时，可自动通过无线的方式上报给智能交互终端进行处理，从而实现在第一时间发现并排除危险，提高居住环境的安全性。

智能家居设备：

包括窗帘系统、音响系统、温度调节系统等设备。

用户可根据生活习惯通过智能交互终端配置智能家居设备运行方案，提高家庭生活环境舒适性。

物业管理服务系统：

可提供包括能源供应信息发布、物业服务信息、社区服务信息、公共政策宣传、生活资讯信息等物业服务内容。

用户可通过智能交互终端、网络电视机、电脑等设备查阅相关信息。

3智能家庭管理系统架构

3.1系统总体设计思路

智能家庭管理系统涵盖了计算机应用技术、现代通信技术、高级量测技术、控制理论和图形可视化等技术，是各学科交叉的技术集群。

信息交互是智能家庭管理系统的核心业务内容，信息交互的实时、高效是该系统的基本要求。

因而，高速通信技术是智能小区与智能家庭能源管理系统的基础保障。

为获得高速、稳定、可靠的通讯网络，本系统采用EPON技术作为远程通讯的主要方式。

这种通讯方式的主要优点在于低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务重组、与现有以太网的兼容性、方便的管理等。

而在家庭本地网络根据需要可采用RF/ZigBee/Wi-Fi/PLC/Wmbus（通讯接口模块化设计，可互换）。

智能交互终端采用嵌入式操作系统设计，对于嵌入式操作系统，要求具备优秀的开放性、可扩展性和用户体验。

软件平台采用先进、成熟的J2EE（Java2EnterpriseEdition）企业平台架构做为系统的平台架构，采用已被电力行业广泛接受并大量使用的Oracle11g作为数据库管理软件，Weblogic11作为WEB服务器，确保系统在未来一段时期内技术领先，保证系统的性能、生命力及投资价值。

系统采用GDW376.2协议和系统主站通信，抄表使用IEC62056-21协议，水、气、热表采用DSMR3.0协议通信，智能插座采用DL/T645-1997。

3.2系统物理架构

系统从物理上可以分为主站系统、通信信道、应用现场三部分，主站系统与营销系统等其他系统采用防火墙物理隔离，保证系统的信息安全。

主站系统由数据库服务器、磁盘阵列、web服务器、通讯服务器、接口服务器、应用工作站、GPS时钟、路由器及防火墙等相关设备组成。

通信信道主要是指系统主站与应用现场之间的远程通信信道，采用EPON技术，由光纤、OLT、ONU、分光器等设备组成。

应用现场主要包括智能社区物业服务中心工作站、智能家庭所涉及的智能交互终端（IHD）、光纤电表、智能电器、智能家居等相关设备。

3.3系统应用架构

3.4系统部署方案

智能家庭管理系统部署一套系统主站，一个统一的通信接入平台，直接采集系统范围内的所有现场计量设备以及与智能交互终端进行通讯，集中处理信息采集、数据存储和业务应用。

用户可通过手机、互联网、家庭智能交互终端统一登录到系统主站，根据各自权限访问数据和执行规定范围内的运行管理职能。

3.5系统业务功能

3.6通讯采集平台

3.6.1通道类型

系统采用TCP/IP协议通讯，支持的通道类型主要包括光纤网、以太网、GPRS/CDMA。

3.6.2支持规约类型

1）南方电网《营销自动化技术标准07－营销自动化系统负荷管理终端、配变监测计量终端及低压抄表集中器通信协议》

2）GDW376.2

3）电表《多功能电能表通讯规约》（DL/T645—1997）

4）《电能计量－用于抄表、费率和负荷控制的数据交换》（IEC62056）

3.6.3通讯平台结构

通讯采集平台采用网格架构涉及，各功能块均可采用分布式方式单独部署到不同服务器上。

3.6.4主要功能

通讯采集平台主要的任务包括：

3.6.5采集方式

系统支持以下三种采集方式：

1）自动数据采集：

按采集任务设定的时间间隔自动采集电表数据，可以设置采集的时间、内容、对象。

当定时自动数据采集失败时，系统可以自动及手工的方式补采，保证数据的完整性。

2）随即召测数据：

系统提供实时召测功能，可根据实际需要随时人工召测数据。

3）主动上报数据：

系统可根据不同通信规约配制并启动终端任务，支持主动上报数据的采集和处理，以及终端主动上报的事件信息。

对于由于通信等原因造成数据漏传的数据，系统具备漏点数据审计与补召功能，补召策略可依据实际情况和要求设定补召执行起止时间，补召次数以及某一时间段的漏点数据，最大限度确保数据完整性。

3.6.6系统性能指标

3.6.6.1系统规模划分

系统可接入终端设备（包括单、三相光纤电表和智能交互终端）数＞25万台，折合电力用户1000万，接照南方电网营销自动化主站功能规范对主站规模的划分的大型主站规规模建设（用户数超过200万）。

1）3年裸数据量＞10TB；

2）每分钟处理报文数＞200万/分钟；

3）工作站并发数＞500台；

4）单台通信机GPRS/CDMA连接数＞20000台。

3.6.6.2操作响应

1）主站巡检终信端重要信息（用能信息）时间＜15min；

2）系统控制操作响应时间（断合闸命令下达至终端响应的时间）≤4s；

3）常规数据召测和设置响应时间（指主站发送召测命令到主站显示数据的时间）＜12s；

4）历史数据召测响应时间（指主站发送召测命令到主站显示数据的时间）＜30s；

5）常规数据查询响应时间＜10s；

6）模糊查询响应时间＜15s；

7）通讯机主备通道自动切换时间＜5s；

8）在线热备用双机自动切换及功能恢复的时间＜30s。

3.6.6.3可靠性

3.6.6.4主站运行环境

1）主站系统机房温度为：

15~28℃，湿度≤70%，在空调设备故障时，机房温度为0-50℃，湿度≤95%（不凝结）；

2）大楼防雷接地电阻≤1Ω，主站系统的接地可与大楼防雷接地网同一点共地；

3）供电电源：

采用UPS电源供电，停电后UPS持续供电时间大于或等于1小时；

4）主站系统机房应考虑防雷防静电、防电磁辐射、防火、防尘等要求。

4.智能家庭管理系统功能

4.1智能家庭能源管理

智能家庭能源管理模块解决能源供应方与用户之间的实时交互响应，与能源供应方实现信息交互与营销互动，实现用户侧能源应用智能化管理，将能源供应方与用户紧密联系起来，有效解决了能源营销与末端用户的沟通和管理问题，同时为用户提供“安全、舒适、便捷、经济”的居住环境和生活体验。

4.1.1家庭用能信息

4.1.1.1用户基本信息

                →用户户名

                →用电户号及当前执行电价方案

                →用水户号及当前执行水价

                →用气户号及当前执行气价

                →用热户号及当前执行热价（可选）

4.1.1.2消费信息

                →显示用电累计消费金额（本月及上月，本年及去年）

                →显示用水累计消费金额（本月及上月，本年及去年）

                →显示用气累计消费金额（本月及上月，本年及去年）

                →显示用热累计消费金额（本月及上月，本年及去年）

4.1.1.3用电信息

→显示电表当前读数（正、尖、峰、平、谷）

→当天小时电量曲线（棒图）

→当月日电量曲线（棒图）

→当年月电量曲线（棒图）

4.1.1.4用水信息

→显示水表当前读数

→当月日用水量曲线（棒图）

→当年月用水量曲线（棒图）

4.1.1.5用气信息

          →显示气表当前读数

          →当月日用气量曲线（棒图）

          →当年月用气量曲线（棒图）

4.1.1.6用热信息

          →显示热表当前读数

          →当月日用热量曲线（棒图）

          →当年月用气量曲线（棒图）

4.1.1.7瞬时信息

          →当前费率（重点信息）

          →当前电压

          →当前电流

          →当前有功功率

          →当前无功功率

          →电网频率

4.1.1.8预付费信息

          →本地预付费输入

→查询最新购电信息，包括购电时间、购电量（金额）、执行电价

→查询历史充值记录等信息；

→剩余电量及可使用天数预测

4.1.2家庭设备监控

4.1.2.1分布式能源信息

          →当前读数

          →当月日上网电量曲线（棒图）

          →当年月上网电量曲线（棒图）

4.1.2.2储能装置监控信息

          →当前工作状态（储能、放电）

          →剩余电量及预计可使用时间

4.1.2.3最大需量信息

          →电流最大门限

4.1.2.4计量设备基本状态

          →电表地址

          →电表继电器状态

          →水表地址

          →气表地址

          →热表地址（可选）

4.1.2.4智能插座管理及控制

→智能插座以及家电信息管理

→各类家电累计用电量、负荷查询

→各类家电日/月/年用电量历史数据以及相关统计图形查询

→用户可通过互联网对家用电器运行情况进行检查以及实时控制

4.1.2.5家庭负荷分析

→分时电价对应时段用电量的比较分析；

→各时段负荷曲线比较分析；

→各时段家用电器运行比率分析；

→各时段负荷预测,判别各类家用电器的运行状态；

→分时段提供家用电器的优化运行方式。

4.1.2.6家庭环境质量监测

          →测量并显示室内气温、湿度和大气压

          →室外温度

4.1.2.7高级应用

→电力供应质量分析

→预测当年用能（电、水、气、热）消费趋势

→提供碳排放信息

→根据设定的阀值提供日/周/月使用量逼近报警并根据电器使用情况提供使用建议

→根据设定的阀值提供日/周/月使用量超出报警

4.2智能家庭自动化管理

      用户可以根据自己的生活习惯定义家庭自动化模式，智能交互终端会根据用户的设定自动执行相关模式，为用户提供舒适、便利、智能的生活方式。

      家庭自动化模块主要有起床模式、外出模式、在家模式、晚餐模式、家庭影院模式、午休模式、睡觉模式、休息日模式、度假模式等，各种模式通过定义家庭内照明系统、娱乐系统、窗帘系统、空调系统、热水供应系统、智能插座系统的工作时间和模式，实现家庭自动化管理。

      各种模式可以根据用户设定的启动时间自动启动，也可以由用户操作相应的按钮手动启动。

      用户可以自定义编辑每个模式的操作对象和操作时间。

      在任意模式执行过程中用户可以人工干预其中任一操作。

      用户可以通过电脑或者手机远程干预工作模式。

4.3智能家庭安全管理

4.3.1入侵防范

      用户可在窗户、门等重点位置安装入侵探测器，当入侵探测器被触发时，通过无线的方式自动上报给智能交互终端，智能交互终端立刻处理并报送给数据中心，数据中心立刻将异常信息发到用户手机，用户可通过网络摄像头确认家里异常情况，若确认为异常，则一方面通过网络摄像头记录现场情况，另一方面通知物业服务中心或安全部门采取措施。

4.3.2燃气泄漏防范

      当燃气泄漏探测器探测到燃气泄漏时，通过无线的方式自动上报给智能交互终端，智能交互终端立刻处理并报送给数据中心，数据中心立刻将异常信息发到用户手机，并报送给物业服务中心、燃气公司和消防部门。

4.3.3火灾防范

      当火灾探测器探测到火灾时，通过无线的方式自动上报给智能交互终端，智能交互终端立刻处理并报送给数据中心，数据中心立刻将异常发送到用户手机，并报送给物业服务中心和消防部门。

4.3.4异常管理

4.3.4.1能源使用异常

      智能交互终端检测到以下异常后自动上送给数据中心，数据中心处理后自动发送短信给用户以及系统检修人员。

      →电量突变分析

      →通过电能表失压、断流记录，分析用电异常，包括异常发生时间

      →用电异常报警（如度假模式下存在异常用电）

      →用水异常报警（如外出模式下存在异常用水）

      →计量设备（包括水、电、气、热）采集故障

      →智能插座故障情况提示

4.3.4.2剩余电量异常

      当智能交互终端检测到用户当前剩余电量不足时，自动发出声音告警并全屏显示，同时生成告警信息并上送给数据中心，数据中心处理后自动发送短信给用户，提示用户当前剩余电量，预计可使用的时间，建议购买日期。

      当智能交互终端检测到用户储能装置剩余电量不足时，自动发出声音告警并全屏显示，同时生成告警信息并上送给数据中心，数据中心处理后自动发送短信给用户，提示用户当前剩余电量，预计可使用的时间，

4.4智能家庭娱乐

结合智能电视机的录制功能，用户可以远程或本地设置录制频道和录制时间，等录制时间到后电视机自动启动并开始录制，节目播放完毕后电视机自动关闭，录制期间，用户可以人工干预中断录制或添加录制计划。

结合家庭自动化管理功能，根据不同的工作模式，用户可以根据需要定义不同的音乐播放列表以及音量。

4.5智能社区服务

      建立公共事业部门与居民之间的良好互动通道，公共事业部门可通过智能家庭管理系统发布各种信息通知到居民，达到很好的宣传效果。

1）  能源供应信息发布，比如停/复电通知、停/复水通知、停/复燃气气通知、停/复热通知。

2）  水电气热单价调整通知

3）  物业费收取通知

4）  物业服务信息

5）  公共政策宣传

6）  社区服务信息

7）  生活资讯信息

8）  天气预报信息

9）  出行提示信息

10） 物业报修服务

4.6智能交互终端（IHD）

4.6.1功能描述

智能交互终端是实现家庭智能用电服务的关键设备，通过有线、无线等通信技术，IHD能够与智能电表、气表、水表以及热表互联通信，同时可以实现对用电设备的统一管理和控制，并通过用户界面，实现人机交互，替代部分人工处理实现对家庭内各类智能设备的自动化、智能化操作和反馈。

并对能源消耗情况等数据进行搜集和发布，指导用户进行合理、经济地使用能源，节省用户能源消费开支。

同时为用户提供家庭安防、社区信息和娱乐等各类功能。

智能交互终端的主要功能包括：

1）同时具备以太网通信、载波通信、无线通信等多种通信方式；

2）家庭能源使用信息显示，帮助用户制定节能计划；

3）利用网络技术，实现电表预付费充值及欠费提醒；

4）信息（广告和媒介信息）发布，提供社区服务；

5）家庭能源管理，并可以和智能家居结合一起实现家居自动化；

6）继电器控制；

7）通过手机及互联网连接，实现远程获取家庭内实时情况并对发现的异常进行及时的处理。

4.6.2功能设计

4.6.2.1软件设计框架

智能交互终端软件设计框架分为四层：

1）UI（UserInterface）：

UI是人机交互界面，指用户和IHD软件系统进行交互的集合；UI需要达到通过友好的界面和操作提示，达到操作人员易于理解软件功能、便于操作的目的。

2）业务处理层：

主要实现智能家庭相关业务功能的实现。

3）数据解析层：

主要处理各类数据帧，将解析后的数据以规范的存储格式写到存储介质中，方便业务处理层提取。

4）通信层：

通信层主要完成通信接口调用、通信链路维护等任务。

4.6.2.2IHD功能框架图

4.7智能插座

4.7.1功能描述

智能插座是智能家庭及家居智能化的重要组成部分，是将计算机、通信、控制和测量技术都应用于一体的新一代插座产品。

1）利用智能插座可以准确了解各种家庭电器的使用功耗，并且可以定时控制电器，按需决定电器使用时间；

2）可以和IHD（智能家庭交互终端）通过RF无线通讯技术互联通信；

4.7.2产品特点

 ·节能：

智能电源插座可以测量家用电器待机功耗，并准确计量家电设备消耗的电量，使用户明明白白消费。

用户可设置定时开/关，或手动远程断电，使家电设备完全断电，待机能耗归零，排除用户出门忘记关电器等烦恼，从而达到节能的目的。

 ·智能：

智能插座通过IHD可以连接到互联网，用户手机或电脑通过互联网连接IHD，就能实时知道家电的用电情况，电费消耗情况。

同时也可以通过手机或互联网实时控制电器的开和关，真正实现家居智能化。

·方便：

·使用方便、安全、节能，兼容性好！

防静电、抗干扰、防雷击、过载保护装置，以确保电器产品的安全使用。

·可提供电量、电压、电流、功率等计量信息

·外壳采用高强度ABS工程塑料

·符合标准的安装尺寸，嵌入式安装，不破坏原有的墙体，美观大方。

4.7.3技术参数

5项目实施

5.1项目里程碑

第一阶段：

试点环境确定

   本阶段的主要工作是确定试点的环境，并绘制试点环境平面图，管线图等。

第二阶段：

光纤网络建设

   本阶段需要完成从主站到试点用户的光纤网络建设，并完成网络调试。

第三阶段：

产品研发完成

   本阶段主要工作是完成智能交互终端（IHD），智能插座、手机应用软件、主站软件、安防产品及智能家电产品集成。

第四阶段：

系统安装调试完成

   本阶段主要工作是系统现场安装，并完成调试。

第五阶段：

完成验收

   本阶段主要工作是对项目完成情况进行总结验收。

5.2项目实施计划

5.2项目实施计划

序号

时间段

内容

•  

2010年12月至2010年2月

完成技术论证，确定试点地址，签订合同

•  

2010年12月至2011年1月

完成光纤网络建设，OLT、分光器、ONU等设备安装，并调通网络。

•  

2010年12月至2010年3月

完成智能交互终端（IHD）的软件硬设计和开发；

完成智能插座的软硬件设计和开发；

完成安防设备和智能家电设备的集成开发；

完成主站软件系统的设计和开发；

完成手机应用软件的设计和开发；

•  

2011年3月至2011年4月

完成测试环境搭建；

完成设备调试；

完成软件测试；

集成联调；

产品优化；

•  

2011年5月

项目总结验收

6投资测算

序号

设备名称

规格型号

单位

数量

单价

合计

1

服务器

IBMSystemx3850M2

机架式安装，4U

2*XeonEM64T（四核）MP2.13GHz/6MB/L2,8M/L3,1066MHzFSB,4-SMP,2*4GB,HS300GBSASMR10i,RAID5,LightPath,DVD-Combo,2*1000m,2*1440w

台

1

80000

80000

2

机柜

IBMT42

台

1

15000

15000

3

显示器、鼠标键盘套件

IBM机柜的显示器托架

IBM机柜的键盘托架

1U（15'）折叠液晶套件不含键盘

USB旅行键盘

套

1

12000

12000

4

OLT

台

1

5

ONU

台

1

6

分光器

台

2

7

无线路由器

TP-LINK

台

1

300

300

8

台式机

Lenovo

台

2

5000

10000

9

电视机

台

1

10

IP电话

台

1

11

网络摄像头

台

1

12

智能交互终端

台

1

13

光纤表

只

1

14

燃气表

只

1

15

水表

只

1

16

火灾探测器

个

1

17

燃气泄漏探测器

个

1

18

入侵探测器

个

1

19

温度湿