上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（開題報(bào)告）學(xué)院電子電氣工程學(xué)院專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生指導(dǎo)教師題目建筑用電能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)定進(jìn)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(jì)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(jì)，目前中國(guó)建筑能耗在能源總消費(fèi)量中所占的比例已高達(dá)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(duì)建筑用電能消耗指標(biāo)的實(shí)時(shí)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(xué)依據(jù)，為大量降低建筑能耗提供科學(xué)管理手段。我國(guó)是世界第一大發(fā)展中國(guó)家，隨著社會(huì)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(shí)，能耗的缺口將達(dá)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(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集智能電表中的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行分析，為今后節(jié)能減排提供科學(xué)依據(jù)。在軟件設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)監(jiān)控建筑內(nèi)各區(qū)域的用電情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電能耗使用的全參數(shù)、全過程的數(shù)據(jù)采集，運(yùn)用計(jì)算機(jī)可實(shí)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(dòng)力資源的浪費(fèi)。在采集到智能電表的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成當(dāng)前用電情況的動(dòng)態(tài)圖表，為監(jiān)控者提供最直觀的當(dāng)前建筑用電能耗使用情況，同時(shí)后臺(tái)會(huì)把采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存入數(shù)據(jù)庫中，以便對(duì)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(shí)日益增強(qiáng)，作為能耗大戶，建筑節(jié)能勢(shì)必會(huì)成為首要目標(biāo)。隨著智能電表的普及和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)用電能耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集將會(huì)替代人工數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，可以將龐大而復(fù)雜的能耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)潔而直觀的報(bào)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(jì)可行性建筑用電能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)成本較小，需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一個(gè)智能電表、一個(gè)RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器進(jìn)行軟件開發(fā)和測(cè)試，軟件方面需要VISUALSTUDIO2013及SQLSERVER2012作為開發(fā)工具，總計(jì)花費(fèi)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(jià)值和實(shí)用性。在軟件的后期維護(hù)上，由于使用C這一主流編程語言進(jìn)行開發(fā)，因此軟件維護(hù)人員不難尋找，該系統(tǒng)功能并不復(fù)雜，維護(hù)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(hù)較為簡(jiǎn)單。在大學(xué)期間，我通過創(chuàng)新項(xiàng)目積累了一定的WINDOWSFORM程序的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，所以這次使用WINDOWSFORM客戶端形式進(jìn)行軟件的編寫。3、社會(huì)可行性隨著社會(huì)發(fā)展不斷進(jìn)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(shí)施建筑用電能耗的節(jié)能減排需要大量的真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。本監(jiān)控系統(tǒng)僅需一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，能提供建筑用電耗能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以向社會(huì)推廣。與此同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)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(fèi)，提高精確性。二、主要工作內(nèi)容根據(jù)實(shí)際情況與整個(gè)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(cè)功能。用戶通過驗(yàn)證后，登錄到系統(tǒng)的歡迎界面，選擇使用實(shí)時(shí)監(jiān)控或?qū)С鲇秒娔芎臄?shù)據(jù)功能。進(jìn)入實(shí)時(shí)監(jiān)控功能界面，用戶可看到實(shí)時(shí)監(jiān)控的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。進(jìn)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(shí)間段的用電能耗數(shù)據(jù)。開始用戶登錄系統(tǒng)驗(yàn)證登錄信息是否正確選擇功能數(shù)據(jù)檢索/導(dǎo)出報(bào)表實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶信息管理結(jié)束是否三、主要技術(shù)指標(biāo)1、開發(fā)語言本設(shè)計(jì)采用的程序設(shè)計(jì)語言為C語言。C是一種精確、簡(jiǎn)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?yàn)槭俏④浹邪l(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(shì)，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(tái)，C不僅在WINDOWSFORM方面擁有不錯(cuò)的表現(xiàn)，在網(wǎng)站開發(fā)也能一展身手。C具有以下特點(diǎn)1完全面向?qū)ο蟆?支持分布式，之所以有C，是因?yàn)槲④浵嘈欧植际綉?yīng)用程序是未來的趨勢(shì)，即處理過程分布在客戶機(jī)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(yùn)行時(shí)，再把IL編譯為平臺(tái)專用的代碼。4健壯，C在檢查程序錯(cuò)誤和編譯與運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤一點(diǎn)也不遜于JAVA，C也用了自動(dòng)管理內(nèi)存機(jī)制。5C不像JAVA那樣完全摒棄了指針和手動(dòng)內(nèi)存管理。C默認(rèn)情況下是不能使用指針的，程序員在有必要時(shí)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(tái)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(jī)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(jī)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(yùn)行時(shí)，再把中間代碼編譯為適合特定機(jī)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(gè)主進(jìn)程分出多個(gè)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(gè)組件可以由其他語言實(shí)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(dòng)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(jiǎn)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(gè)有條理的、面向?qū)ο蟮?、可擴(kuò)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(jī)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(shì)，將任務(wù)合理分配到CLIENT端和SERVER端來實(shí)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(jìn)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(kuò)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(duì)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。“DOCUMENT/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(shí)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(qǐng)求輸入并通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)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(duì)用戶操作（如鼠標(biāo)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(jì)器，可以輕松創(chuàng)建WINDOWSFORMS應(yīng)用程序只需用光標(biāo)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(jì)器提供了網(wǎng)格線和“捕捉線”之類的工具，省去了使用對(duì)齊控件的麻煩。無論是使用VISUALSTUDIO還是在命令行處進(jìn)行編譯，都可以通過FLOWLAYOUTPANEL、TABLELAYOUTPANEL和SPLITCONTAINER控件以最少的時(shí)間和精力來創(chuàng)建高級(jí)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(gè)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(shí)現(xiàn)眾多功能，包括自定義個(gè)別單元格的外觀、將任意行和列鎖定在適當(dāng)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(gè)簡(jiǎn)單界面，供用戶在各記錄間導(dǎo)航時(shí)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(gè)通信鏈的句柄。在INTERNET上的主機(jī)一般運(yùn)行了多個(gè)服務(wù)軟件，同時(shí)提供幾種服務(wù)。每種服務(wù)都打開一個(gè)SOCKET，并綁定到一個(gè)端口上，不同的端口對(duì)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(jì)的，針對(duì)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(jī)申請(qǐng)一個(gè)SOCKET，系統(tǒng)為之分配一個(gè)SOCKET號(hào)；服務(wù)器擁有全局公認(rèn)的SOCKET，任何客戶都可以向它發(fā)出連接請(qǐng)求和信息請(qǐng)求。SOCKET利用客戶/服務(wù)器模式巧妙地解決了進(jìn)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(rèn)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(duì)方的電話號(hào)碼，要通話是不可能的。根據(jù)連接啟動(dòng)的方式以及本地套接字要連接的目標(biāo)，套接字之間的連接過程可以分為三個(gè)步驟服務(wù)器監(jiān)聽，客戶端請(qǐng)求，連接確認(rèn)。（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(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。（2）客戶端請(qǐng)求是指由客戶端的套接字提出連接請(qǐng)求，要連接的目標(biāo)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(hào)，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請(qǐng)求。（3）連接確認(rèn)是指當(dāng)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(qǐng)求，它就響應(yīng)客戶端套接字的請(qǐng)求，建立一個(gè)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(rèn)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(qǐng)求。4、需求分析要進(jìn)行程序開發(fā)，首先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，需要實(shí)現(xiàn)什么功能，需要哪些功能模塊，設(shè)計(jì)程序的框架，這樣有利于系統(tǒng)開發(fā)人員高效地進(jìn)行編碼工作。在程序編寫之初，編寫人員需要詳細(xì)了解WINDOWSFORMS開發(fā)、C語言的語法、SOCKET通信編程以及UDP報(bào)文的相關(guān)知識(shí)。在建筑用電能耗監(jiān)控系統(tǒng)中，程序主體是監(jiān)控當(dāng)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(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)采集開關(guān)、用電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示用電能耗數(shù)據(jù)查詢需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)條件檢索、導(dǎo)出EXCEL報(bào)表用戶信息管理需要實(shí)現(xiàn)用戶注冊(cè)、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(gè)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(chǔ)到數(shù)據(jù)庫的信息存儲(chǔ)模塊；在用電數(shù)據(jù)查詢界面中，需要實(shí)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(shí)現(xiàn)用戶信息注冊(cè)，用戶登陸，用戶信息修改這3個(gè)功能。界面設(shè)計(jì)分析1、用戶注冊(cè)界面用于用戶信息填寫，包括賬號(hào)、密碼、用戶姓名、用戶權(quán)限2、用戶登錄界面當(dāng)用戶輸入的賬號(hào)密碼與數(shù)據(jù)庫中的用戶信息匹配時(shí)，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(hào)的信息，管理員權(quán)限用戶可修改其他賬號(hào)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(diǎn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集開關(guān)實(shí)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(shí)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(shí)間段導(dǎo)出EXCEL報(bào)表。6、程序優(yōu)點(diǎn)1簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)采集過程，完成對(duì)用電數(shù)據(jù)的高效、準(zhǔn)確采集。2實(shí)時(shí)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(bào)表后，能夠通過EXCEL中的更強(qiáng)大的功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，便于以后的科研工作。四、進(jìn)度計(jì)劃第12周完成一篇5000字的技術(shù)性英文文獻(xiàn)翻譯，完成開題報(bào)告和綜述報(bào)告第34周對(duì)課題進(jìn)行需求分析，完成需求分析報(bào)告第56周對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)第78周進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成各模塊詳細(xì)功能第910周編寫程序第1114周測(cè)