基于Java的智能家居电源监控系统的开发

方赓

(南京科技职业学院，江苏南京210048)

基于Java的智能家居电源监控系统的开发

方赓

(南京科技职业学院，江苏南京210048)

在智能家居电源中，大多数应用都有体积小、效率高的基本要求。因此，应用于智能家居的模块电源应运而生。但是，由于模块电源集成度高，所以对电源的监控显得尤为重要。针对这一情况而开发了基于JAVA语言的智能家居电源监控系统。

智能家居；模块电源；Java

随着生活水平的提高，智能家居逐渐走进了人们的视野。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线、网络通信、自动控制、计算机等技术形成的高效家庭设备与生活管理系统，是提升家居安全性、舒适性、便利性，同时保证环保节能的重要方式。

智能家居是一个完整的体系，由多个子系统组成，图1为广州冠图电子科技有限公司所给出的智能家居系统图。从图中可知，该系统包括了综合控制系统、安防报警系统、可视对讲系统、视频监控系统、背景音乐系统、远程控制系统等。在这个智能家居系统中，我们可以发现，大多数都是依赖于电力电子的产品来进行工作的，而这些电子产品无一例外都要用到电源系统。

在住宅中，供电是必不可少的一部分，家庭用电主要依靠电网供电，一次布线，终身受用，但是也存在着不够灵活，不易改动的弊端。因此，一种体积更小、布置灵活、效能更高的电源系统成为智能家居不可缺少的一部分，这种电源，就是模块电源。

图1 智能家居系统图

1 智能家居电源系统分析

模块电源是体积小、功能较完善的可以直接安装在印刷电路板上，为电路板上的数字电路或模拟电路进行供电的电源系统[1]。这种电源系统大多以开关电源为基本构成形式，随着应用的不断深入，其工作的可靠性、可用性、便捷性得到了很大的改善。目前，其被广泛应用于电子工业中。

模块电源是一个涉及众多技术领域的电源系统，其中最重要的技术是高频功率变换、脉冲调制、功率因数校正、整流均流控制等，而衡量一个模块电源的技术指标有最大输出功率、输出电压精度、源电压效应、负载效应、温度系数、输出纹波与噪声、输入反射纹波电流、输入共模噪声电流、输出电压调节范围、保护特性及工作效率等。

对于智能家居而言，模块电源主要是应用在智能家居的数据采集及执行单元中。如图1中的综合控制系统。这些模块电源的功率一般在3～10 W，供电电压在3～15 V，具体的要求是可靠、高效。同时，由于该电源是应用在家居环境中，所以最好设计成多路输出，以减少电源的个数。

综合以上的特点可知，智能家居中的模块电源最好是利用开关电源来设计，因为开关电源与线性电源和相控电源相比，具有效率高、体积小、质量轻等明显的优点。

开关电源的工作原理比较简单，首先利用整流电路把交流变成直流，再利用开关管把直流电变成高频的直流电，通过开关变压器构建出多路输出，一些输出经过整流滤波直接输出直流，而另一些利用变压器的次级感应出交流电，输出适合的交流电。具体原理如图2所示。

图2 多路输入开关模块电源原理图

2 电源监控系统设计

智能家居中的模块化开关电源要求具有很高的工作可靠性。同时，由于模块化电源的体积一般都较小，故工作的稳定性和可靠性受到一定的影响。为了提高其工作效能，就需要对它的工作状态进行实时监控。

监控系统作为一个独立的运行系统，必须具有可以监控整个智能家居系统中电源系统的能力。这就意味着该系统一方面要具有完善的电源系统运行参数采集、显示及设置的功能，同时它还应具有与外部控制中心进行数据交换，向外部控制中心发布控制命令，实现对电源系统进行运行状态切换的功能。

电源监控系统由下位机系统及上位机系统构成，上位机系统就是外部控制中心，承担着对上传数据进行分析及下达控制命令的任务，而下位机系统的核心是单片机，一般的情况下由8051类的芯片就可以胜任，通信可能采用RS—485或RS—232串行口，并通过Wifi进行通信。单片机上利用I/O口连接电流、电压、温度等传感器采集各路电源的运行参数，并将这些参数上传至上位机，为上位机提供基础监测依据；上位机的主体是电源管理系统，主要包括电源运行状态监测模块和电源多路智能选择模块。电源控制管理模块是整个管理的核心，在本设计中主要利用Java语言来实现，主程序流程如图3所示。

系统内部使用串口进行通信。系统将串口信息保存在一个静态常量中，以方便调用，而故障处理和报警功能是利用了几个Boolean常量进行对比分析，当接收到的数据有异常时，相对应的Boolean常量则会变为false，在系统中会自动检测该值，如果检测到值为false，则会进行故障的处理和报警。该实时监测功能的主要代码如下：

图3 主程序流程图

3 总结

在智能家居系统中，电源是其重要的组成部分，是系统可靠运行的保障。在本文中，针对模块电源系统，设计了基于单片机的电源管理系统，实现了电源运行状态监测、控制和管理。本设计的下位机具有应用灵活、成本经济、实时性强的优点，同时还利用Java语言开发了上位机系统，很好地实现了电源管理的功能。

[1]姜志亮.宽压高效DC/DC模块电源设计[D].北京：北方工业大学，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

方赓(1975—)，男，江苏省人，高级工程师、讲师，硕士，主要研究方向为云计算及物联网技术。