上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（開題報告）學院電子電氣工程學院專業(yè)計算機科學與技術(shù)班級學號學生指導(dǎo)教師題目建筑用電能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)任務(wù)規(guī)定進行日期自2014年03月02日起，至2014年06月20日止一、題目來源、目的、意義隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問題日益突出。據(jù)統(tǒng)計，目前中國建筑能耗在能源總消費量中所占的比例已高達38，因此開展建筑節(jié)能研究十分必要。建筑用電能耗監(jiān)控系統(tǒng)企圖對建筑用電能消耗指標的實時采集、高速傳輸和智能分析。該系統(tǒng)可為建筑能耗控制提供科學依據(jù)，為大量降低建筑能耗提供科學管理手段。我國是世界第一大發(fā)展中國家，隨著社會發(fā)展，建筑能耗將超越其他行業(yè)（如交通、工業(yè)）占據(jù)能耗榜首。屆時，能耗的缺口將達到世界能源總量的四分之一。因而，建筑節(jié)能成為迫在眉睫的一大議題。本題著力于以建筑能耗中的電能為例，通過智能電表上的串口（RS485），連接轉(zhuǎn)換器將串口轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)口，以便使用計算機實時采集智能電表中的數(shù)據(jù)，從而進行分析，為今后節(jié)能減排提供科學依據(jù)。在軟件設(shè)計中，我將使用C語言的WINDOWSFORM開發(fā)一種客戶端形式的建筑用電能耗監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控建筑內(nèi)各區(qū)域的用電情況，實現(xiàn)對用電能耗使用的全參數(shù)、全過程的數(shù)據(jù)采集，運用計算機可實現(xiàn)高效、精確的數(shù)據(jù)采集，從而避免人力采集數(shù)據(jù)帶來的誤差以及勞動力資源的浪費。在采集到智能電表的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會自動生成當前用電情況的動態(tài)圖表，為監(jiān)控者提供最直觀的當前建筑用電能耗使用情況，同時后臺會把采集來的數(shù)據(jù)進行處理，存入數(shù)據(jù)庫中，以便對數(shù)據(jù)的查詢，以及生成用電能耗的使用圖表。近年來，由環(huán)境污染引發(fā)的各類問題使得人們的環(huán)保意識日益增強，作為能耗大戶，建筑節(jié)能勢必會成為首要目標。隨著智能電表的普及和計算機技術(shù)的發(fā)展，運用計算機技術(shù)對用電能耗進行數(shù)據(jù)采集將會替代人工數(shù)據(jù)采集。同時，通過計算機強大的運算能力，可以將龐大而復(fù)雜的能耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為簡潔而直觀的報表形式，給研究者提供便捷，為建筑節(jié)能提供可靠的數(shù)據(jù)支持。1、經(jīng)濟可行性建筑用電能耗監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)成本較小，需要一臺計算機、一個智能電表、一個RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器進行軟件開發(fā)和測試，軟件方面需要VISUALSTUDIO2013及SQLSERVER2012作為開發(fā)工具，總計花費在一萬元內(nèi)，該系統(tǒng)開發(fā)完成后，可提供高效而精確的建筑用電能耗監(jiān)控及分析功能，在環(huán)保行業(yè)不斷發(fā)展的大環(huán)境下，具有很高的商業(yè)價值和實用性。在軟件的后期維護上，由于使用C這一主流編程語言進行開發(fā)，因此軟件維護人員不難尋找，該系統(tǒng)功能并不復(fù)雜，維護成本低。2、技術(shù)可行性本監(jiān)控系統(tǒng)采用MICROSOFT公司的VISUALSTUDIO2013作為開發(fā)工具，使用C作為開發(fā)語言，由于C語言編寫的代碼有較好的可讀性，因此維護較為簡單。在大學期間，我通過創(chuàng)新項目積累了一定的WINDOWSFORM程序的開發(fā)經(jīng)驗，所以這次使用WINDOWSFORM客戶端形式進行軟件的編寫。3、社會可行性隨著社會發(fā)展不斷進步，人民生活水平不斷提高，建筑用電能耗將成為節(jié)能減排的一大議題，而如何實施建筑用電能耗的節(jié)能減排需要大量的真實、準確的數(shù)據(jù)進行分析研究。本監(jiān)控系統(tǒng)僅需一臺計算機作為監(jiān)控系統(tǒng)的運行平臺，能提供建筑用電耗能的實時監(jiān)測，可以向社會推廣。與此同時，利用計算機技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集可大大降低人力采集數(shù)據(jù)帶來的人力資源浪費，提高精確性。二、主要工作內(nèi)容根據(jù)實際情況與整個程序的工作流程抽象描述如下包括用戶名、賬戶、密碼和權(quán)限等用戶信息的記錄，以及用戶注冊功能。用戶通過驗證后，登錄到系統(tǒng)的歡迎界面，選擇使用實時監(jiān)控或?qū)С鲇秒娔芎臄?shù)據(jù)功能。進入實時監(jiān)控功能界面，用戶可看到實時監(jiān)控的動態(tài)數(shù)據(jù)。進入導(dǎo)出用電能耗數(shù)據(jù)功能界面，用戶可根據(jù)自身需求，導(dǎo)出選定時間段的用電能耗數(shù)據(jù)。開始用戶登錄系統(tǒng)驗證登錄信息是否正確選擇功能數(shù)據(jù)檢索/導(dǎo)出報表實時監(jiān)控用戶信息管理結(jié)束是否三、主要技術(shù)指標1、開發(fā)語言本設(shè)計采用的程序設(shè)計語言為C語言。C是一種精確、簡單、類型安全、面向?qū)ο蟮恼Z言，它是NETFRAMEWORK的代表語言。C是在JAVA流行起來后誕生的一種新的編程語言，因為是微軟研發(fā)的一種編程語言，基于微軟在操作系統(tǒng)上占有很大優(yōu)勢，因而C在未來還有很大的發(fā)展空間。不僅如此，基于NET平臺，C不僅在WINDOWSFORM方面擁有不錯的表現(xiàn)，在網(wǎng)站開發(fā)也能一展身手。C具有以下特點1完全面向?qū)ο蟆?支持分布式，之所以有C，是因為微軟相信分布式應(yīng)用程序是未來的趨勢，即處理過程分布在客戶機和服務(wù)器上。所以C一出生就注定了能很好解決分布式問題。3跟JAVA類似，C代碼經(jīng)過編譯后，成為了一種IL（中間語言）。在運行時，再把IL編譯為平臺專用的代碼。4健壯，C在檢查程序錯誤和編譯與運行時錯誤一點也不遜于JAVA，C也用了自動管理內(nèi)存機制。5C不像JAVA那樣完全摒棄了指針和手動內(nèi)存管理。C默認情況下是不能使用指針的，程序員在有必要時可以打開指針來使用。這樣可以保證編程的靈活性。6安全性C的安全性是有NET平臺來提供的。C代碼編譯后成為IL語言。是一種受控代碼，NET提供類型安全檢查等機制保證代碼是安全的。7可移植性由于C使用類似JAVA的中間語言機制。使得C也跟JAVA類似，可以很方便的移植到其他系統(tǒng)。在運行時，再把中間代碼編譯為適合特定機器的代碼。8解釋性C也是一種特殊的解釋性語言。9高性能C把代碼編譯成中間語言后，可以高效的執(zhí)行程序。10多線程與JAVA類似，可以由一個主進程分出多個執(zhí)行小任務(wù)的多線程。11組件模式C很適合組件開發(fā)。各個組件可以由其他語言實現(xiàn)的，然后集成在NET中。2、開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境采用的是MICROSOFTVISUALSTUDIO2013，VISUALSTUDIO是一套完整的開發(fā)工具集，用于生成ASPNETWEB應(yīng)用程序、XMLWEBSERVICES、桌面應(yīng)用程序和移動應(yīng)用程序。VISUALBASIC、VISUALC、VISUALC和VISUALJ全都使用相同的集成開發(fā)環(huán)境IDE，利用此IDE可以共享工具且有助于創(chuàng)建混合語言解決方案。另外，這些語言利用了NETFRAMEWORK的功能，通過此框架可使用簡化ASPWEB應(yīng)用程序和XMLWEBSERVICES開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。WINDOWS窗體用于在NETFRAMEWORK上創(chuàng)建MICROSOFTWINDOWS應(yīng)用程序。此框架提供一個有條理的、面向?qū)ο蟮?、可擴展的類集，能夠開發(fā)功能豐富的WINDOWS應(yīng)用程序。另外，WINDOWS窗體可作為多層分布式解決方案中的本地用戶界面。3、開發(fā)技術(shù)C/SCLIENT/SERVERC/S結(jié)構(gòu)，即大家熟知的客戶機和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到CLIENT端和SERVER端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。目前大多數(shù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)都是CLIENT/SERVER形式的兩層結(jié)構(gòu)，由于現(xiàn)在的軟件應(yīng)用系統(tǒng)正在向分布式的WEB應(yīng)用發(fā)展，WEB和CLIENT/SERVER應(yīng)用都可以進行同樣的業(yè)務(wù)處理，應(yīng)用不同的模塊共享邏輯組件；因此，內(nèi)部的和外部的用戶都可以訪問新的和現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)，通過現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)中的邏輯可以擴展出新的應(yīng)用系統(tǒng)。這也就是目前應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展方向。WINDOWSFORMS是微軟的NET開發(fā)框架的圖形用戶界面的一部分，該組件通過將現(xiàn)有的WINDOWSAPI（WIN32API）封裝為托管代碼提供了對WINDOWS本地（NATIVE）組件的訪問方式。雖然該組件看起來是為先前較復(fù)雜的基于C的微軟基礎(chǔ)類庫（MICROSOFTFOUNDATIONCLASSES，MFC）的替代品，但是它并沒有提供與MODELVIEWCONTROLLER“DOCUMENT/VIEW“架構(gòu)相應(yīng)的特色?！癉OCUMENT/VIEW“架構(gòu)已經(jīng)被“MDI（多文檔接口）”所取代。WINDOWSFORMS應(yīng)用程序是基于SYSTEMWINDOWSFORMS命名空間中的類構(gòu)建的。WINDOWSFORMS是NETFRAMEWORK的智能客戶端組件，NETFRAMEWORK是允許實現(xiàn)常見應(yīng)用程序任務(wù)（例如讀取和寫入文件系統(tǒng)）的一組托管庫。通過使用VISUALSTUDIO之類的開發(fā)環(huán)境，創(chuàng)建的WINDOWSFORMS應(yīng)用程序可以顯示信息、從用戶請求輸入并通過網(wǎng)絡(luò)與遠程計算機通信。在WINDOWSFORMS中，窗體是用于向用戶顯示信息的可視圖面，通常是通過在窗體上放置控件并開發(fā)對用戶操作（如鼠標單擊或按鍵）的響應(yīng)來構(gòu)建WINDOWSFORMS應(yīng)用程序?？丶怯糜陲@示數(shù)據(jù)或接受數(shù)據(jù)輸入的分立的用戶界面UI元素。WINDOWSFORMS包含各種可以放置到窗體上的控件即顯示文本框、按鈕、下拉框、單選按鈕甚至是網(wǎng)頁的控件。如果某一現(xiàn)有控件不符合需求，WINDOWSFORMS還支持使用USERCONTROL類來創(chuàng)建自定義控件。WINDOWSFORMS具有豐富多樣的UI控件，這些控件可模擬高端應(yīng)用程序（如MICROSOFTOFFICE）中的功能。使用TOOLSTRIP和MENUSTRIP控件，可以創(chuàng)建包含文本和圖像的工具欄及菜單、顯示子菜單并托管文本框和組合框之類的其他控件。借助VISUALSTUDIO拖放式窗體設(shè)計器，可以輕松創(chuàng)建WINDOWSFORMS應(yīng)用程序只需用光標選中控件，然后將它們放置到窗體上的所需位置即可。該設(shè)計器提供了網(wǎng)格線和“捕捉線”之類的工具，省去了使用對齊控件的麻煩。無論是使用VISUALSTUDIO還是在命令行處進行編譯，都可以通過FLOWLAYOUTPANEL、TABLELAYOUTPANEL和SPLITCONTAINER控件以最少的時間和精力來創(chuàng)建高級窗體布局。許多應(yīng)用程序必須顯示來自數(shù)據(jù)庫、XML文件、XMLWEB服務(wù)或其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。WINDOWSFORMS提供了一個名為DATAGRIDVIEW的靈活控件，用于以傳統(tǒng)的行和列格式呈現(xiàn)這樣的表格數(shù)據(jù)，以便每段數(shù)據(jù)都可以占據(jù)其自己的單元格。使用DATAGRIDVIEW可以實現(xiàn)眾多功能，包括自定義個別單元格的外觀、將任意行和列鎖定在適當位置，以及在單元格內(nèi)顯示復(fù)合控件。使用WINDOWSFORMS智能客戶端就可輕松地通過網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)源。BINDINGSOURCE組件是VISUALSTUDIO和NETFRAMEWORK中WINDOWSFORMS的新增組件，它表示向數(shù)據(jù)源的連接，并提供用于將數(shù)據(jù)綁定到控件、導(dǎo)航到上一條和下一條記錄、編輯記錄以及將更改保存回原始源的方法。BINDINGNAVIGATOR控件在BINDINGSOURCE組件之上提供了一個簡單界面，供用戶在各記錄間導(dǎo)航時使用。SOCKET通信技術(shù)。SOCKET，通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄。在INTERNET上的主機一般運行了多個服務(wù)軟件，同時提供幾種服務(wù)。每種服務(wù)都打開一個SOCKET，并綁定到一個端口上，不同的端口對應(yīng)于不同的服務(wù)。SOCKET是面向客戶/服務(wù)器模型而設(shè)計的，針對客戶和服務(wù)器程序提供不同的SOCKET系統(tǒng)調(diào)用?？蛻綦S機申請一個SOCKET，系統(tǒng)為之分配一個SOCKET號；服務(wù)器擁有全局公認的SOCKET，任何客戶都可以向它發(fā)出連接請求和信息請求。SOCKET利用客戶/服務(wù)器模式巧妙地解決了進程之間建立通信連接的問題。服務(wù)器SOCKET半相關(guān)為全局所公認非常重要。假如通信雙方?jīng)]有任何一方的SOCKET固定，就好比打電話的雙方彼此不知道對方的電話號碼，要通話是不可能的。根據(jù)連接啟動的方式以及本地套接字要連接的目標，套接字之間的連接過程可以分為三個步驟服務(wù)器監(jiān)聽，客戶端請求，連接確認。（1）服務(wù)器監(jiān)聽是服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。（2）客戶端請求是指由客戶端的套接字提出連接請求，要連接的目標是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請求。（3）連接確認是指當服務(wù)器端套接字監(jiān)聽到或者說接收到客戶端套接字的連接請求，它就響應(yīng)客戶端套接字的請求，建立一個新的線程，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶端，一旦客戶端確認了此描述，連接就建立好了。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請求。4、需求分析要進行程序開發(fā)，首先要對系統(tǒng)進行需求分析，需要實現(xiàn)什么功能，需要哪些功能模塊，設(shè)計程序的框架，這樣有利于系統(tǒng)開發(fā)人員高效地進行編碼工作。在程序編寫之初，編寫人員需要詳細了解WINDOWSFORMS開發(fā)、C語言的語法、SOCKET通信編程以及UDP報文的相關(guān)知識。在建筑用電能耗監(jiān)控系統(tǒng)中，程序主體是監(jiān)控當前用電能耗的監(jiān)控界面、用電能耗數(shù)據(jù)查詢以及監(jiān)控人員信息管理是其輔助功能。用電能耗監(jiān)控需要實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)采集開關(guān)、用電數(shù)據(jù)實時顯示用電能耗數(shù)據(jù)查詢需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)條件檢索、導(dǎo)出EXCEL報表用戶信息管理需要實現(xiàn)用戶注冊、登陸、信息修改5、建筑用電能耗監(jiān)控系統(tǒng)分析功能模塊分析在監(jiān)控界面中，分為三個功能模塊（1）從智能電表中讀取用電信息的數(shù)據(jù)獲取模塊；（2）將獲取的信息以圖表的形式顯示在用戶界面的信息顯示模塊；（3）將從智能電表中采集到的用電數(shù)據(jù)整理并存儲到數(shù)據(jù)庫的信息存儲模塊；在用電數(shù)據(jù)查詢界面中，需要實現(xiàn)以下功能模塊（1）根據(jù)特定條件，將數(shù)據(jù)庫中符合條件的數(shù)據(jù)檢索出來顯示在查詢界面的用電數(shù)據(jù)檢索模塊；（2）將檢索結(jié)果以EXCEL表格的形式導(dǎo)出的數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊；在人員信息管理中，需要實現(xiàn)用戶信息注冊，用戶登陸，用戶信息修改這3個功能。界面設(shè)計分析1、用戶注冊界面用于用戶信息填寫，包括賬號、密碼、用戶姓名、用戶權(quán)限2、用戶登錄界面當用戶輸入的賬號密碼與數(shù)據(jù)庫中的用戶信息匹配時，顯示“登錄成功”并跳轉(zhuǎn)到主界面，若信息不符合則顯示“登錄失敗”3、用戶信息修改界面普通權(quán)限用戶可修改自己賬號的信息，管理員權(quán)限用戶可修改其他賬號的信息4、主界面顯示用戶信息修改、用電能耗監(jiān)控界面、用電能耗數(shù)據(jù)檢索界面的按鈕，點擊后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)界面。5、用電能耗監(jiān)控界面顯示用電能耗實時數(shù)據(jù)，點擊數(shù)據(jù)采集開關(guān)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的開始和停止。6、用電能耗數(shù)據(jù)檢索界面根據(jù)用戶輸入的條件（如時間段，用電量）檢索數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)結(jié)果并顯示、用戶指定時間段導(dǎo)出EXCEL報表。6、程序優(yōu)點1簡化數(shù)據(jù)采集過程，完成對用電數(shù)據(jù)的高效、準確采集。2實時用電數(shù)據(jù)的圖表化顯示，形象、直觀。3圖形化的操作界面，便于用戶操作。4用電能耗數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，安全、有序。5導(dǎo)出EXCEL報表后，能夠通過EXCEL中的更強大的功能，進行數(shù)據(jù)分析，便于以后的科研工作。四、進度計劃第12周完成一篇5000字的技術(shù)性英文文獻翻譯，完成開題報告和綜述報告第34周對課題進行需求分析，完成需求分析報告第56周對系統(tǒng)進行總體設(shè)計第78周進行詳細設(shè)計，完成各模塊詳細功能第910周編寫程序第1114周測