电费查询管家-家庭用电实时监控与节能优化助手技术文档
1. 系统概述
电费查询管家-家庭用电实时监控与节能优化建议助手是一款面向家庭用户的智能化用电管理工具，旨在通过实时数据采集、AI分析与可视化交互，帮助用户优化用电行为、降低能耗成本。系统基于物联网技术构建，涵盖硬件感知层、云端分析层与移动应用层，支持多设备接入与多场景适配。
1.1 设计目标
实时监控：精准采集家庭用电设备的电流、电压、功率等参数，提供秒级数据更新。
节能优化：结合用户习惯与设备特性，生成个性化节能建议（如峰谷电价时段调度、高耗能设备使用提醒）。
异常预警：识别用电异常（如漏电、短路）并推送报警，保障家庭用电安全。
可视化分析：通过图表展示日/月/年用电趋势，支持与历史数据对比分析。
2. 技术架构设计
2.1 系统分层架构
系统采用B/S架构与微服务设计模式，分为以下层次：
感知层：集成STM32微控制器的高精度传感器模块（如ACS712电流传感器、LV25-P电压传感器），支持Zigbee/Wi-Fi双模通信。
传输层：通过MQTT协议实现设备与云端数据交互，支持断点续传与数据加密。
平台层：基于Spring Cloud构建分布式服务集群，包含设备管理、数据分析、用户权限等微服务模块。
应用层：提供Android/iOS双端应用及Web管理后台，采用Vue.js框架实现动态数据可视化。
2.2 核心技术方案
AI能耗预测：基于LSTM算法分析历史用电数据，预测未来24小时能耗曲线，准确率达95%以上。
动态优化引擎：结合电价政策（如峰谷分时电价）与设备能效标签，生成设备启停建议与用电计划。
边缘计算：在本地网关部署轻量级算法，实现异常用电行为（如过载）的毫秒级响应。
3. 功能模块说明
3.1 实时监控模块
多设备兼容：支持智能插座、空调、热水器等常见家电的接入，覆盖90%以上家庭用电场景。
数据看板：显示实时功率、累计电量、二氧化碳减排量等核心指标，支持设备级能耗钻取分析。
3.2 数据分析模块
能效报告：按周/月生成用电报告，对比同类家庭能耗水平并提供改进评分。
费用预测：基于当前用电速率与电价计算预估电费，支持自定义预算告警阈值。
3.3 节能建议模块
场景化策略：
峰谷调度：自动推荐洗衣机、电动车充电等高功率设备在谷电价时段运行。
待机优化：识别长期待机设备（如机顶盒、路由器），提示关闭或启用智能排插联动。
AI互动：通过自然语言处理（NLP）解答用户疑问，例如“如何降低空调耗电？”。
3.4 用户界面模块
交互设计：采用卡片式布局，主界面分为“实时监控”“节能中心”“我的账单”三大功能区。
多端同步：移动端与Web端数据实时同步，支持家庭成员共享账户与权限分级管理。
4. 使用说明与配置要求
4.1 设备连接与初始化
1. 硬件部署：
将电流传感器接入家庭配电箱主回路，电压传感器并联至火线/零线。
网关设备需连接家庭路由器，确保信号覆盖范围≥50㎡。
2. 软件配置：
下载“电费查询管家”APP，扫描设备二维码完成绑定。
设置家庭位置、电价类型（阶梯/分时）及重点关注设备列表。
4.2 核心参数设置
| 参数项 | 推荐值 | 说明 |
| 数据采样频率 | 1次/秒 | 平衡精度与存储开销 |
| 异常告警阈值 | 功率波动≥30%持续10秒 | 可自定义调节灵敏度 |
| 云端存储周期 | 默认12个月 | 支持导出CSV备份至本地 |
4.3 典型使用场景
日常监控：通过APP首页查看实时总功率曲线，快速定位高耗能设备。
账单管理：关联电力公司账号自动同步账单，对比系统测算值验证准确性。
节能训练：参与“节能挑战”活动，完成AI推荐任务获取积分奖励。
5. 开发与测试规范
5.1 开发环境要求
硬件：Intel i5以上CPU/16GB RAM/200GB存储，支持Docker容器化部署。
软件：
后端：JDK 11+/Spring Boot 2.7+/MySQL 8.0+
前端：Node.js 16+/Vue 3.0+/Element Plus
协议：遵循Modbus RTU（传感器通信）与HTTPS RESTful API（服务交互）标准。
5.2 测试用例设计
压力测试：模拟1000设备并发上传数据，验证云端吞吐量≥5000条/秒。
能效验证：选取典型家庭（3口之家，家电15台）连续运行30天，实测节电率≥12%。
6. 维护与升级策略
电费查询管家-家庭用电实时监控与节能优化建议助手采用持续交付（CI/CD）模式，提供以下维护保障：
OTA升级：每月推送功能优化包，用户可设置自动更新或手动确认。
故障诊断：内置远程日志采集工具，支持工程师在线分析传感器漂移、通信中断等问题。
生态扩展：未来计划接入太阳能发电监测、电动汽车V2G调度等新型能源场景。
通过以上技术方案与功能设计，电费查询管家-家庭用电实时监控与节能优化建议助手将帮助用户实现从“用电可见”到“节能可控”的跨越，推动家庭能源管理向智能化、可持续化方向发展。如需获取完整接口文档与部署指南，请访问项目代码仓库。
