CN106016604A - 一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统及其控制方法，包括位于空调侧的空调控制终端和用于生成空调控制策略的中央控制站；所述空调控制终端电性连接有空调、人体红外传感器、温度传感器，所述空调控制终端用于控制空调的启停与设定温度的调节；所述温度传感器用于实时获取室内的温度；所述人体红外传感器用于检测空调房间内是否有人员存在；所述空调控制终端还与一基于ZigBee的下位无线射频收发装置电性连接，所述中央控制站与一基于ZigBee的上位无线射频收发装置电性连接，基于ZigBee的上、下位无线射频收发装置用于实现数据与指令的传送。本发明可以根据气象的变化和人员的有无对空调进行控制，既能够有效保持设定温度的恒定，又能减少电力浪费。
Description
技术领域：
本发明涉及智能用电领域，主要针对楼宇空调控制系统，设计了一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统，具体涉及一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统及其控制方法。
背景技术：
随着我国经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，空调产销量和保有量均出现了较大幅度的增长。
根据家电市场的调查研究报告，在2005-2011年，我国空调内销量整整翻了一番，近几年来，空调负荷数量又有了较大幅度的增长。随着空调系统在我国越来越广泛的应用，空调系统的电力需求增长速度尤其迅速。空调的使用目的是营造一个合适的室内大气环境，使人在该环境感觉舒适或者是保证室内大气环境满足生产工艺过程或科学研究、试验过程的需要。
而随着室外气候变化和室内负荷变化等因素的影响，空调对用电负荷的要求是动态变化的，有时用电负荷很高，如夏季高温天气等；有时用电负荷又很低，如温度适宜的天气等。当前电力短缺主要发生在夏季或冬季的负荷高峰时段，空调负荷占比高，并出现显著的负荷尖峰现象，而低谷时段电力富足，导致部分发电容量处于闲置状态。
以上海市为例，夏季高峰时段，空调负荷的占比高达30％-40％，并呈现逐年上升的趋势。空调负荷作为温控负荷的一种，可以将电能转化为储存在房间内的热能，该能量转化及储存的特性使得空调负荷成为控制潜力的负荷，对于普通用户，对空调采取适当的控制不但不会影响用户的用电感受，反而能在一定程度上降低用电费用，主要体现在：
1)绝大部分居民用户夏季平均每天使用空调的时间大多介于3～10h，短时间(不超过10min)改变空调运行情况不会影响用户感受；
2)随着分时电价的逐步实行，大大增加了高峰负荷时段的用户用电成本，通过对空调的合理控制，不仅可以降低电网高峰时段负荷，也可以为用户节省电费开支。
目前，空调系统在整个楼宇用电系统中的能耗占比较高，且空调负荷是一种温控负荷，通过对其进行合理的优化控制，不仅不影响空调房间内人员的舒适性，还可以节约电能，从而节约用户的用电费用。当前空调系统运行存在的问题有：
1)空调系统的设定温度设置不合理的现象存在较多，例如夏季空调的设定温度过低，冬季空调的设定温度过高等，且空调系统的设定温度基本上是固定的，不能随着气象条件的变化而改变。
2)当室内人员离开房间的时候，有时会忘记关闭空调，造成电能的白白浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统及其控制方法，能够有效保持设定温度的恒定，减少电力浪费。
本发明要解决的技术问题的技术方案是：
一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统，包括位于空调侧的空调控制终端和用于生成空调控制策略的中央控制站；所述空调控制终端电性连接有空调、人体红外传感器、温度传感器，所述空调控制终端用于控制空调的启停与设定温度的调节；所述温度传感器用于实时获取室内的温度；所述人体红外传感器用于检测空调房间内是否有人员存在；所述空调控制终端还与一基于ZigBee的下位无线射频收发装置电性连接，所述中央控制站与一基于ZigBee的上位无线射频收发装置电性连接，基于ZigBee的上、下位无线射频收发装置用于实现数据与指令的传送。
优选的，所述基于ZigBee的上、下位无线射频收发装置为基于CC2530的ZIGBEE射频收发模块。
本发明基于ZigBee的楼宇空调控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：空调控制终端每隔一段时间△T监测一次室内温度的变化、房间内是否有人员，以及当前空调的运行状态(启停状态、设定温度等)，
步骤2：空调控制终端驱动基于ZigBee的下位无线射频收发装置将上述信息上传至中央控制站；
步骤3：中央控制站获取电网的电价信号、获取电网下达的削峰指令；
步骤4：中央控制站根据获得的电价信号、获取电网下达的削峰指令以及通过ZigBee通讯网络获取的空调运行状态、室内温度以及室内人员等信息；对数据进行逻辑分析，运行预先设定的最节省用电费用的空调控制策略，生成空调的控制指令，并通过ZigBee向空调控制终端发送空调的开关或温度重设控制指令。
优选的，所述△T为例如5-10min。
优选的，所述电价信号、获取电网下达的削峰指令可以通过有线宽带来实现。
本发明的优异效果：
本发明提供一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统及其控制方法，楼宇空调控制系统的人体红外传感器可以检测空调房间内是否有人员存在，在有人存在的情况下，读取温度传感器的温度数值，中央控制站根据上传的数据信息，运行预先设定的最节省用电费用的空调控制策略，生成空调的控制指令，并通过ZigBee向空调控制终端发送空调的开关控制指令。本发明能够在室内人员离开房间的时候，关闭空调，避免电能的白白浪费。也能够根据气象条件的变化而改变控制的运行策略，做到既能够有效保持设定温度的恒定，又能减少电力浪费。
附图说明
此处所说明的附图用以提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种实施例的原理框图；
图2是本发明一种实施例的工作流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的技术内容，本领域的技术人员可由本说明书揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点和功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同的观点和应用，在不违背本发明的精神下进行各种修饰和变更。
参见图1，以下结合附图对本发明作进一步详细的说明。
一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统，包括位于空调侧的空调控制终端和用于生成空调控制策略的中央控制站；所述空调控制终端电性连接有空调、人体红外传感器、温度传感器，所述空调控制终端用于控制空调的启停与设定温度的调节；所述温度传感器用于实时获取室内的温度；所述人体红外传感器用于检测空调房间内是否有人员存在；所述空调控制终端还与一基于ZigBee的下位无线射频收发装置电性连接，所述中央控制站与一基于ZigBee的上位无线射频收发装置电性连接，基于ZigBee的上、下位无线射频收发装置用于实现数据与指令的传送。
所述基于ZigBee的上、下位无线射频收发装置为基于CC2530的ZigBee射频收发模块。
ZigBee是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用技术。为满足人们对支持低数据速率、低功耗、安全性和可靠性，而且经济高效的标准型无线网络解决方案的需求，ZigBee标准应运而生。核心市场是消费类电子产品、能源管理和效率、医疗保健、家庭自动化、电信服务、楼宇自动化以及工业自动化。围绕ZigBee芯片技术推出的外围电路，称之为“ZigBee模块”，常见的ZigBee模块都是遵循IEEE802.15.4的国际标准，并且运行在2.4GHZ的频段上，另外，欧洲的标准是868MHZ、北美是915MHZ。
数据传输速率低：10Kb/s～250Kb/s，专注于低速率传输应用
功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6～24个月
成本低：Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本
网络容量大：网络可容纳65,000个设备
延时短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。
网络的自组织、自愈能力强，通信可靠
数据安全：Zigbee提供了数据完整性检查和健全功能，采用AES-128加密算法(美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一)，各个应用可灵活确定其安全属性
ZigBee技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的应用优势
CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。
CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它强大的功能。
参见图标2，本发明基于ZigBee的楼宇空调控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：空调控制终端每隔一段时间△T监测一次室内温度的变化、房间内是否有人员，以及当前空调的运行状态(启停状态、设定温度等)，
步骤2：空调控制终端驱动基于ZigBee的下位无线射频收发装置将上述信息上传至中央控制站；
步骤3：中央控制站获取电网的电价信号、获取电网下达的削峰指令；
步骤4：中央控制站根据获得的电价信号、获取电网下达的削峰指令以及通过ZigBee通讯网络获取的空调运行状态、室内温度以及室内人员等信息；对数据进行逻辑分析，运行预先设定的最节省用电费用的空调控制策略，生成空调的控制指令，并通过ZigBee向空调控制终端发送空调的开关或温度重设控制指令。软件设计的相关工作有：通过对各传感器的信号进行辨别比较，对空调系统进行实时分析，判断空调处于什么工作状态，是否需要做出工作状态的调整。
优选的，所述△T为例，如5-10min。
优选的，所述电价信号、获取电网下达的削峰指令可以通过有线宽带来实现。
空调控制终端设计时，分别采用Keil和Proteus等软件进行仿真，对每个模块电路建立仿真模型，设置模型的参数，进行模型仿真，在仿真结果与预想出入时，则对模型的相关参数进行调整，在得到预想的仿真结果时，证明设计方案在理论上是可实现的。
虽然本专利已参照较佳的实施例及附图予以说明，然而上述的说明应视为举例性而非限制性，熟悉此项技术者根据本发明的精神所做的变化及修改，均应属于本专利的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统，其特征在于：
包括位于空调侧的空调控制终端和用于生成空调控制策略的中央控制站；
所述空调控制终端电性连接有空调、人体红外传感器、温度传感器，所述空调控制终端用于控制空调的启停与设定温度的调节；所述温度传感器用于实时获取室内的温度；所述人体红外传感器用于检测空调房间内是否有人员存在；
所述空调控制终端还与一基于ZigBee的下位无线射频收发装置电性连接，
所述中央控制站与一基于ZigBee的上位无线射频收发装置电性连接，基于ZigBee的上、下位无线射频收发装置用于实现数据与指令的传送。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统，其特征在于：
所述基于ZigBee的上、下位无线射频收发装置为基于CC2530的ZigBee射频收发模块。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤1：空调控制终端每隔一段时间△T监测一次室内温度的变化、房间内是否有人员，以及当前空调的运行状态，
步骤2：空调控制终端驱动基于ZigBee的下位无线射频收发装置将上述信息上传至中央控制站；
步骤3：中央控制站获取电网的电价信号、获取电网下达的削峰指令；
步骤4：中央控制站根据获得的电价信号、获取电网下达的削峰指令以及通过ZigBee通讯网络获取的空调运行状态、室内温度以及室内人员等信息；对数据进行逻辑分析，运行预先设定的最节省用电费用的空调控制策略，生成空调的控制指令，并通过ZigBee向空调控制终端发送空调的开关或温度重设控制指令。
4.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统的控制方法，其特征在于：
所述△T为例如5-10min。
5.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee的楼宇空调控制系统的控制方法，其特征在于：
所述电价信号、获取电网下达的削峰指令可以通过有线宽带来实现。
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