一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法，包括位于空調(diào)側(cè)的空調(diào)控制終端和用于生成空調(diào)控制策略的中央控制站；所述空調(diào)控制終端電性連接有空調(diào)、人體紅外傳感器、溫度傳感器，所述空調(diào)控制終端用于控制空調(diào)的啟停與設(shè)定溫度的調(diào)節(jié)；所述溫度傳感器用于實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)的溫度；所述人體紅外傳感器用于檢測空調(diào)房間內(nèi)是否有人員存在；所述空調(diào)控制終端還與一基于ZigBee的下位無線射頻收發(fā)裝置電性連接，所述中央控制站與一基于ZigBee的上位無線射頻收發(fā)裝置電性連接，基于ZigBee的上、下位無線射頻收發(fā)裝置用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的傳送。本發(fā)明可以根據(jù)氣象的變化和人員的有無對空調(diào)進(jìn)行控制，既能夠有效保持設(shè)定溫度的恒定，又能減少電力浪費(fèi)。
【專利說明】
一種基于Z i gBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
:
[0001]本發(fā)明涉及智能用電領(lǐng)域，主要針對樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)，具體涉及一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
:
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，空調(diào)產(chǎn)銷量和保有量均出現(xiàn)了較大幅度的增長。
[0003]根據(jù)家電市場的調(diào)查研究報(bào)告，在2005-2011年，我國空調(diào)內(nèi)銷量整整翻了一番，近幾年來，空調(diào)負(fù)荷數(shù)量又有了較大幅度的增長。隨著空調(diào)系統(tǒng)在我國越來越廣泛的應(yīng)用，空調(diào)系統(tǒng)的電力需求增長速度尤其迅速?？照{(diào)的使用目的是營造一個(gè)合適的室內(nèi)大氣環(huán)境，使人在該環(huán)境感覺舒適或者是保證室內(nèi)大氣環(huán)境滿足生產(chǎn)工藝過程或科學(xué)研究、試驗(yàn)過程的需要。
[0004]而隨著室外氣候變化和室內(nèi)負(fù)荷變化等因素的影響，空調(diào)對用電負(fù)荷的要求是動(dòng)態(tài)變化的，有時(shí)用電負(fù)荷很高，如夏季高溫天氣等;有時(shí)用電負(fù)荷又很低，如溫度適宜的天氣等。當(dāng)前電力短缺主要發(fā)生在夏季或冬季的負(fù)荷高峰時(shí)段，空調(diào)負(fù)荷占比高，并出現(xiàn)顯著的負(fù)荷尖峰現(xiàn)象，而低谷時(shí)段電力富足，導(dǎo)致部分發(fā)電容量處于閑置狀態(tài)。
[0005]以上海市為例，夏季高峰時(shí)段，空調(diào)負(fù)荷的占比高達(dá)30%_40%，并呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。空調(diào)負(fù)荷作為溫控負(fù)荷的一種，可以將電能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在房間內(nèi)的熱能，該能量轉(zhuǎn)化及儲(chǔ)存的特性使得空調(diào)負(fù)荷成為控制潛力的負(fù)荷，對于普通用戶，對空調(diào)采取適當(dāng)?shù)目刂撇坏粫?huì)影響用戶的用電感受，反而能在一定程度上降低用電費(fèi)用，主要體現(xiàn)在:
[0006]I)絕大部分居民用戶夏季平均每天使用空調(diào)的時(shí)間大多介于3?10h，短時(shí)間(不超過1min)改變空調(diào)運(yùn)行情況不會(huì)影響用戶感受；
[0007]2)隨著分時(shí)電價(jià)的逐步實(shí)行，大大增加了高峰負(fù)荷時(shí)段的用戶用電成本，通過對空調(diào)的合理控制，不僅可以降低電網(wǎng)高峰時(shí)段負(fù)荷，也可以為用戶節(jié)省電費(fèi)開支。
[0008]目前，空調(diào)系統(tǒng)在整個(gè)樓宇用電系統(tǒng)中的能耗占比較高，且空調(diào)負(fù)荷是一種溫控負(fù)荷，通過對其進(jìn)行合理的優(yōu)化控制，不僅不影響空調(diào)房間內(nèi)人員的舒適性，還可以節(jié)約電能，從而節(jié)約用戶的用電費(fèi)用。當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題有:
[0009]I)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)定溫度設(shè)置不合理的現(xiàn)象存在較多，例如夏季空調(diào)的設(shè)定溫度過低，冬季空調(diào)的設(shè)定溫度過高等，且空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)定溫度基本上是固定的，不能隨著氣象條件的變化而改變。
[0010]2)當(dāng)室內(nèi)人員離開房間的時(shí)候，有時(shí)會(huì)忘記關(guān)閉空調(diào)，造成電能的白白浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法，能夠有效保持設(shè)定溫度的恒定，減少電力浪費(fèi)。
[0012]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0013]一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)，包括位于空調(diào)側(cè)的空調(diào)控制終端和用于生成空調(diào)控制策略的中央控制站;所述空調(diào)控制終端電性連接有空調(diào)、人體紅外傳感器、溫度傳感器，所述空調(diào)控制終端用于控制空調(diào)的啟停與設(shè)定溫度的調(diào)節(jié);所述溫度傳感器用于實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)的溫度;所述人體紅外傳感器用于檢測空調(diào)房間內(nèi)是否有人員存在;所述空調(diào)控制終端還與一基于ZigBee的下位無線射頻收發(fā)裝置電性連接，所述中央控制站與一基于ZigBee的上位無線射頻收發(fā)裝置電性連接，基于ZigBee的上、下位無線射頻收發(fā)裝置用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的傳送。
[0014]優(yōu)選的，所述基于ZigBee的上、下位無線射頻收發(fā)裝置為基于CC2530的ZIGBEE射頻收發(fā)模塊。
[0015]本發(fā)明基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0016]步驟1:空調(diào)控制終端每隔一段時(shí)間AT監(jiān)測一次室內(nèi)溫度的變化、房間內(nèi)是否有人員，以及當(dāng)前空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)(啟停狀態(tài)、設(shè)定溫度等)，
[0017]步驟2:空調(diào)控制終端驅(qū)動(dòng)基于ZigBee的下位無線射頻收發(fā)裝置將上述信息上傳至中央控制站；
[0018]步驟3:中央控制站獲取電網(wǎng)的電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令；
[0019]步驟4:中央控制站根據(jù)獲得的電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令以及通過ZigBee通訊網(wǎng)絡(luò)獲取的空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、室內(nèi)溫度以及室內(nèi)人員等信息；對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定的最節(jié)省用電費(fèi)用的空調(diào)控制策略，生成空調(diào)的控制指令，并通過ZigBee向空調(diào)控制終端發(fā)送空調(diào)的開關(guān)或溫度重設(shè)控制指令。
[0020]優(yōu)選的，所述AT為例如5-10min。
[0021]優(yōu)選的，所述電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令可以通過有線寬帶來實(shí)現(xiàn)。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)異效果:
[0023]本發(fā)明提供一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法，樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)的人體紅外傳感器可以檢測空調(diào)房間內(nèi)是否有人員存在，在有人存在的情況下，讀取溫度傳感器的溫度數(shù)值，中央控制站根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)信息，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定的最節(jié)省用電費(fèi)用的空調(diào)控制策略，生成空調(diào)的控制指令，并通過ZigBee向空調(diào)控制終端發(fā)送空調(diào)的開關(guān)控制指令。本發(fā)明能夠在室內(nèi)人員離開房間的時(shí)候，關(guān)閉空調(diào)，避免電能的白白浪費(fèi)。也能夠根據(jù)氣象條件的變化而改變控制的運(yùn)行策略，做到既能夠有效保持設(shè)定溫度的恒定，又能減少電力浪費(fèi)。
【附圖說明】
[0024]此處所說明的附圖用以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0026]圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的原理框圖；
[0027]圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下通過特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可由本說明書揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實(shí)施例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同的觀點(diǎn)和應(yīng)用，在不違背本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾和變更。
[0029]參見圖1，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0030]一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)，包括位于空調(diào)側(cè)的空調(diào)控制終端和用于生成空調(diào)控制策略的中央控制站;所述空調(diào)控制終端電性連接有空調(diào)、人體紅外傳感器、溫度傳感器，所述空調(diào)控制終端用于控制空調(diào)的啟停與設(shè)定溫度的調(diào)節(jié);所述溫度傳感器用于實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)的溫度;所述人體紅外傳感器用于檢測空調(diào)房間內(nèi)是否有人員存在;所述空調(diào)控制終端還與一基于ZigBee的下位無線射頻收發(fā)裝置電性連接，所述中央控制站與一基于ZigBee的上位無線射頻收發(fā)裝置電性連接，基于ZigBee的上、下位無線射頻收發(fā)裝置用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的傳送。
[0031 ]所述基于ZigBee的上、下位無線射頻收發(fā)裝置為基于CC2530的ZigBee射頻收發(fā)模塊。
[0032]ZigBee是一種基于標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)。為滿足人們對支持低數(shù)據(jù)速率、低功耗、安全性和可靠性，而且經(jīng)濟(jì)高效的標(biāo)準(zhǔn)型無線網(wǎng)絡(luò)解決方案的需求，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。核心市場是消費(fèi)類電子產(chǎn)品、能源管理和效率、醫(yī)療保健、家庭自動(dòng)化、電信服務(wù)、樓宇自動(dòng)化以及工業(yè)自動(dòng)化。圍繞ZigBee芯片技術(shù)推出的外圍電路，稱之為“ZigBee模塊”，常見的ZigBee模塊都是遵循IEEE802.15.4的國際標(biāo)準(zhǔn)，并且運(yùn)行在
2.4GHZ的頻段上，另外，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)是868MHZ、北美是915MHZ。
[0033]數(shù)據(jù)傳輸速率低:lOKb/s?250Kb/s，專注于低速率傳輸應(yīng)用
[0034]功耗低:在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)電池可使用6?24個(gè)月
[0035]成本低:Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本
[0036]網(wǎng)絡(luò)容量大:網(wǎng)絡(luò)可容納65，000個(gè)設(shè)備
[0037]延時(shí)短:典型搜索設(shè)備時(shí)延為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms ο
[0038]網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠
[0039]數(shù)據(jù)安全:Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和健全功能，采用AES-128加密算法(美國新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一)，各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性
[0040]ZigBee技術(shù)在低功耗、低成本和組網(wǎng)能力具有無可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢
[0041 ] CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
[0042 ] CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型80 51CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM和許多其它強(qiáng)大的功能。
[0043]參見圖標(biāo)2，本發(fā)明基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0044]步驟1:空調(diào)控制終端每隔一段時(shí)間AT監(jiān)測一次室內(nèi)溫度的變化、房間內(nèi)是否有人員，以及當(dāng)前空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)(啟停狀態(tài)、設(shè)定溫度等)，
[0045]步驟2:空調(diào)控制終端驅(qū)動(dòng)基于ZigBee的下位無線射頻收發(fā)裝置將上述信息上傳至中央控制站；
[0046]步驟3:中央控制站獲取電網(wǎng)的電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令；
[0047]步驟4:中央控制站根據(jù)獲得的電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令以及通過ZigBee通訊網(wǎng)絡(luò)獲取的空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、室內(nèi)溫度以及室內(nèi)人員等信息；對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定的最節(jié)省用電費(fèi)用的空調(diào)控制策略，生成空調(diào)的控制指令，并通過ZigBee向空調(diào)控制終端發(fā)送空調(diào)的開關(guān)或溫度重設(shè)控制指令。軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)工作有:通過對各傳感器的信號(hào)進(jìn)行辨別比較，對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，判斷空調(diào)處于什么工作狀態(tài)，是否需要做出工作狀態(tài)的調(diào)整。
[0048]優(yōu)選的，所述AT為例，如5-10min。
[0049]優(yōu)選的，所述電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令可以通過有線寬帶來實(shí)現(xiàn)。
[°°50]空調(diào)控制終端設(shè)計(jì)時(shí)，分別采用Keil和Proteus等軟件進(jìn)行仿真，對每個(gè)模塊電路建立仿真模型，設(shè)置模型的參數(shù)，進(jìn)行模型仿真，在仿真結(jié)果與預(yù)想出入時(shí)，則對模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在得到預(yù)想的仿真結(jié)果時(shí)，證明設(shè)計(jì)方案在理論上是可實(shí)現(xiàn)的。
[0051]雖然本專利已參照較佳的實(shí)施例及附圖予以說明，然而上述的說明應(yīng)視為舉例性而非限制性，熟悉此項(xiàng)技術(shù)者根據(jù)本發(fā)明的精神所做的變化及修改，均應(yīng)屬于本專利的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于: 包括位于空調(diào)側(cè)的空調(diào)控制終端和用于生成空調(diào)控制策略的中央控制站； 所述空調(diào)控制終端電性連接有空調(diào)、人體紅外傳感器、溫度傳感器，所述空調(diào)控制終端用于控制空調(diào)的啟停與設(shè)定溫度的調(diào)節(jié);所述溫度傳感器用于實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)的溫度;所述人體紅外傳感器用于檢測空調(diào)房間內(nèi)是否有人員存在； 所述空調(diào)控制終端還與一基于ZigBee的下位無線射頻收發(fā)裝置電性連接， 所述中央控制站與一基于ZigBee的上位無線射頻收發(fā)裝置電性連接，基于ZigBee的上、下位無線射頻收發(fā)裝置用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的傳送。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述基于ZigBee的上、下位無線射頻收發(fā)裝置為基于CC2530的ZigBee射頻收發(fā)模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一所述的一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:包括如下步驟 步驟1:空調(diào)控制終端每隔一段時(shí)間AT監(jiān)測一次室內(nèi)溫度的變化、房間內(nèi)是否有人員，以及當(dāng)前空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)， 步驟2:空調(diào)控制終端驅(qū)動(dòng)基于ZigBee的下位無線射頻收發(fā)裝置將上述信息上傳至中央控制站； 步驟3:中央控制站獲取電網(wǎng)的電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令； 步驟4:中央控制站根據(jù)獲得的電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令以及通過ZigBee通訊網(wǎng)絡(luò)獲取的空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、室內(nèi)溫度以及室內(nèi)人員等信息;對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定的最節(jié)省用電費(fèi)用的空調(diào)控制策略，生成空調(diào)的控制指令，并通過ZigBee向空調(diào)控制終端發(fā)送空調(diào)的開關(guān)或溫度重設(shè)控制指令。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: 所述ΛΤ為例如5-10min。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee的樓宇空調(diào)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: 所述電價(jià)信號(hào)、獲取電網(wǎng)下達(dá)的削峰指令可以通過有線寬帶來實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】F24F11/00GK106016604SQ201610356924
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】孫叢叢, 王致杰, 王慶澤, 王鴻, 林成瑛, 楊雅婷
【申請人】上海電機(jī)學(xué)院