CN100468259C - 一种楼宇环保节能智控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楼宇环保节能智控系统，它以单片机为输入输出控制芯片，采集来自于门磁、红外传感器、温湿度传感器、压力传感器、声光传感器、数字水电表和特定回路电流电压值等信号，经过逻辑运算后，对继电器、红外遥控模块等输出设备发出指令，控制外围电器设备的启停，其特征在于，它包括信息采集模块、低级处理模块、信息输出模块、高级处理模块和上位机管理模块，该系统可以控制楼宇内的各种能耗装置的运行和启停，它自身无法降低其他能耗装置的额定能耗，但可以通过减少能耗装置的无效运行时间，降低对能耗装置的做功需求等手段来达到节能的效果，可降低人为的资源浪费，能提高现有资源的使用效率。

Description

一种楼宇环保节能智控系统

技术领域

本发明涉及一种自动控制技术领域，具体涉及一种楼宇环保节能智能控制系统。

背景技术

随着经济的发展，自然资源日趋紧张，这是全人类共同面临的严重问题。各个国家在不断寻找新的替代资源的同时，也积极致力于开发新技术，降低现有资源消耗水平。建筑物内的自然资源消耗，主要由水、电两部分构成。在水方面，给排水设备厂家开发了诸多新产品来实现节水功能，如节水型水龙头，节水型马桶等；在电方面，节能灯取代传统灯泡，空调采用变频驱动等技术。这些技术改进，都在一定程度上，减少了资源的浪费，提高了资源的使用效率。

一些水电用量很大的建造物，如宾馆、办公楼、厂房内，采用了上述的技术改进，在水电设备层面上，的确起到了降耗的效果。但是，这些技术改进，却很难杜绝人为的浪费。有一些新产品(如感应式水龙头)能在一定程度上做到减少人为浪费，但毕竟是独立的产品，没有构成系统。故收效不是很大。

在现有的宾馆环保节能领域。各个厂家不遗余力，开发自己的节能产品，但各个不同的产品，并不能有机的结合成一个系统，也就无从谈起控制减少人为浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种楼宇环保节能智控系统，该系统可以控制楼宇内的各种能耗装置的运行和启停，它自身无法降低其他能耗装置的额定能耗，但可以通过减少能耗装置的无效运行时间，降低对能耗装置的做功需求等手段来达到节能的效果，能可降低人为的资源浪费，可提高现有资源的使用效率。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种楼宇环保节能智控系统，它以单片机为输入输出控制芯片，采集来自于门磁、红外传感器、温湿度传感器、压力传感器、声光传感器、数字水电表和特定回路电流电压值等信号，经过逻辑运算后，对继电器、红外遥控模块等输出设备发出指令，控制外围电器设备的启停，其特征在于，它包括信息采集模块、低级处理模块、信息输出模块、高级处理模块和上位机管理模块，其中：

信息采集模块，主要由信息收集单元构成，它包括设置在楼宇内的各个便于监测位置的红外传感器、温湿度传感器、压力传感器、声光传感器和数字水表、特定回路电流电压值；

低级处理模块，主要由低级信息处理程序和单片机构成，低级处理程序嵌于单片机及相关内存中，负责将所有输入信息提交给高级处理模块，并接收执行来自于高级处理模块的指令，单片机接收来自于各种传感器的输入信息，并将脉冲信号、开关信号、或模拟信号进行转换后，交由低级处理程序处理；并按照低级处理程序发出的指令，通过各个IO输出端口，向不同的外部设备发送与之相适应的控制信号，如继电器的开关信号、调压器的电流变化等；低级处理程序嵌于单片机及相关内存中，负责接收单片机采集到的信息，由程序运算以后，将结果交由单片机作为输出指令处理，整个过程在与高级处理模块保持连接时，所有输入信息提交给高级处理模块，然后接收来自于高级处理模块的指令并将其传送给单片机执行，当与高级模块连接中断时，由低级处理程序全盘自主控制所有的输入输出处理。如接收到数字水表的信号，低级处理程序将此信号上传至高级处理程序，并接收高级处理程序的发回的指令，是继续采集，还是对此数据的关联电磁阀做特定的输出操作；如果低级处理程序与高级处理程序连接中断，则低级处理模块仅记录并保存此数据，待连接恢复后再进行上传。

信息输出模块，主要由红外遥控发射装置、继电器、调压器和电磁阀门等器件构成，接收来自于低级处理模块的指令，用于对相关设备的启停操作和运行状态控制；

高级处理模块，主要包含ARM及相关RAM和FLASH所构建的硬件平台、以及基于这个平台上的嵌入式操作系统、还有运行于嵌入式操作系统上的高级处理程序，它接收来自于低级处理模块的输入信息，经过分析运算后，将输出结果发送给低级处理模块，同时将相关信息提交给上位机管理模块，并接收和执行来自于上位机管理模块的相关指令；如接收到数字水表的信号，高级处理程序结合其数据库中的近几次红外感应信号记录、以及其他相关输入信号的记录，综合分析后得出结果：正常使用状态或者设备出现故障。如果是正常使用状态，则记录相关数据，并向上位机管理模块传送数据；如果分析结果是设备出现故障，则立即向上位机管理模块报警，同时向低级处理模块发出指令，由单片机操作输出模块，改变电磁阀的工作状态，以减小损失。

上位机管理模块，主要由大型数据库管理程序构成，接收来自于高级处理模块的相关信息，统计分析后得出相应报告、报表，同时接收管理人员的输入指令，经过处理后即时发送给高级处理模块，进行设备运行参数调整等操作。

按照本发明所提供的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述高级处理模块将所述信息采集模块所采集到并被低级处理模块处理过的相关信息，通过嵌入式操作系统与上位机操作系统之间的无线网络连接，上传至上位机管理模块，并接收来自于上位机管理模块的相关指令，结果处理后发送至低级处理模块，所述嵌入式操作系统，由LINUX操作系统构成，存在与ARM及相关内存中，为高级处理模块提供运行环境。

按照本发明所提供的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述信息输入模块、信息输出模块和低级处理模块以房间为单位设置在同一驱动电路板上，该驱动板上的处理核心为单片机；所述高级处理模块和嵌入式操作系统设置在同一张主板上，该主板处理核心为ARM。

按照本发明所提供的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述主板与驱动板分上下两层重叠放置在机箱内，所述机箱有四个部分组成：一个U型的底部，一个平板状的顶盖，以及两个尺寸规格完全相同的侧面挡板，两侧挡板由底部和顶盖的相对应位置的凹槽固定，无需螺栓。

按照本发明所提供的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述机箱采用全铝合金机箱，在机箱底板外表面开特殊尺寸的散热槽，在增加机箱表面积提高散热性能的同时，又满足了散热槽对镙帽的固定以及隐藏。

按照本发明所提供的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述镙帽的厚度与散热槽的深度相同，固定后机箱外底面平整无凸起；六边镙帽的2个平行边宽度与散热槽的宽度相同。

本发明所提供的楼宇环保节能智控系统，采用嵌入式操作系统，使用tcp/ip协议通过无线局域网来实现各个设备和上位机之间的通讯，传递相关参数和指令，以达到自动化控制设备运行、节能降耗、提高管理水平的目的。它通过接收安装于每间客房的冷热水支路上的数字水表提交的数据，来计算该支路的用水量，然后将此结果通过设备上传至上位机管理软件，用于统计该支路的冷热水用量，并接合门磁、红外等输入信号，加以分析后，得出特定对象(楼层、房间或者特定设备)在任意时段内的冷水用量和热水用量，此用水量可作为能耗考核的指标。此用水量出现异常值时，可得出“系统故障或设备故障”的推论，并能圈定故障发生范围，提高检修效率。另外还可测出特定对象(楼层、房间或者特定设备)在任意时段内的耗电量，此耗电量为能耗考核的重要指标，此耗电量出现异常值时，可得出“系统故障或设备故障”的推论，并能圈定故障发生范围，提高检修效率，它通过测量指定回路的电流及电压，来计算该回路的用电量，然后将此结果通过设备上传至上位机管理软件，用于统计特定对象的用电量，并接合门磁、红外等输入信号，加以分析运算后得出特定对象在任意时段的耗电量。

本发明所提供的智控系统基于如下事实：1、长时间内温度发生小变化是不被人体察觉的；2、接收安装于客房内的温度、湿度传感器所采集到的数据以及客人对空调发出的运行指令，并参考人体舒适的最佳温湿度关系，将客人对温度调节的需求进行修正，达到减少空调设备负荷，降低能耗的目的。

每台设备将其所连接的火线相位做为参数提交给上位机管理软件，由上位机管理软件将整个系统的3相负载汇总，经过计算后发出相关指令，操作节能设备开启或者关闭蓄能设备(如电热水器)，以使变压器随时处于最佳负荷范围以及充分；排出最有利于负载均衡的待售客房队列供管理人员参考，以使变压器保持三项负载均衡。通过各种传感器采集相关运行参数，并结合上位机发出的相关指令，由程序控制蓄能设备的启停。以达到利用利用电网电能富裕的时段蓄能，电力紧张的时段减小电网负荷的效果。

附图说明

图1是本发明所提供的逻辑方框图；

图2是本发明所提供的智控系统在宾馆内实施的具体实施例示意图；

图3是机箱内组件安装位置示意图；

图4机箱断面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，该楼宇环保节能智控系统，主要单片机为输入输出控制芯片，采集来自于门磁、红外传感器、温湿度传感器、压力传感器、声光传感器、数字水电表和特定回路电流电压值等信号，经过逻辑运算后，对继电器、红外遥控模块等输出设备发出指令，控制外围电器设备的启停，按功能模块主要分为信息采集模块、低级处理模块、信息输出模块、高级处理模块和上位机管理模块，信息采集模块，包括设置在楼宇内的各个便于监测位置的红外传感器、温湿度传感器、压力传感器、声光传感器和数字水表、特定回路电流电压值，低级处理模块，主要由低级信息处理程序构成，低级处理程序嵌于单片机及相关内存中，负责将所有输入信息提交给高级处理模块，并接收执行来自于高级处理模块的指令，信息输出模块，主要由红外遥控发射装置、继电器、调压器和电磁阀门等器件构成，接收来自于低级处理模块的指令，用于对相关设备的启停操作和运行状态控制；高级处理模块，嵌在ARM及相关内存中，它接收来自于低级处理模块的输入信息，经过分析运算后，将输出结果发送给低级处理模块，同时将相关信息提交给上位机管理模块，并接收和执行来自于上位机管理模块的相关指令，上位机管理模块，主要由大型数据库管理程序构成，接收来自于高级处理模块的相关信息，统计分析后得出相应报告、报表，同时接收管理人员的输入指令，经过处理后即时发送给高级处理模块，进行设备运行参数调整等操作。

如图2所示，本发明安装在宾馆内的具体实施例：将门磁、红外探测器、温度传感器、湿度传感器、电量传感器、光敏传感器、数字水表等各种感应器件以及信息采集器件安装在宾馆内各个房间内的相应位置，采集各种信息并传输给智能控制主机，智能控制主机通过无线网络将经过计算的各种信息传给无限路由器，其中无限路由器连接服务器(上位机管理模块)，服务器将相关命令再通过路由器传输给智能控制主机，智能控制主机根据命令控制房间内灯具、换气扇、空调、电热水器、电插座和风机盘管等设备的开关，本发明所提供的智控系统基于如下事实：1、长时间内温度发生小变化是不被人体察觉的；2、接收安装于客房内的温度、湿度传感器所采集到的数据以及客人对空调发出的运行指令，并参考人体舒适的最佳温湿度关系，将客人对温度调节的需求进行修正，达到减少空调设备负荷，降低能耗的目的；3、客人外出时，控制系统根据所获得的信息会自动关闭相关设备，降低能耗。

如图3、图4所示，为智能控制主机机箱内组件安装位置示意图，所有开关路板上。设备贴墙安装后，小功率固态继电器利用机箱上下侧边的散热孔形成的对流空气自然散热；采用铝机箱，让整个机箱成为一个大的铝散热器；将大功率固态继电器安装于机箱内底板的四周，以最大化利用机箱四周侧边挡板进行散热。在机箱外部底板表面开槽以增加机箱外表面面积，提高散热效率，散热槽的宽度与深度，和标件中六边螺帽的宽度与厚度相同，机箱内电路板和大功率固态继电器需要通过螺杆与镙帽配合，固定在机箱底板上时，镙帽的厚度与散热槽的深度相同，固定后机箱外底面平整无凸起，六边镙帽的两个平行边宽度与散热槽的宽度相同，在安装过程中不用其他工具辅助，即可将镙帽固定住而不会发生转动，提高了安装效率；底板外表面密集的多种规格(宽度深度尺寸)的散热槽，为机箱内各种设备的安装提供了丰富的选择。将相对低值的控制输入输出的元器件及接插件做成驱动板，将精密的承载嵌入式操作系统的元器件和接插件做成核心板。将驱动板与核心板分为上下层安装在机箱内。可以提高机箱内空间的利用率，减小设备尺寸和对安装空间的要求；驱动板可以对核心板形成保护。

Claims (6)

1、一种楼宇环保节能智控系统，它以单片机为输入输出控制芯片，采集来自于门磁、红外传感器、温湿度传感器、压力传感器、声光传感器、数字水电表和特定回路电流电压值信号，经过逻辑运算后，对继电器、红外遥控模块输出设备发出指令，控制外围电器设备的启停，其特征在于，它包括信息采集模块、低级处理模块、信息输出模块、高级处理模块和上位机管理模块，其中：

信息采集模块，主要由信息收集单元构成，它包括设置在楼宇内的各个便于监测位置的红外传感器、温湿度传感器、压力传感器、声光传感器和数字水表；

低级处理模块，主要由低级处理程序和单片机构成，低级处理程序嵌于单片机及相关内存中，负责将所有输入信息提交给高级处理模块，并接收执行来自于高级处理模块的指令，单片机接收来自于各种传感器的输入信息，并将脉冲信号、开关信号、或模拟信号进行转换后，交由低级处理程序处理；并按照低级处理程序发出的指令，通过各个IO输出端口，向不同的外部设备发送与之相适应的控制信号；

信息输出模块，主要由红外遥控发射装置、继电器、调压器和电磁阀门器件构成，接收来自于低级处理模块的指令，用于对相关设备的启停操作和运行状态控制；

高级处理模块，主要包含ARM及相关RAM和FLASH所构建的硬件平台、以及基于这个平台上的嵌入式操作系统、还有运行于嵌入式操作系统上的高级处理程序，它接收来自于低级处理模块的输入信息，经过分析运算后，将输出结果发送给低级处理模块，同时将相关信息提交给上位机管理模块，并接收和执行来自于上位机管理模块的相关指令；

上位机管理模块，主要由大型数据库管理程序构成，接收来自于高级处理模块的相关信息，统计分析后得出相应报告、报表，同时接收管理人员的输入指令，经过处理后即时发送给高级处理模块，进行设备运行参数调整操作。

2、根据权利要求1所述的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述高级处理模块将所述信息采集模块所采集到并被低级处理模块处理过的相关信息，通过嵌入式操作系统与上位机操作系统之间的无线网络连接，上传至上位机管理模块，并接收来自于上位机管理模块的相关指令，结果处理后发送至低级处理模块，所述嵌入式操作系统，由LINUX操作系统构成，存在于ARM及相关内存中，为高级处理模块提供运行环境。

3、根据权利要求1所述的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，信息输出模块和低级处理模块以房间为单位设置在同一驱动电路板上，该驱动板上的处理核心为单片机；所述高级处理模块和嵌入式操作系统设置在同一张主板上，该主板处理核心为ARM。

4、根据权利要求3所述的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述主板与驱动板分上下两层重叠放置在机箱内，所述机箱有四个部分组成：一个U型的底部，一个平板状的顶盖，以及两个尺寸规格完全相同的侧面挡板，两侧挡板由底部和顶盖的相对应位置的凹槽固定。

5、根据权利要求4所述的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述机箱采用全铝合金机箱，在机箱底板外表面开特殊尺寸的散热槽。

6、根据权利要求5所述的楼宇环保节能智控系统，其特征在于，所述散热槽的深度与螺帽的厚度相同，螺帽固定后机箱外底面平整无凸起；六边螺帽2个平行边宽度与散热槽的宽度相同。

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