CN107491010B - 一种建筑能耗自动分析预警装置及方法 - Google Patents

一种建筑能耗自动分析预警装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑能耗自动分析预警装置及方法，装置包括控制器、单相表记录芯片、红外传感器、温湿度传感器、时钟芯片，控制器为型号为MSP430的微控制器，红外传感器接入控制器的P2.1管脚，单相表记录芯片接入控制器的P2.0管脚，温湿度传感器接入控制器的P6.1、P6.2管脚，时钟芯片接入控制器的P4.0、P4.1、P4.2管脚。本发明使用查表计算方法与同时期比较的方法，对建筑设备能耗进行判断，对建筑设备进行能耗评价和故障诊断。

Description

一种建筑能耗自动分析预警装置及方法
技术领域
本发明涉及建筑能耗测量系统领域，具体是一种建筑能耗自动分析预警装置及方法。
背景技术
现代办公用户的用电设备越来越多，设备出现故障给工作带来不便，也会对电能能耗产生较大的影响，造成能源浪费，这就需要对建筑设备能耗分析，对建筑电气设备进行能耗评价和故障诊断。
随着计算机的发展和信息系统概念的兴起，计算机的应用也得到了快速发展，基于能源管理的系统也发展起来。对于企业内部能源管理也不在局限于冶金行业和钢铁企业，很多建筑业，加工业等等也都采用能源管理系统来有效地降低能耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑能耗自动分析预警装置及方法，通过传感器和嵌入式系统，进行建筑设备能耗的判断，对建筑电气设备进行能耗评价和故障诊断。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种建筑能耗自动分析预警装置，其特征在于：包括控制器、单相表记录芯片、红外传感器、温湿度传感器、时钟芯片，其中：
控制器为型号为MSP430的微控制器；
红外传感器接入控制器的P2.1管脚，由红外传感器检测建筑内人数，红外传感器输出脉冲信号至控制器的P2.1管脚；
单相表记录芯片型号为ADE7755，由单相表记录芯片测量建筑内电能消耗量，单相表记录芯片接入控制器的P2.0管脚；
温湿度传感器型号为SHT11，由温湿度传感器检测建筑内的温湿度，温湿度传感器接入控制器的P6.1、P6.2管脚；
时钟芯片型号为DS1302，由时钟芯片进行计时，时钟芯片接入控制器的P4.0、P4.1、P4.2管脚。
所述的一种建筑能耗自动分析预警装置，其特征在于：还包括作为存储芯片的AT24模块，AT24模块接入控制器的P4.3、P4.4管脚。
所述的一种建筑能耗自动分析预警装置，其特征在于：还包括作为手机模块的TC35模块，控制器通过TC35模块向外部手机发送警报短信，TC35模块接入控制器的P3.4、P3.5管脚。
一种建筑能耗自动分析预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、对于建筑6,7,8月使用空调制冷的情况，建立方程组(1)如下式：
Figure BDA0001399110540000021
方程组(1)中，Ex0表示选取的某天能耗，Tx0为选取的这天的最高温度，px0为选取的这天的进入建筑人员数，Exn表示某天能耗，a,b为比例系数，Txn表示某天的最高温度，pxn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数a、b；
对于建筑12,1,2月使用空调制热的情况，建立方程组(3)如下式：
Figure BDA0001399110540000022
方程组(3)中，Ey0表示选取的某天能耗，Ty0为选取的这天的最高温度，py0为选取的这天的进入建筑人员数，Eyn表示某天能耗，c,d为比例系数，Tyn表示某天的最高温度，pyn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数c、d；
对于建筑3,4,5,9,10,11月不使用空调的情况，建立方程组(5)如下式：
方程组(5)中，Ez0表示选取的某天能耗，pz0为选取的这天的进入建筑人员数，Ezn表示某天能耗，e为比例系数，pzn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数e；
(2)、对于6,7,8月，检测最高温度Tx，进入建筑人员数px，代入公式(4)，可以求出计算能耗Ex，将计算能耗Ex与实际测量能耗Exs比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(4)如下所示：
Ex＝Ex0+a(Tx-Tx0)+b(px-px0) (4)，
对于12,1,2月，检测最高温度Ty，进入建筑人员数py，代入公式(5)，可以求出计算能耗Ey，将计算能耗Ey与实际测量能耗Eys比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(5)如下式所示：
Ey＝Ey0+c(Ty-Ty0)+d(py-py0) (5)，
对于3,4,5,9,10,11月，检测进入建筑人员数pz，代入公式(6)可以求出计算能耗Ez，将计算能耗Ez与实际测量能耗Ezs比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(6)如下式所示：
Ez＝Ez0+e(pz-pz0) (6)；
(3)、将去年与前年每月的一旬分为一个时间段，一年有36个时间段，根据公式(7)计算同时间段正常能耗数据平均值Ep，Ei为该时间段正常能耗数据，n为该时间段正常能耗数据个数，公式(7)如下式所示：
Figure BDA0001399110540000031
将预判断正常的当天实际测量能耗Es与去年同时间段正常能耗数据平均值Ep比较，超过平均能耗20％就发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过去年同时间段平均能耗20％，就将当天数据标记为正常。
本发明通过电能检测芯片检测办公建筑的电能，通过红外传感器检测进入人数，通过温湿度传感器检测室外温湿度，使用手机模块发送报警短信。
本发明使用查表计算方法与同时期比较的方法，对建筑设备能耗进行判断，对建筑设备进行能耗评价和故障诊断。
本发明的有益效果为：
1.可以进行建筑设备能耗的判断，对建筑电气设备进行能耗评价和故障诊断。
2.通过嵌入式系统进行建筑设备能耗分析，而不用传到电脑分析，结构简单，安装方便。使用MSP430控制器，具有低成本、低功耗、高可靠性的优点。
3.建筑设备能耗异常判断使用新的方法，即查表计算方法与同时期比较方法，而不是用简单的阈值判断。
附图说明
图1为本发明系统结构框图。
图2为本发明流程图。
图3为本发明AT24存储器模块图。
图4为本发明SHT11温度传感器模块图。
图5为本发明DS1302时钟模块图。
图6为本发明TC35通信模块图。
具体实施方式
如图1、图3-图6所示，一种建筑能耗自动分析预警装置，包括控制器、单相表记录芯片、红外传感器、温湿度传感器、时钟芯片，其中：
控制器为型号为MSP430的微控制器；
红外传感器接入控制器的P2.1管脚，由红外传感器检测建筑内人数，红外传感器输出脉冲信号至控制器的P2.1管脚；
单相表记录芯片型号为ADE7755，由单相表记录芯片测量建筑内电能消耗量，单相表记录芯片接入控制器的P2.0管脚；
温湿度传感器型号为SHT11，由温湿度传感器检测建筑内的温湿度，温湿度传感器接入控制器的P6.1、P6.2管脚；
时钟芯片型号为DS1302，由时钟芯片进行计时，时钟芯片接入控制器的P4.0、P4.1、P4.2管脚。
还包括作为存储芯片的AT24模块，AT24模块接入控制器的P4.3、P4.4管脚。
还包括作为手机模块的TC35模块，控制器通过TC35模块向外部手机发送警报短信，TC35模块接入控制器的P3.4、P3.5管脚。
建筑物的电能能耗和当天温度有关，温度过高，用户会开空调制冷，温度过低，用户会开空调制热。建筑物的电能能耗和进入建筑物的人数有关，一般情况下，进入建筑物人数越多，使用空调、电梯、电脑、电灯等设备越多，耗能越多。所以可以建立与温度、进入建筑物人数有关的方程组。
如图2所示，一种建筑能耗自动分析预警方法，包括以下步骤：
(1)、对于建筑6,7,8月使用空调制冷的情况，建立方程组(1)如下式：
Figure BDA0001399110540000051
方程组(1)中，Ex0表示选取的某天能耗，Tx0为选取的这天的最高温度，px0为选取的这天的进入建筑人员数，Exn表示某天能耗，a,b为比例系数，Txn表示某天的最高温度，pxn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数a、b；
对于建筑12,1,2月使用空调制热的情况，建立方程组(3)如下式：
Figure BDA0001399110540000052
方程组(3)中，Ey0表示选取的某天能耗，Ty0为选取的这天的最高温度，py0为选取的这天的进入建筑人员数，Eyn表示某天能耗，c,d为比例系数，Tyn表示某天的最高温度，pyn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数c、d；
对于建筑3,4,5,9,10,11月不使用空调的情况，建立方程组(5)如下式：
Figure BDA0001399110540000053
方程组(5)中，Ez0表示选取的某天能耗，pz0为选取的这天的进入建筑人员数，Ezn表示某天能耗，e为比例系数，pzn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数e；
(2)、对于6,7,8月，检测最高温度Tx，进入建筑人员数px，代入公式(4)，可以求出计算能耗Ex，将计算能耗Ex与实际测量能耗Exs比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(4)如下所示：
Ex＝Ex0+a(Tx-Tx0)+b(px-px0) (4)，
对于12,1,2月，检测最高温度Ty，进入建筑人员数py，代入公式(5)，可以求出计算能耗Ey，将计算能耗Ey与实际测量能耗Eys比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(5)如下式所示：
Ey＝Ey0+c(Ty-Ty0)+d(py-py0) (5)，
对于3,4,5,9,10,11月，检测进入建筑人员数pz，代入公式(6)可以求出计算能耗Ez，将计算能耗Ez与实际测量能耗Ezs比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(6)如下式所示：
Ez＝Ez0+e(pz-pz0) (6)；
(3)、将去年与前年每月的一旬分为一个时间段，一年有36个时间段，根据公式(7)计算同时间段正常能耗数据平均值Ep，Ei为该时间段正常能耗数据，n为该时间段正常能耗数据个数，公式(7)如下式所示：
Figure BDA0001399110540000061
将预判断正常的当天实际测量能耗Es与去年同时间段正常能耗数据平均值Ep比较，超过平均能耗20％就发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过去年同时间段平均能耗20％，就将当天数据标记为正常。

Claims (1)

1.一种建筑能耗自动分析预警方法，其特征在于：
包括建筑能耗自动分析预警装置，包括控制器、单相表记录芯片、红外传感器、温湿度传感器、时钟芯片，其中：
控制器为型号为MSP430的微控制器；
红外传感器接入控制器的P2.1管脚，由红外传感器检测建筑内人数，红外传感器输出脉冲信号至控制器的P2.1管脚；
单相表记录芯片型号为ADE7755，由单相表记录芯片测量建筑内电能消耗量，单相表记录芯片接入控制器的P2.0管脚；
温湿度传感器型号为SHT11，由温湿度传感器检测建筑内的温湿度，温湿度传感器接入控制器的P6.1、P6.2管脚；
时钟芯片型号为DS1302，由时钟芯片进行计时，时钟芯片接入控制器的P4.0、P4.1、P4.2管脚；
还包括作为存储芯片的AT24模块，AT24模块接入控制器的P4.3、P4.4管脚；
还包括作为手机模块的TC35模块，控制器通过TC35模块向外部手机发送警报短信，TC35模块接入控制器的P3.4、P3.5管脚；
所述分析预警方法，包括以下步骤：
(1)、对于建筑6,7,8月使用空调制冷的情况，建立方程组(1)如下式：
Figure FDA0002156703030000011
方程组(1)中，Ex0表示选取的某天能耗，Tx0为选取的这天的最高温度，px0为选取的这天的进入建筑人员数，Exn表示某天能耗，a,b为比例系数，Txn表示某天的最高温度，pxn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数a、b；
对于建筑12,1,2月使用空调制热的情况，建立方程组(3)如下式：
Figure FDA0002156703030000021
方程组(3)中，Ey0表示选取的某天能耗，Ty0为选取的这天的最高温度，py0为选取的这天的进入建筑人员数，Eyn表示某天能耗，c,d为比例系数，Tyn表示某天的最高温度，pyn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数c、d；
对于建筑3,4,5,9,10,11月不使用空调的情况，建立方程组(5)如下式：
Figure FDA0002156703030000022
方程组(5)中，Ez0表示选取的某天能耗，pz0为选取的这天的进入建筑人员数，Ezn表示某天能耗，e为比例系数，pzn表示某天进入建筑人员数，使用线性回归，求出比例系数e；
(2)、对于6,7,8月，检测最高温度Tx，进入建筑人员数px，代入公式(4)，可以求出计算能耗Ex，将计算能耗Ex与实际测量能耗Exs比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(4)如下所示：
Ex＝Ex0+a(Tx-Tx0)+b(px-px0) (4)，
对于12,1,2月，检测最高温度Ty，进入建筑人员数py，代入公式(5)，可以求出计算能耗Ey，将计算能耗Ey与实际测量能耗Eys比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(5)如下式所示：
Ey＝Ey0+c(Ty-Ty0)+d(py-py0) (5)，
对于3,4,5,9,10,11月，检测进入建筑人员数pz，代入公式(6)可以求出计算能耗Ez，将计算能耗Ez与实际测量能耗Ezs比较，如果实际能耗超过计算能耗20％发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过计算能耗20％，就将当天数据标记为预判断正常，公式(6)如下式所示：
Ez＝Ez0+e(pz-pz0) (6)；
(3)、将去年与前年每月的一旬分为一个时间段，一年有36个时间段，根据公式(7)计算同时间段正常能耗数据平均值Ep，Ei为该时间段正常能耗数据，n为该时间段正常能耗数据个数，公式(7)如下式所示：
将预判断正常的当天实际能耗Es与去年同时间段正常能耗数据平均值Ep比较，超过平均能耗20％就发出报警信号，并将当天数据标记为异常，如果没有超过去年同时间段平均能耗20％，就将当天数据标记为正常。
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