基于Spring Boot的空调能耗智能控制系统的设计与实现
何结龙，周仄，李克凡，朱洪军
（安徽信息工程学院计算机与软件工程学院，安徽芜湖241000）
摘要：空调能耗智能控制系统是一种对公共区域空调使用采取智能控制管理的软件系统，包含硬件系统和软件系统两部分。将解决生活中人不在时未关闭空调，不能有效地控制空调温度等能耗的浪费，公共区域空调不方便控制。该系统基于Java Web、Java Bean、Spring Boot、MyBatis技术，实现了控制设备、监测设备、管理设备、管理策略等功能，有效地解决了一些人离开空调忘记关闭，室内温度过低或过高等造成能耗浪费，公共区域空调集体控制等难题。
关键词：空调能耗；智能控制；节能减排；Spring Boot
中图分类号：TP311.52文献标识码：A
文章编号：1009-3044(2021)03-0109-04开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Design and Imple
mentation of Air Conditioning Energy Consumption Intelligent Control System Based on Spring Boot
HE Jie-long,ZHOU Ze,LI Ke-fan,ZHE Hong-jun
(Anhui Institute of Information Technology School of Computer and Software Engineering,Wuhu241000,China) Abstract:Air conditioning energy consumption intelligent control system is a kind of software system which adopts intelligent con⁃trol and management for air conditioning in public areas,including hardware system and software system.It will solve the problem that the air conditioner is not turned off when people are away,which can not effectively control the waste of energy consumption such as air conditioning temperature,and the air conditioning in public areas is not convenient to control.Based on Java Web,Java Bean,Spring Boot and MyBatis technology,the system realizes the functions of control equipment,monitoring equipment,manage⁃ment equipment and management strategy,and effectively solves problems such as some people forget to turn off the air conditioner when they leave,the indoor temperature is too low or too high,resulting in a waste of energy consumption,and the collective control of air conditioning in public areas.
Key words:air conditioning energy consumption;intelligent control;energy saving and emission reduction;Spring Boot
1背景
随着经济的高速发展，为推进经济结构调整，转变增长方式，节能减排一直是社会的重要部分。结合公共区域的空调的使用在日益增多，不能有效地降低能耗等诸多问题。建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大。据统计，在现代楼宇建筑中，中央空调能耗约占整个建筑物能耗的50%，而在商业建筑中则高达60%。中央空调系统的设计是按照最大热负载设计的．但实际的热负载在大部分时间内远比设计负载低。将不合理地使用空调而消耗的能量视为浪费，其中包括：无人时开机，温度设定过低，公共区域等情况。为了实现降低空调能耗，国内外学者进行了相关系统的分析，李靖等提出了控制系统架构，每隔5分分钟控制系统根据红外感知数据以及温度情况，对风机实行控制[1]。李龙提出了建立了冷却水系统制冷机、水泵及冷却塔数学模型来降低制冷系统能耗[2]。
本文采用了微服务框架Spring Boot来进行本系统的搭建；同时系统使用Vue来实现前端页面，对空调进行一个智能控制和管理。
2需求分析
2.1普通用户用例
普通用户如图1所示，从登录界面进入，可以选择监测设备、控制设备、管理预设策略、查看报警信息
等功能，若是控制设备，可以选择控制单个设备，或者控制多个设备。管理预设策略，可以进行修改、删除和添加策略，对时间及温度参数进行添加修改删除。
收稿日期：2020-10-08
基金项目：安徽高校自然科学研究项目（项目编号：KJ2019A1292、KJ2019A1295、KJ2019A1291）；国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201913613005，201913613016S）
作者简介：何结龙（2000—），男，安徽宿松人，本科在读，研究方向为软件开发；周仄（1996—），男，安徽太湖人，本科在读，研究方向为软件开发；李克凡（1999—），男，江苏宿迁人，本科在读，研究方向为软件开发；朱洪军（1983—），男，安徽阜南人，副教授，研究方向为软件工程。
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图1普通用户用例
2.2管理员用例
超级管理员具有系统所有功能权限，有与普通用户共享的功能模块，如图2所示，管理员用户可登录后独有的功能模块有管理用户、管理设备、管理分组和导入控制项，点击管理用户可以对用户进行删除、添加和修改。点击管理设备，会显示设备类型管理、设备品牌管理、类型管理里对设备进行添加、修改和删除，品牌管理里可以进行对品牌添加和删除，管理分组里有添加和删除分组，添加分组可以选择批量和单个添加。点击导入控制项后，弹出加载了品牌型号信息的窗口，选择完成后
点击确定即可上传文件。
图2管理员用例
3系统关键技术
3.1Spring Boot 框架
系统后台采用了Spring Boot 和Spring Framework 框架实现了控制器和业务处理，Spring Boot 框架是基于Spring4.0设计一
个轻量级的框架，去掉了Spring 框架的XML 配置文件，在配置
上简化了项目的搭建和开发[3]
。Spring Boot 功能可以更好独立运行的Spring 项目，将程序打包成jar 包；使用Spring 提供POM 文件使Maven 配置大简化；可以自动配置Spring 框架，根据项目极大减少所需配置[4]，该框架使用了特定的方式来进行配置，从而使开发人员不再需要定义样板化的配置，减少人工的管理[5]。3.2前端Vue 框架
前端采用了基于MVVM 设计模式的Vue.js 框架，是用于构建用户界面的渐进式Web 框架，它有完备的生态系统，MVVM 模型在前后端分离的模式下大有作用，Vue.js 在使用上比较灵活和轻量，在模板中
提供的指令和过滤器等功能[6]，它能够实现视图与数据的双向绑定，使用Axios 插件封装的Ajax 进行数据交互[7]，实现数据持久化，使得开发者能够专注于数据的设计处理上来[8]。3.3MyBatis 框架
MyBatis 是集成SQL 查询、存储过程调用和高级映射的持久层框架[9],MyBatis 更为灵活，不会影响应用程序或数据库的现有设计，方便管理和优化[10]。可以动态生成映射关系，拥有动态列、动态表名、支持存储过程，同时提供了简易的缓存、日志、级联。使用MyBatis 需要提供基础配置文件、映射文件、map⁃ping 接口类以及相映射的POJO 类。
4系统设计
4.1系统总体设计
本系统如图3所示实现了设备管理、用户信息管理、智能控制管理系统、设备管理、历史数据和系统管理。在图4中，系统视图层采用Vue.js 框架和H5实现前端用户接口的图形化页面；节能减排系统后台采用Spring Boot 和Spring Framework 框架实现控制器和业务处理；控制器层主要负责前端请求的分发与响应；服务层的JavaBean 实现节能减排系统的业务处理，并依赖于业务数据层进行数据的管理；业务数据层采用MyBatis 框架向服务层提供数据访问接口，数据存储使用关系数据库MySQL 。系统总体框架如图4。
图3功能模块
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图4开发技术栈
4.2数据库表及关联设计
以device 表为中心，可分为3个模块：
1）第一个模块—位置模块，通过校区、楼栋、房间，确定一个设备所在地。由school_zone 、building 、room 三个表组成。
2）第二个模块—设备属性及其指令相关模块。围绕指令可分为3个子模块。设备类型（device_type 表）、设备型号（de⁃vice_model 表）都是设备的属性，并由其确定指令模板（in⁃struct_template 表）；应用策略（strategy 表）同样是设备的属性，其与指令（instruct 表）是多对多的关系，所以还需要一个关联表（strategy_instruct 表）；
3)其他模块。只有两个表，采集日志表（collect_log 表）和消息表（message 表）。这两个表均只和设备表（device ）有关联，和其他模块没有耦合，较为独立。
表名称及关联见表1。
表1表名称及关联
表索引
T1
T2
T3T4T5T6T7
T8主键表名
device
de⁃
vice_type device_m odel
instruct strategy Instru_log user device_str ategy
主键字段
id
id
id
id
id id id
id
主键表描述
设备表
设备类别表
设备型号表
指令表
策略表
用户表设备数据采集日
志表
设备策略关联表
关联表名称
Room Device_type
Device_model
Strategy
lnstruct_log User Collect_log message device instruct_template
device
instruct_template instruct_template lnstruct_strategy instruct_log instruct_strategy device instruct_log
device device device strategy
关联关系
n:1n:1n:1n:11:n n:11:n 1:n
1:n 1:n 1:n n:11:n 1:n 1:n 1:n 1:n 1:n n:11:n n:1
5系统实现
5.1首页
管理员首页，管理员进入系统后，通过该视图查看所管理设备信息、包含设备基本信息、报警信息通知。管理员可以根据需求对单个设备进行控制，包含控制项改变和自控状态改变。该视图提供给管理员添加设备（单个添加，批量添加）、修改设备、删除设备入口。视图如图5
。
图5首页
5.2用户管理
springboot框架的作用管理员用户管理视图，管理员选择用户管理后，通过该视图可以添加新用户，查看、修改、删除已有用户信息。视图如图6
。
图6用户管理
5.3设备管理
设备管理视图，管理员选择设备管理后，通过该视图可以添加新设备，查看、修改、删除已有设备信息。视图如图7
。
图7设备管理
5.4历史数据管理
历史数据管理视图，即可查看历史状态、历史指令、自控状态，定时信息等历史信息。视图如图8。
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图8历史数据管理
5.5系统管理
系统管理视图，管理员选择系统管理后，可以通过该视图
选择策略管理，对空调、灯光和风扇的策略添加、删除和修改，也可以选择部门管理、控制项设置和全局配置。视图如图9
。
图9系统管理
6结束语
本文针对目前节能减排，减少能耗的实际情况，设计并实现的基于主流框架（Spring boot ）的空调能耗智能控制系统，该
系统充分考虑到空调能耗的浪费、公共区域空调不利于管理，实现了在空调温度的智能调控、无人时自动关闭和对空调的智能控制管理。有效地减少了空调能耗的浪费和对公共区域空调的管理和控制。该系也存在一些问题，如在人暂时离开时，空调的自动关闭，人回来时又要开空调，造成了麻烦，还有一些功能还未完成，有待后续改进。
参考文献:
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[9]李迎正，孙岩，宋保，等.基于SpringMVC 及MyBatis 的地图定位实现[J].电脑编程技巧与维护,2019(4):144-145,160.
【通联编辑：谢媛媛】
（上接第96页）
设计可以正确有效的检测人体的体温、心率值和血氧浓度值，通过WiFi 模块可以成功在手机App 上显示测量数据。本设计实现了自主实时检测人体基本健康指数（体温、心率、血氧），并通过WiFi 传输数据到手机App 上的功能。健康检测仪检测到的人体体征数据具有一定的参考性。
由于没有更多的时间进行研究，本健康检测仪的设计仍存在一些需要进一步修缮的地方，例如可以选
择合适的外壳材料设计制作出美观简洁的包装；在保证系统大小的情况下，将测量到的人体体征数据进行联网，建立个人档案并进行指数分析；系统还可以增加血压和血糖的测量，进一步完善系统的功能等。只有进一步的学习才可以设计出功能性更高、便捷性更好的系统，才能给有需要的人提供一份帮助。
参考文献：
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【通联编辑：朱宝贵】

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