发布时间 : 星期一 文章基于Proteus仿真的家庭能量管理系统的设计--毕业论文更新完毕开始阅读26235e5b5e0e7cd184254b35eefdc8d376ee142f
第一章 绪论
人机交互模块：现场了解用电设备的运行状态、用电信息、当前电价、电能储备等信息。
采集模块：采集单个用电设备用电信息、控制用电设备的运行状态、设置相关参数。
储能模块：储存太阳能、风能或用电低谷时的能量，移峰填谷。 高级功能模块：数据分析、负荷预测。
1.3 HEMS在国内外的发展现状
1）HEMS在美国
在2010年的国际消费电子展上，Intel公司推出了名为“智能住宅能量管理概念验证平台”的全心HEMS，该平台基于凌动(Atom)处理器，采用OLED触摸显示屏，支持WIFI和Zigbee无线协议，连接住宅内的家用电器及外部的智能电网，目前已经开发了数十种可以在平台上运行的软件。另外，美国思科系统公司推出的“思科住宅能量管理解决方案”也是较具代表性的一种HEMS解决方案。该系统支持Zigbee和WLAN等无线通信功能，配备带触摸屏的液晶显示器智能终端，除了显示用户相关的能量消耗信息外，还具有能量管理的功能。
2）HEMS在日本
2011年6月8日，日本夏普公司在大阪府市的“绿色前线”工业园区内建成“夏普生态住宅”。该住宅具有HEMS的基本特征，可使外来电力系统的供电量净值为零，即可实现利用绿色可再生能源实现住宅的全部供电，从而实现居家CO2的排放量净值为零。另外为实现不同公司HEMS产品的互联，2011年7月，东京电力、夏普、日立等10家公司成立了“HEMS”联盟。该联盟的目标是制定相关企业可以公开接口详细技术规范的协议，同时HEMS的应用软件市场、第三方开发应用软件的机制等也在探讨之列。
3）HEMS在欧洲
意大利帕尔马大学和瑞士意黛喜公司共同合作，推出了用于家电互联的电力线通信系统解决方案。该方案基于智能适配器，将家电互联称为网络，可置于电源插座和家用电器之间，产生与家用电器本身相关的信息，比如能耗、诊断和功能等信息。但该方案的成本对于家电市场而言偏高，较难推广。
4）HEMS在中国
除了上述发达国家厂商推出的HEMS解决方案，我国的海尔集团也提出了将 家庭中的各种加点及传感器通过网络连接起来的“U-home”概念。U-home可实
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第一章 绪论
现电力供应方与家庭用户信息之间的交互，以实现全社会的节能。
1.4 研究的目的和意义
在现有的用电模式下，电力公司与用户侧之间仅仅存在着输电用电和缴纳电费的单一联系，这样缺乏互动的关系不利于电力公司掌握用户的用电习惯来改进输配电方式，也不利于用户向电力公司反馈信息来增加自己的用电满意度，从而造成电能的浪费和用户满意度越来越低。通过在用户侧建立家庭能量管理系统，可以使电力公司与用户保持实时的交流和信息反馈。一方面，用户将用电信息通过家庭能量管理系统反馈给电力公司，电力公司收集这些信息以后进行一定的计算，设定出第二天的实时电价发送给用户，用户根据电价曲线来合理安排电器运行情况。另一方面，家庭能量管理系统可以根据电价曲线通过最优化调度以后自动设定各类型电器的运行情况，控制电器在规定时间内的开关状态，并保持足够的运行时间，用户也可在系统上修改这些设定。这样一来，可以为用户提供多种家庭用电模式和用电策略，提高居民的节电意识，提高能源利用效率，积极引导居民合理用电、智能用电，节约家庭用电量和家庭用电费用，还可以减少未来停电事故发生的概率，提高电网运行的可靠性，建立一个实时、有效、方便、智能的家庭能量管理系统，实现电网侧和用户侧的双向互动。
本课题可产生一定的用户效益、社会效益和电网效益，能有效缓解能源匮乏问题，具有很强的现实意义。
1.5 研究内容
本文提出了在用户侧建立家庭能量管理系统，通过合理调整用户侧的负荷来适应电网负荷和电价变化，在节约能源、确保用户用电安全、减少用户电费支出、削减和转移负荷方面有很大潜力，将会在提高电网稳定性和安全性方面起到重要作用。
本文研究的主要内容有：
1）对家庭能量管理系统进行一个简单的介绍，研究课题提出的背景和国内外在HEMS方面的实践情况，从社会、能源、安全、能源公司和电力用户等方面说明建立HEMS的意义和潜力；
2）简单介绍研究课题过程中所用到的软件，如Keil软件和Proteus软件；对硬件实验中用到的重要元件进行介绍；
3）在现有的用电模式基础上，结合生活经验，将家用电器大致分为三种类
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第一章 绪论
型，在Keil软件上用C语言编程，实现自动控制三种电器运行、定时、温度控制等功能。将程序导入单片机，用不同颜色的灯泡模拟不同类型的电器，在开发板上进行硬件的实验；
4）在Proteus上对HEMS的电路进行设计并仿真。
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第二章 工具简介
第二章 工具简介
2.1 C语言 2.1.1 C语言优点
C语言的运算符丰富，它包括的范围相当广泛，使得C语言的运算类型极
其丰富，并且表达方式的类型多样化，能够实现在高级语言中不能实现的运算，它有32个关键字，9种控制语句。和汇编语言一样，它能够对位、字节和地址进行操作；数据类型很丰富，能实现各种复杂的数据类型，同时还加入了指针的概念，使得效率更高，同时支持图形编辑，以及多种显示器等；他所应用的结构式语言，这种方式会让程序更有层次，一目了然，同时语法显示不严格，设计自由度高；C语言提供给用户的方式是一函数形式，它们可以方便调用，使得程序完全结构化；地址的访问上，能够访问物理地址，对硬件进行直接操作；适用范围广，能够适用于多种操作，例如：DOS、UNIX等，同时适用于多种机型。
2.1.2 C语言缺点
它的缺点主要是数据封装的安全性不高，因此这一点也成为了C语言和C++的最大区别，另一方面由于语法以及变量的类型没有严格限制，也造成了较低的安全性，再者从应用角度来说，它比较其他的高级语言来说较为难以掌握。
2.2 Proteus简介
Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件，Proteus软件有十多年历史，在全球范围广泛使用，除了其具有和其他EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等。
Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真，PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发。被《电子世界》在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品—“The Route to PCB CAD”。Proteus产品系列也包含了革命性的VSM技术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。
其功能模块：一个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混
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