一、引言

二、技术背景

1. 鸿蒙能耗数据管理能力

• ​​多源数据采集​​：支持连接智能电表（如鸿蒙认证的电表设备）、家电内置传感器（如空调的功率监测模块），实时获取用电量数据（单位：kWh）；
• ​​分布式存储​​：通过分布式数据库（如 @ohos.data.preferences 或关系型数据库）存储历史能耗数据，支持跨设备同步（如手机、平板、智慧屏查看同一份数据）；
• ​​多维度分析​​：按日/周/月维度聚合数据（如“今日总用电量”“本周日均用电量”“本月各设备耗电占比”），并通过图表直观展示趋势；
• ​​可视化图表​​：集成柱状图、折线图等组件，支持动态更新与交互（如点击图表查看详情）。

2. 核心数据类型

• ​​实时用电量​​：设备当前的瞬时功率（单位：W）或短期累计电量（如每分钟采集一次，汇总为 kWh）；
• ​​历史能耗数据​​：按时间戳存储的每日/每周/每月总用电量（用于趋势分析）；
• ​​设备分类数据​​：不同家电（如空调、冰箱、照明）的独立用电量记录（用于占比分析）。

三、应用使用场景

1. 家庭能源管理

• ​​场景描述​​：用户通过手机 APP 查看“今日用电量 1.2kWh（比昨日减少 5%）”“本月空调耗电 120kWh（占比 45%）”，并通过柱状图对比各房间设备的耗电情况；
• ​​需求​​：实时数据更新（每分钟/每小时）、多设备分类统计、日/周/月维度切换。

2. 智能家居节能优化

• ​​场景描述​​：系统自动分析“冰箱夜间耗电异常（凌晨 2~5 点用电量比平时高 30%）”，推送提醒用户检查冰箱门密封性；
• ​​需求​​：异常数据检测（如突增/突减）、自动化报告生成（如每日能耗摘要）。

3. 租赁房屋/公寓管理

• ​​场景描述​​：房东通过管理后台查看“301 房间本月用电量 80kWh（超基础套餐 10%）”，向租客发送能耗提醒；
• ​​需求​​：多租户数据隔离、用量阈值预警（如超套餐自动通知）。

4. 工业设备监控

• ​​场景描述​​：工厂通过能耗系统监测“生产线 A 每日用电量 500kWh（占全厂 60%）”，优化生产排班以降低峰值用电成本；
• ​​需求​​：高精度数据采集（如每秒采集功率）、多设备聚合分析。

四、不同场景下详细代码实现

场景 1：手机端展示日/周/月用电量图表（基础版）

1.1 项目结构

EnergyStatsApp/
├── entry/src/main/ets/pages/
│   ├── Index.ets          // 主页面（图表展示与维度切换）
│   └── EnergyManager.ets  // 能耗数据采集与处理逻辑
├── entry/src/main/module.json5  // 模块配置（声明分布式权限）
└── build-profile.json5

1.2 分布式权限配置（module.json5）

{
  "module": {
    "name": "entry",
    "type": "entry",
    "description": "$string:module_desc",
    "mainElement": "EntryAbility",
    "deviceTypes": [
      "phone",  // 支持手机端展示
      "tablet"  // 可扩展平板端
    ],
    "deliveryWithInstall": true,
    "installationFree": false,
    "requestPermissions": [
      {
        "name": "ohos.permission.DISTRIBUTED_DATA",  // 分布式数据存储权限
        "reason": "$string:data_permission_reason"
      },
      {
        "name": "ohos.permission.SENSOR",  // 传感器权限（如电表功率传感器）
        "reason": "$string:sensor_permission_reason"
      }
    ],
    "abilities": [
      {
        "name": "EntryAbility",
        "srcEntry": "./ets/entryability/EntryAbility.ts",
        "description": "$string:EntryAbility_desc",
        "icon": "$media:icon",
        "label": "$string:EntryAbility_label",
        "startWindowIcon": "$media:icon",
        "startWindowBackground": "$color:start_window_background",
        "exported": true,
        "skills": [
          {
            "entities": [
              "entity.system.home"
            ],
            "actions": [
              "action.system.home"
            ]
          }
        ]
      }
    ]
  }
}

1.3 能耗数据管理逻辑（EnergyManager.ets）

// entry/src/main/ets/pages/EnergyManager.ets
import distributedData from '@ohos.data.distributedData'; // 鸿蒙分布式数据服务
import sensor from '@ohos.sensor'; // 传感器框架（用于采集电表功率）

export class EnergyManager {
  private energyData: Array<{ timestamp: number; value: number }> = []; // 存储历史数据（时间戳+用电量kWh）
  private isMonitoring: boolean = false; // 是否正在采集数据

  // 初始化：连接电表传感器并开始采集
  async init() {
    try {
      // 1. 获取电表功率传感器（假设类型为 SENSOR_TYPE_POWER）
      const sensors = await sensor.getSensorList();
      const powerSensor = sensors.find(s => s.type === sensor.SensorType.SENSOR_TYPE_POWER);
      if (!powerSensor) {
        console.error('未找到电表功率传感器！');
        return;
      }

      // 2. 开始监听功率数据（每 1 分钟采集一次，计算用电量）
      this.isMonitoring = true;
      this.startPowerMonitoring(powerSensor.sensorId);
    } catch (error) {
      console.error('能耗数据初始化失败:', error);
    }
  }

  // 监听功率传感器，计算用电量（功率 W × 时间间隔 s → 用电量 kWh）
  private startPowerMonitoring(sensorId: number) {
    setInterval(async () => {
      if (!this.isMonitoring) return;

      try {
        // 读取当前功率值（单位：W）
        const powerData = await sensor.getSensorData(sensorId);
        const powerW = powerData.values[0]; // 假设 values[0] 为功率值
        const timeIntervalHours = 1 / 60; // 1 分钟 = 1/60 小时

        // 计算当前分钟的用电量（kWh = W × h / 1000）
        const energyKWh = (powerW * timeIntervalHours) / 1000;

        // 记录数据（时间戳为当前时间，值为累计用电量）
        const now = Date.now();
        const lastRecord = this.energyData[this.energyData.length - 1];
        const cumulativeEnergy = lastRecord ? lastRecord.value + energyKWh : energyKWh;
        this.energyData.push({ timestamp: now, value: cumulativeEnergy });

        // 保留最近 30 天的数据（避免内存溢出）
        if (this.energyData.length > 30 * 24 * 60) { // 30 天 × 24 小时 × 60 分钟
          this.energyData.shift();
        }
      } catch (error) {
        console.error('功率数据采集失败:', error);
      }
    }, 60000); // 每分钟采集一次
  }

  // 获取指定时间维度的数据（日/周/月）
  getDataByPeriod(period: 'day' | 'week' | 'month'): Array<{ date: string; value: number }> {
    const now = new Date();
    let filteredData: Array<{ date: string; value: number }> = [];

    if (period === 'day') {
      // 日维度：今日每小时用电量（示例：简化为每分钟数据聚合为小时）
      const today = new Date(now.getFullYear(), now.getMonth(), now.getDate());
      filteredData = this.aggregateDataByHour(today.getTime());
    } else if (period === 'week') {
      // 周维度：本周每日用电量（从周一到周日）
      const weekStart = new Date(now.getFullYear(), now.getMonth(), now.getDate() - now.getDay() + 1);
      filteredData = this.aggregateDataByDay(weekStart.getTime(), now.getTime());
    } else if (period === 'month') {
      // 月维度：本月每日用电量
      const monthStart = new Date(now.getFullYear(), now.getMonth(), 1);
      filteredData = this.aggregateDataByDay(monthStart.getTime(), now.getTime());
    }

    return filteredData;
  }

  // 按小时聚合数据（日维度）
  private aggregateDataByHour(dayStartTimestamp: number): Array<{ date: string; value: number }> {
    const hourlyData: Array<{ hour: number; value: number }> = [];
    for (let hour = 0; hour < 24; hour++) {
      hourlyData.push({ hour, value: 0 });
    }

    this.energyData.forEach(record => {
      if (record.timestamp >= dayStartTimestamp && record.timestamp < dayStartTimestamp + 24 * 60 * 60 * 1000) {
        const hour = new Date(record.timestamp).getHours();
        hourlyData[hour].value += record.value;
      }
    });

    return hourlyData.map(item => ({
      date: `${item.hour}:00`,
      value: item.value
    }));
  }

  // 按天聚合数据（周/月维度）
  private aggregateDataByDay(startTimestamp: number, endTimestamp: number): Array<{ date: string; value: number }> {
    const dailyData: Array<{ date: string; value: number }> = [];
    const currentDate = new Date(startTimestamp);
    const endDate = new Date(endTimestamp);

    while (currentDate <= endDate) {
      const dayStart = new Date(currentDate.getFullYear(), currentDate.getMonth(), currentDate.getDate()).getTime();
      const dayEnd = dayStart + 24 * 60 * 60 * 1000;
      const dayRecords = this.energyData.filter(record => record.timestamp >= dayStart && record.timestamp < dayEnd);
      const dayValue = dayRecords.length > 0 ? dayRecords.reduce((sum, r) => sum + r.value, 0) : 0;

      dailyData.push({
        date: `${currentDate.getMonth() + 1}/${currentDate.getDate()}`,
        value: dayValue
      });

      currentDate.setDate(currentDate.getDate() + 1);
    }

    return dailyData;
  }

  // 停止监控
  stopMonitoring() {
    this.isMonitoring = false;
  }
}

1.4 主页面（Index.ets）

// entry/src/main/ets/pages/Index.ets
import { EnergyManager } from './EnergyManager.ets';

@Entry
@Component
struct Index {
  @State private energyManager: EnergyManager = new EnergyManager();
  @State private currentPeriod: 'day' | 'week' | 'month' = 'day'; // 当前展示的时间维度
  @State private chartData: Array<{ date: string; value: number }> = []; // 图表数据

  aboutToAppear() {
    // 初始化数据采集
    this.energyManager.init();
    // 加载默认日维度数据
    this.loadChartData();
  }

  // 加载当前维度的图表数据
  private loadChartData() {
    this.chartData = this.energyManager.getDataByPeriod(this.currentPeriod);
  }

  // 切换时间维度（日/周/月）
  private switchPeriod(period: 'day' | 'week' | 'month') {
    this.currentPeriod = period;
    this.loadChartData();
  }

  build() {
    Column() {
      Text('家庭能耗统计图表')
        .fontSize(24)
        .fontWeight(FontWeight.Bold)
        .margin({ bottom: 30 });

      // 时间维度切换按钮
      Row() {
        Button('日视图')
          .onClick(() => this.switchPeriod('day'))
          .backgroundColor(this.currentPeriod === 'day' ? '#007AFF' : '#f0f0f0');
        Button('周视图')
          .onClick(() => this.switchPeriod('week'))
          .backgroundColor(this.currentPeriod === 'week' ? '#007AFF' : '#f0f0f0');
        Button('月视图')
          .onClick(() => this.switchPeriod('month'))
          .backgroundColor(this.currentPeriod === 'month' ? '#007AFF' : '#f0f0f0');
      }
      .width('80%')
      .justifyContent(FlexAlign.SpaceEvenly)
      .margin({ bottom: 30 });

      // 图表展示（使用鸿蒙柱状图组件，示例简化为文本列表）
      Column() {
        Text(`📊 ${this.currentPeriod === 'day' ? '今日每小时用电量' : this.currentPeriod === 'week' ? '本周每日用电量' : '本月每日用电量'}`)
          .fontSize(18)
          .margin({ bottom: 10 });
        List() {
          ForEach(this.chartData, (item: { date: string; value: number }) => {
            ListItem() {
              Row() {
                Text(item.date)
                  .fontSize(14)
                  .width('30%');
                Text(`${item.value.toFixed(2)} kWh`)
                  .fontSize(14)
                  .fontColor('#007AFF')
                  .width('70%');
              }
              .width('100%')
              .padding(5);
            }
          })
        }
        .width('100%')
        .layoutWeight(1);
      }
      .width('100%')
      .layoutWeight(1);
    }
    .width('100%')
    .height('100%')
    .padding(20)
    .justifyContent(FlexAlign.Start);
  }

  aboutToDisappear() {
    this.energyManager.stopMonitoring();
  }
}

• 手机端启动应用后，默认展示“今日每小时用电量”的柱状图（简化为文本列表，实际可用鸿蒙图表组件渲染）；
• 用户点击“周视图”或“月视图”按钮，切换为本周每日或本月每日的用电量数据展示；
• 数据通过分布式传感器 API 实时采集（每分钟计算用电量），并聚合为不同时间维度的统计结果。

场景 2：多设备分类统计（进阶版）

2.1 多设备数据管理逻辑（新增 DeviceEnergyManager.ets）

// entry/src/main/ets/pages/DeviceEnergyManager.ets
export class DeviceEnergyManager {
  private deviceData: { [deviceId: string]: Array<{ timestamp: number; value: number }> } = {}; // 各设备的历史数据

  // 添加设备数据（示例：空调设备 ID 为 'ac_001'）
  addDeviceData(deviceId: string, timestamp: number, value: number) {
    if (!this.deviceData[deviceId]) {
      this.deviceData[deviceId] = [];
    }
    this.deviceData[deviceId].push({ timestamp, value });
  }

  // 获取指定设备的时间维度数据
  getDeviceDataByPeriod(deviceId: string, period: 'day' | 'week' | 'month'): Array<{ date: string; value: number }> {
    const deviceRecords = this.deviceData[deviceId] || [];
    // 聚合逻辑同 EnergyManager（略，参考场景 1 的 aggregateDataByHour/Day 方法）
    return []; // 返回聚合后的数据
  }
}

2.2 主页面集成多设备展示（修改 Index.ets）

// 在 Index.ets 中引入 DeviceEnergyManager 并展示各设备占比
@State private deviceManager: DeviceEnergyManager = new DeviceEnergyManager();

// 在 build() 中增加饼图展示（示例：简化为文本列表）
Text('🥧 各设备耗电占比：')
  .fontSize(18)
  .margin({ bottom: 10 });
ForEach(['空调', '冰箱', '照明'], (deviceName: string) => {
  Text(`${deviceName}: ${Math.random() * 100}%`) // 实际应调用 getDeviceDataByPeriod 计算占比
    .fontSize(14)
    .margin({ bottom: 5 });
});

• 页面下方展示各家电设备的耗电占比（如“空调：45%”“冰箱：20%”“照明：15%”），用户可点击查看具体设备的详细趋势。

五、原理解释

1. 鸿蒙能耗统计的核心流程

1. ​​数据采集​​：
   • 通过鸿蒙 ​​传感器框架​​ 连接智能电表或家电内置功率传感器，实时获取功率数据（单位：W）；
   • 每分钟计算一次用电量（kWh = 功率 W × 时间间隔 h / 1000），并记录时间戳与累计值。
2. ​​数据存储与聚合​​：
   • 历史数据通过 ​​分布式数据库​​ 存储（如 @ohos.data.preferences），支持跨设备同步；
   • 按用户选择的时间维度（日/周/月），对数据进行聚合（如日维度：每小时用电量；周维度：每日用电量）。
3. ​​可视化展示​​：
   • 通过鸿蒙的 ​​图表组件​​（如柱状图、饼图）将聚合后的数据渲染为直观的图表；
   • 用户可通过按钮切换时间维度，实时更新图表内容。

2. 关键技术点

• ​​分布式传感器接入​​：兼容不同厂商的电表与家电设备（需支持鸿蒙标准功率传感器协议）；
• ​​低延迟计算​​：每分钟采集一次功率数据，确保用电量趋势的实时性；
• ​​多维度聚合​​：灵活支持日/周/月维度的数据统计，满足不同分析需求；
• ​​可视化交互​​：图表支持动态更新与用户交互（如点击查看详情）。

六、核心特性

七、原理流程图及原理解释

原理流程图（鸿蒙能耗统计图表）

+-----------------------+       +-----------------------+       +-----------------------+
|     电表/家电设备    |       |     手机（统计端）    |       |     分布式数据库      |
|  (Power Sensor)     |       |  (Energy Stats App)   |       |  (Distributed DB)     |
+-----------------------+       +-----------------------+       +-----------------------+
          |                             |                             |
          |  1. 上传功率数据          |                             |  4. 存储历史数据       |
          |-------------------------->|                             |-----------------------> |
          |  (每分钟功率 W)           |                             |  (时间戳+用电量 kWh)   |
          |                             |  2. 计算用电量         |                             |
          |                             |<--------------------------|                             |
          |                             |  3. 按维度聚合数据     |                             |
          |                             |  (日/周/月用电量)      |                             |
          |  5. 获取聚合数据          |                             |  6. 返回统计数据       |
          |<--------------------------|                             |<----------------------- |
          |                             |  7. 渲染可视化图表     |                             |
          |                             |  (柱状图/饼图)         |                             |

原理解释

1. ​​数据采集​​：电表或家电设备通过鸿蒙传感器框架实时上传功率数据（如每分钟采集一次，单位：W）至手机端；
2. ​​用电量计算​​：手机端根据功率值和时间间隔（1 分钟 = 1/60 小时）计算用电量（kWh = 功率 × 时间 / 1000），并记录时间戳与累计值；
3. ​​数据存储​​：历史用电量数据通过分布式数据库（如 @ohos.data.preferences）存储，支持跨设备同步（如手机与平板共享数据）；
4. ​​维度聚合​​：用户选择时间维度（日/周/月）后，手机端对历史数据进行聚合（如日维度：每小时用电量；周维度：每日用电量）；
5. ​​可视化展示​​：聚合后的数据通过鸿蒙图表组件（如柱状图、饼图）渲染为直观的图表，用户可通过按钮切换维度实时更新图表内容。

八、环境准备

1. 开发环境

• ​​鸿蒙 SDK​​：需安装鸿蒙开发者工具（DevEco Studio），并配置 HarmonyOS 3.0 及以上版本的 SDK；
• ​​开发语言​​：eTS（基于 TypeScript 的鸿蒙声明式开发语言）；
• ​​设备​​：至少一台鸿蒙手机（如华为 P50、Mate 40 系列）或平板，支持连接智能电表或家电设备；
• ​​传感器硬件​​：需鸿蒙认证的电表设备（支持功率传感器协议），或家电内置功率监测模块（如空调、冰箱）。

2. 权限配置

• ​​分布式数据权限​​：在 module.json5中声明 ohos.permission.DISTRIBUTED_DATA，用于存储和同步历史用电量数据；
• ​​传感器权限​​：声明 ohos.permission.SENSOR，用于读取电表或家电的功率传感器数据；
• ​​网络权限（可选）​​：若数据需上传至云端分析，声明 ohos.permission.NETWORK。

3. 设备要求

• 目标设备（电表/家电）需支持鸿蒙标准功率传感器协议，或通过适配层转换为鸿蒙可识别的数据格式；
• 手机端需支持蓝牙/Wi-Fi 与设备通信（根据设备连接方式）。

九、实际详细应用代码示例实现

完整项目代码（整合上述场景）

1. 主页面（Index.ets）

2. 能耗数据管理逻辑（EnergyManager.ets / DeviceEnergyManager.ets）

3. 模块配置（module.json5）

十、运行结果

1. 基础版表现

• 手机端展示家庭总用电量的日/周/月趋势图表（简化为文本列表），用户可切换维度查看详细数据；
• 数据每分钟更新一次，实时反映用电量变化。

2. 进阶版表现

• 页面展示各家电设备（空调、冰箱、照明）的耗电占比（饼图）及详细趋势（柱状图），帮助用户精准定位高耗能设备。

十一、测试步骤以及详细代码

1. 测试目标

• 数据采集是否准确（功率传感器数据是否正确转换为用电量）；
• 维度聚合是否正确（日/周/月用电量计算是否合理）；
• 图表展示是否实时更新（切换维度后数据是否同步）；
• 多设备分类统计是否生效（各设备耗电占比是否准确）。

2. 测试步骤

步骤 1：启动应用

• 在手机上安装并运行应用，确保已连接智能电表或家电设备。

步骤 2：验证数据采集

• 观察控制台日志（通过 DevEco Studio 的 Log 工具），确认每分钟是否采集到功率数据（如“当前功率：1200W”）；
• 检查历史数据列表（如 energyData数组）是否每分钟新增一条记录。

步骤 3：测试维度聚合

• 切换日/周/月视图，确认图表数据是否按预期聚合（如日视图显示每小时用电量，周视图显示每日用电量）；
• 手动计算某小时的用电量（功率 × 1 分钟 × 60 分钟 / 1000），与图表显示值对比。

步骤 4：测试多设备分类

• 若集成多设备逻辑，确认各设备的耗电占比是否与实际使用情况相符（如空调用电量占比最高）。

步骤 5：测试异常场景

• 断开电表设备连接，验证是否提示“未找到传感器”或停止数据采集；
• 模拟功率传感器异常（如返回 0W），检查用电量是否为 0 或标记为异常。