家庭用电管理系统

随着智能电网建设步伐的加快以及居民用电需求的日益复杂化，传统家庭用电管理
方法面临诸多挑战，如能耗监测的滞后性、安全隐患预警机制的缺失以及设备控制的分
散性等问题。本研究针对上述问题，基于浏览器/服务器（B/S）架构，开发了一套融合
多模态感知技术和人工智能的家庭用电管理系统，旨在通过数据驱动的方式，实现用电
效率的优化与安全防护能力的同步提升。
该系统采用SpringBoot与MyBatis作为后端开发框架，并利用Vue3.0技术实现前
端业务逻辑，数据库方面则采用MySQL5.5进行构建。在功能创新方面，本系统具有以
下三个创新点：首先是电气数据与人工智能相结合。基于电压、电流、功率因数、有功
功率、无功功率等电气特征，构建包含批归一化层的全连接神经网络模型。通过PyTorch
框架处理后输出8类电器识别结果。其次是动态安全防护，利用EMQX消息中间件构建
基于MQTT协议的通信层，实现了故障响应时间小于5秒的秒级预警机制。最后是智能
用电策略生成。整合用户用电行为，利用LSTM模型对用户用电数据进行分析，生成个
性化用电策略。
经实际应用证明，本系统大幅度优化了家庭用电管理流程：极大程度提高了用电器
管理效率，实现了98.3%的家庭常用电器识别准确率，提供了多样化的用电选择以及不
同的电费缴纳策略。该系统为“十四五”规划能源互联网建设提供终端节点解决方案，
助力“双碳”目标下居民用电的绿色转型。

该系统采用了典型的分层架构设计，主要划分为以下层级：用户界面层、应用层、
业务逻辑层、数据访问层、基础组件层、AOP层，并增设了数据安全与权限管理模块。
网页端是用户界面层的主要入口，它提供直观界面，用来与系统交互，用户能从该界面
访问应用层的功能模块。应用层负责直接与用户需求对接，它包含多个功能模块，像用
电器管理模块、个性化指令模块、用电警示模块以及个人信息模块。
业务逻辑层是系统的核心部分，其主要负责处理应用逻辑，像用电器管理、数据查
看以及用户管理这些模块都在业务逻辑层里。用电器管理模块可对设备进行增删改操作，
且具备批量管理功能。数据查看模块的主要职责是查询历史用电数据以及当前设备数据，
并对其进行精细化的处理与分类。用户的注册与登录、角色权限分配以及个人信息数据
库的维护都由用户管理模块负责。业务逻辑层和应用层紧密相连，这能给应用功能的达
成予以支撑。
数据访问层承担着底层数据库交互的责任，其能够对数据进行存储与读取，像资源
库、业务数据库、配置库、用户数据库等都包含在内。资源库存储所包含基本资源数据，
业务数据库存储与用户有关的业务数据，用户数据库则存储着与用户相关的信息。
基础组件层是系统运行的技术根基，能给予关键的技术保障。 这一层借助MySQL
来实现数据的持久化存储，用WebSocket达成实时通信，凭借MQTT协议高效传输数据。
在前后端框架这块儿，前端用的是Vue框架，后端则用SpringBoot框架来开发。而且，
后端还通过Scheduled实现定时任务的调度。这些基础组件一起保障了系统的稳定与高
效运行。
AOP 层具备日志记录、权限控制、定时任务的实现等功能。日志记录模块负责记录
系统运行时的关键日志信息。权限控制模块则用于判断不同用户的身份信息并进行相应
的操作。定时任务模块支持后台任务的定时执行。异常处理模块负责捕获系统运行中的
异常，以保障系统的稳定性。
总体而言，这个系统架构层次清晰，功能模块明确，把功能性、扩展性和安全性都
考虑周全了。功能性上，该系统涵盖了用电管理、个性化指令生成及用户管理等全面的
业务逻辑。扩展性上，借助模块化设计，方便后续功能的拓展与升级。在安全性方面，
从数据存储、传输到身份验证，多方面的保障了数据的安全。在技术实现这块儿，系统
运用了SpringBoot、Vue、WebSocket、MQTT 等现代技术栈，性能不错，扩展能力良好。
该架构设计适用于家庭用电管理系统，并能满足多样化的用户需求及应用场景。

项目角色一共五人，开发了半个月。我负责了Web端前端的开发，整个后端的开发以及MQTT服务器通信功能、用电器类型判断以及用电规律算法。
项目上前端用的Vue3,后端用的SpringBoot，用的Satoken实现权限控制和身份认证，Mybatis实现数据库的功能、基于Pytorch框架实现用电器类型判断，用的LSTM实现用电规律算法。