家庭能源管理系统的设计与实现

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1、家庭能(申请工学硕士学位论文)源管理系统的设计家庭能源管理系统与实的设计与实现现鲁智勇培养单位：信息工程学院学科专业：通信与信息系统武汉研究生：鲁智勇理工指导教师：黄秋元教授大学2014年4月万方数据分类号密级公开UDC学校代码10497学位论文题目家庭能源管理系统的设计与实现英文TheDesignandRealization题目ofhomeenergymanagementsystem研究生姓名鲁智勇姓名黄秋元职称教授学位博士指导教师单位名称信息工程学院邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称通信与信息系统论文提交日期2014年4月论

2、文答辩日期2014年4月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2014年4月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构

3、送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期万方数据摘要近些年来，为了实现对家庭内能源的智能化控制，家庭能源管理系统已经成为研究的热点问题。国内外的部分大型公司已经提出了它们的

4、相关设计产品，并在部分地方进行试点。然而，在我国小区智能化进程中，由于受到大部分城区能源网络比较老化的限制，全面推广小区智能化遇到了诸如能源网络改造工程大、时间久、成本高等问题。本文是针对我国旧式小区能源网络而提出的一款家庭能源管理系统（HEMS），在不需要对现有的能源网络进行大幅度改造的前提下，实现住宅内能源使用的远程管控。本文主要完成了以下几个方面的工作：第一，对本系统进行了系统设计分析，确立了系统的相关功能需求以及系统设计的可行性方案；第二，根据系统设计分析，制定了系统设计的原理框图，并对系统的各模块电路设计提出了相关要求；第三，按

5、照原理框图实现系统的各个模块电路，并使用Cadence软件完成整个系统电路的设计；第四，运用Cadence软件完成对系统的PCB设计；第五，运用Cadence软件完成对系统中高速电路（DDR3电路）的信号完整性仿真；最后，在系统PCB生产以后，完成了对系统的功能测试。本文采用高性能的开关电源为系统的供电，使整个系统的电源满足低噪声、高瞬态响应的要求。系统的电量检测模块采用专用的电能测量芯片，确保了测量的准确性，同时采用多块芯片组合使用，扩展了系统的测量能力。接着利用光耦隔离器件良好的光电隔离性能以及三极管的开关特性，实现了系统与外部传感器

6、的隔离，解决了系统受外界干扰的问题。针对现阶段智能产品对系统存储性能的要求，系统采用DDR3、Flash和SDCard相结合的方式，既保证了系统的运行速度，又保证了系统的存储量。与此同时，系统预留了大量的通信接口，提升了系统的扩展能力。DDR3模块电路的设计是整个系统成败与否的关键问题之一。本文针对DDR3信号传输中可能存在的问题，利用高速电路设计的相关知识，结合Cadence高速电路设计工具，对系统的核心处理器与DDR3的信号传输进行仿真，通过与芯片手册的相关数据进行对比，最终确定了满足芯片噪声容限的相关参数，例如驱动器输出阻抗、信号线

7、的特征阻抗、以及各类信号线的最小间距、线长等。解决了该模块电路的信号完整性问题。经过测试表明：系统的电源部分，除了1.5V的其他电源纹波的峰峰值都不超过100mv，而1.5V电源作为DDR3的供电电源，在实际中测得的值为120mv，I万方数据小于DDR3芯片手册中要求的150mv，所以系统的电源部分设计满足要求；系统的DDR3电路在实际测试中各信号没有明显的过冲现象，各信号的AC/DC特性满足芯片手册的要求；系统的UART接口电路的信号时序也满足相应芯片手oo册要求。系统的温度测试表明，系统在-20C—+50C的温度范围内均能正常工作，符

8、合系统在实际生活中应用的标准。关键词：HEMS，以太网，远程抄表，远程控制，信号完整性II万方数据AbstractInrecentyears,inordertorealizetheintell