基于D1-H哪吒的分布式能源智慧管理和M2M交易系统

项目演示

本项目应用物联网和区块链技术，基于 RISC-V 架构的 D1-H Dock Pro 设计开发了一套分布式能源智慧管理小型示范系统，在该系统上实现了能源生产和消费数据的实时监测，以及 M2M 自主交易。未来可以扩展更多的联网方式如 4G、5G、NBIoT 等，便于适应多样化部署环境的需求。

系统实施过程中，分布式风光储一体小型电站通过风力和太阳光生产清洁能源，并存储在储能电池中，产生的能源数据通过专用网关传输至物联网后台;当有电器负载需要充电时，打开智能开关并计量充电量，将充电数据上传至物联网后台;利用 IOTA 区块链和充电数据等信息，在能源生产端(电站) 和消费端(智能开关与负载)之间进行能源交易结算。

• 电站实物图

• 网关和智能开关实物图

• 后台管理网页

PART01 分布式小型电站系统

• 搭建电站系统

风光互补发电监测系统由风光互补充电控制器、风力发电机、太阳能电池板、储能电池、逆变器、RS458-WiFi 网关构成。电站利用太阳能和风能发电，并将电能存储在储能电池中，可以为交流和直流负载供电。

• D1-H Dock Pro网关

为了实现对电站的智能监测，项目使用 D1-H Dock Pro 开发板设计开发一款专用网关，实时采集电池控制器、气象环境传感器等其它传感器的数据，并通过无线通信方式(WiFi)以 HTTP 协议或 MQTT协议将传感器数据上传至物联网后台。

智能硬件终端(分布式风光储一体小型电站、智能开关)产生的数据和控制信号通过 WiFi 上 传 至 物 联 网 和 区 块 链 后 台 系 统 。后 台 系 统 构 主 要 包括 MQTT Broker、REST API 服务、Web 服务和区块链服务。

PART02 智能开关系统

智能开关用于能源消费端，实现对能源消费者(电器负载)的供电控制、电能消费数据的采集和传输等功能。该智能开关基于 D1-H Dock Pro 开发板进行设计开发，通过开发板的 I/O 口控制继电器、UART 接收电能计量模块的数据。设计一个扩展电路板与开发板配合使用，扩展电路板集成电能计量模块、继电器等。本文设计的智慧开关的功能主要是控制电器开关与计量电器用电参数以及环境参数并上传到云端服务器。

PART03 M2M交易系统

• IOTA Client的搭建

基于 IOTA 的开源 Rust 项目 iota.rs 的 Production 版，使用Docker 在境外服务器上搭建 IOTAClient 以连接 Hornet 节点，从而连接 IOTA 网络的开发版 Devnet。当机器人发送充电请求时，通过 IOTAClient 连接 Hornet 节点，实现身份验证、账户余额查询、M2M 交易等功能。

• Web交易系统

用户登录 Web 界面，能源生产者（电站）将传感器数据通过MQTT 消息发布给网页，网页进行实时可视化显示。消费者向网页发布请求充电的 MQTT 消息，网页收到消息后，通过 IOTAClient 连接 Hornet 以获取消费者的账户余额，当账户余额足够时，网页发布 MQTT 消息，使智能开关打开，智能开关每隔一段时间将用电量返回给网页，网页通过 IOTAClient 连接 Hornet 进行定时交易。消费者通过 MQTT 消息向网页发布停止充电的信息，网页关闭智能开关，并保存此消费者的交易记录，包括交易双方、交易金额、交易电量及交易时间等，供用户查询历史数据。

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