CN111609538A - 一种针对楼宇中空调用户侧控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对楼宇中空调用户侧控制的系统，包括：管理员操作终端、中央控制单元和多个空调远程控制器；所述空调远程控制器包括无线传输模块、用户加时按钮、用户关闭按钮、单片机模块、温度传感器和电源模块；所述空调远程控制器还包括触屏控制模块或按键控制模块；所述空调远程控制器安装在各个空调用户侧控制器上。本发明的有益效果是：在空调用户侧控制器上安装空调远程控制器，空调远程控制器上设有触屏控制模块或按键控制模块，不直接干涉空调原来的运行体系，避免对空调设备底层改动，不受空调品牌型号的限制，不需要楼宇业主方和物业方的许可；在最大化节能的运行模式下获得适宜的人体体感温度，减轻管理人员负担，提高经济效益。

Description

一种针对楼宇中空调用户侧控制的系统及方法

技术领域

本发明涉及智慧楼宇中的针对空调用户侧控制领域，尤其包括一种针对楼宇中空调用户侧控制的系统及方法。

背景技术

目前，随着现代信息化技术的日益发展和物联网概念的逐步推广，智慧楼宇借助互联网的优势打造一种全新的智能型自动化节能管理方式。楼宇内的各种耗能设备数量往往比较多，负责的人员管理起来耗时耗力，所以需要一种自动化且智能化的管理手段。目前的耗能设备的管理中，常常出现设备设置不当、漏管和错管等现象，这些不当的操作造成了能源的巨大浪费。空调是楼宇中取暖与制冷过程中必不可少的一个环节，也是楼宇中能耗最大的设备种类之一。由于空调的用户侧控制端掌控在个人用户手中，经常会出现忘关、漏关等现象，从而造成多余的运行。同时空调的设置往往取决个人用户的偏好而设置，经常会出现温度过热或者过冷等设置不合理的情况，会使得空调长时间的非必需的高功率运行，以致大量的能源浪费。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种针对楼宇中空调用户侧控制的系统及方法。

这种针对楼宇中空调用户侧控制的系统，包括：管理员操作终端、中央控制单元和多个空调远程控制器；所述空调远程控制器包括无线传输模块、用户加时按钮、用户关闭按钮、单片机模块、温度传感器和电源模块；所述空调远程控制器还包括触屏控制模块或按键控制模块；所述空调远程控制器安装在各个空调用户侧控制器上；

所述触屏控制模块包括电容、可控开关、金属电极、空调用户侧控制器和触屏按钮，所述电容一端连接可控开关的一端，电容另一端连接信号地；可控开关的另一端连接金属电极的一侧，金属电极的另一侧粘贴接触触屏按钮；所述触屏按钮位于空调用户侧控制器上；所述电容与空调用户侧控制器共地；

所述按键控制模块包括可控开关、空调用户侧控制器和按键按钮，可控开关通过跳线连接的方式与按键按钮并联；所述按键按钮位于空调用户侧控制器上。

作为优选，所述管理员操作终端为智能手机、平板电脑或电脑。

作为优选，所述无线传输模块为ESP32-WROOM-32D Wi-Fi无线通讯模块，单片机模块为ESP32系列的单片机模块，温度传感器为DS18B20数字温度计。

这种针对楼宇中空调用户侧控制的系统的工作方法，包括如下步骤：

步骤1、管理员通过管理员操作终端远程访问中央控制单元；管理员用户需求在中央控制单元内设置目标温度、工作时间段、节假日安排和加班运行参数设置；

步骤2、电源模块为空调远程控制器的各个部分提供电源；

步骤3、空调远程控制器内的温度传感器把本地的环境温度信息实时回传给中央控制单元；

步骤4、中央控制单元根据管理员的设置，结合所处环境中环境温度的变化率控制所有的空调远程控制器：中央控制单元将空调控制指令利用无线通讯方式发送到各个空调远程控制器，空调远程控制器通过无线传输模块与中央控制单元进行通讯，双向传输空调控制指令和数据信息；

步骤5、空调远程控制器中的单片机模块给触屏控制模块或按键控制模块发送空调控制指令：触屏控制模块中的可控开关根据指令改变金属电极与电容的连接或断开，模拟手指触摸来控制触屏按钮，从而控制空调用户侧控制器对空调内机进行开关、调温、调风速或变换模式操作；空调控制指令通过控制按键控制模块中可控开关来模拟按键按钮的操作，控制空调用户侧控制器对空调内机进行开关、调温、调风速或变换模式操作；

步骤6、将终端的非管理员用户在用户加时按钮上的操作回传给中央控制单元，将终端的非管理员用户在用户关闭按钮上的操作回传给中央控制单元：

若终端的非管理员用户按下空调远程控制器上的用户加时按钮，则使相应的空调内机在非工作时间段额外工作一段预设长度的时间，时间结束后，相应的空调内机恢复到非工作时间段内设置的工作状态中；

若终端的非管理员用户按下空调远程控制器上的用户关闭按钮，则使相应的空调内机停止工作一段预置长度的时间，时间结束后，相应的空调内机恢复到工作时间段内设置的工作状态中。

作为优选，所述步骤2中电源模块采用空调用户侧控制器中的原有直流电源或空调远程控制器中的自带电池电源。

本发明的有益效果是：

(1)不直接干涉空调原来的运行体系，避免对空调设备底层改动，而是在空调用户侧控制器上安装空调远程控制器，通过触屏控制模块或按键控制模块来实现空调设备控制；不受空调品牌及型号的限制，而且不需要楼宇业主方和物业方的许可。

(2)为用户提供设备控制的定制服务，达到节能和省力的目的；基于用户的设置，控制空调的开关、温度、模式和风速，在最大化节能的运行模式下获得适宜的人体体感温度。

(3)运行模式长期稳定，极大地减轻了设备管理和使用人员的繁琐操作；同时也限制了部分普通用户由于偏好设置而造成的能源浪费，自适应强，最大化的节省能源、减少开支、减轻管理人员负担，提高了经济效益，方便管理员更加集中地管理空调设备。

附图说明

图1为针对楼宇中空调用户侧控制的系统图；

图2为空调远程控制器图；

图3为触屏控制模块图；

图4为按键控制模块图。

附图标记说明：管理员操作终端1、中央控制单元2、空调远程控制器3、空调用户侧控制器4、空调内机5、无线传输模块6、用户加时按钮7、用户关闭按钮8、单片机模块9、温度传感器10、电源模块11、触屏控制模块12、电容13、可控开关14、金属电极15、触屏按钮16、按键按钮17。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

空调用户侧控制器4和空调内机5是楼宇中空调设备系统的原有部分，空调用户侧控制器4是用户操作和控制空调内机5的主要用户侧终端。

本发明的目的是提供一种对楼宇中的空调用户侧控制器进行管理的系统。空调的用户侧控制端主要有两种控制方式：触屏控制和按键控制。由于很多厂家的空调的通讯协议是严格保密的，所以楼宇中各种空调设备的通用性的远程控制是一个行业难题。本发明通过电子电路的方式模拟触屏或按键操作来实现空调的用户侧控制端的控制，无需对接空调控制器的通讯协议，无需向楼宇的业主方或者物业方申请改造，无需改造或破坏原有空调设备或者外机，结合无线通讯技术，实现了一种远程的楼宇中空调设备的控制系统及方法。

空调远程控制器安装在各个空调用户侧控制器上，由设备管理的负责人员结合用户的具体需求在针对楼宇中空调用户侧控制的系统内设置目标温度、工作时间段、节假日安排、加班运行等参数，经过基本的设置后，针对楼宇中空调用户侧控制的系统接管各个空调用户侧控制器的控制权，可以将空调控制指令利用无线通讯方式(如Wi-Fi，LoRa等无线通讯方式)发送到各个空调远程控制端，达到空调设备统一控制和管理的目的。每个空调远程控制器通过模拟触屏或按键操作的方法来控制空调的工作状态，同时每个空调远程控制器包含有“加时”和“关闭”两个物理按钮，终端用户在物理按钮的操作会回传给针对楼宇中空调用户侧控制的系统，实现一些非管理员的终端用户对空调的控制操作。空调远程控制器同时内含温度测试单元，把本地的环境温度信息实时回传给针对楼宇中空调用户侧控制的系统的中央控制单元，有助于控制空调设备打造更适宜的用户体感温度环境。针对楼宇中空调用户侧控制的系统主要包括：管理员操作终端、中央控制单元和多个空调远程控制器。

管理员操作终端可以访问管理员操作界面来进行远程访问和设置针对楼宇中空调用户侧控制的系统，操作界面提供管理员专有的访问权限，操作终端可以为智能手机，平板电脑，电脑等设备。管理员可以根据设备管理的需求在终端设备上对针对楼宇中空调用户侧控制的系统进行设置和管理，针对楼宇中空调用户侧控制的系统会对空调设备进行开关、调温、调风速、变换模式等进行相应的控制操作，实现空调设备的集中管理，达到节能和省力的效果。

中央控制单元是针对楼宇中空调用户侧控制的系统的核心，主要功能包括：提供管理员操作界面、针对楼宇中空调用户侧控制的系统的设置、能耗数据记录和展示、空调设备控制等。中央控制单元中的数据包含各个空调的基本信息和初始状态等，同时接收所有设备的环境温度和能耗等信息；中央控制单元根据管理员的设置，结合所处环境中的加热或制冷特性(即加热或制冷工作时，环境温度的变化率)和当前的室外温度(可由互联网天气信息获得)，发送控制指令给空调远程控制器来调节空调设备的工作状态，在保证适宜的用户体感温度的前提下，最大化的节省楼宇的能源消耗。同时中央控制单元还提供能耗数据的记录、分析和展示等功能。

空调远程控制器是针对楼宇中空调用户侧控制的系统中的执行者，其主要包括五个部分：无线传输模块、温度传感器、电源模块、触屏或按键控制模块、用户按钮。

无线传输模块主要功能是实现了中央控制单元和多个空调远程控制器之间的双向通讯，其通讯方式可为Wi-Fi，LoRa等无线通讯方式。

温度传感器主要功能是测量终端用户所处的环境温度。

电源模块的主要功能是为空调远程控制器的各个部分提供所需电源，其电源输入可以采用用户侧控制器中的直流电源或空调远程控制器的自带电池电源。

用户按钮主要为终端的非管理员用户提供一定的本地空调控制操作，主要为两个按钮：“加时”和“关闭”按钮。其中“加时”按钮的主要功能是：在管理人员设置的非工作时间段内，如果本地用户需要空调设备加时工作一段时间，则可以按下该按钮使相应的空调设备额外工作一段预先设置好长度的时间，时间结束后，相应的空调恢复到非工作时间段内设置的工作状态中。“关闭”按钮的主要功能是：在管理人员设置的工作时间段内，如果某个终端空调的本地用户需要空调暂时停止工作一段时间，则可以按下该按钮使相应的空调设备停止工作一段预先设置好长度的时间，时间结束后，相应的空调恢复到工作时间段内设置的工作状态中。

触屏或按键控制模块主要功能是利用电子的方法模拟触屏或按键输入来控制空调的用户侧控制端。触屏控制模块主要由包含模拟触屏电容和控制电路的开发板组成，控制信号可以模拟触屏按键的操作，以达到对空调设备进行控制的目的。按键控制模块主要通过跳线连接，利用电子开关来模拟物理按键的输入，以达到对空调设备进行控制的目的。

针对楼宇中空调用户侧控制的系统图如图1所示，包括管理员操作终端1、中央控制单元2、空调远程控制器3、空调用户侧控制器4和空调内机5。箭头方向为主要的信号或信息的方向。空调远程控制器n、空调触屏或按键控制器n和空调内机n中，数字n为所管理的所有空调设备的数量，加入针对楼宇中空调用户侧控制的系统的空调数量是可以设置和更改的。

空调远程控制器图如图2所示，它包括无线传输模块6、用户加时按钮7、用户关闭按钮8、单片机模块9、温度传感器10、电源模块11和触屏或按钮控制模块12。箭头方向为主要的信号、电力或信息的方向。其中，无线传输模块6可以使用ESP32-WROOM-32D Wi-Fi无线通讯模块来实现整个针对楼宇中空调用户侧控制的系统的各个部分之间的无线通讯功能。单片机模块9可以使用ESP32系列的单片机模块作为空调远程控制器的核心。温度传感器10可以使用DS18B20数字温度计，单片机模块9可以实时读取温度传感器10所测量的环境温度。电源模块11的主要功能是为空调远程控制器的各个部分提供所需电源。触屏或按键控制模块12的主要功能是利用电子的方法模拟触屏或按键输入来达到控制空调的用户侧控制端的目的。

图3为触屏控制模块的原理图，它包括电容13、可控开关14、金属电极15、空调用户侧控制器4及其上面的触屏按钮16。电容13主要用来模拟触屏按钮的操作，其一端连接可控开关14，另一端连接信号地，并且与空调用户侧控制器4共地。控制信号可以控制可控开关14来达到连接和断开电容13的目的。金属电极15粘贴接触在空调用户侧控制器的触屏按钮16之上。

图4为按键控制模块图，它包括可控开关14、空调用户侧控制器4及其上面的按键按钮17。可控开关14通过跳线连接的方式与按键按钮17并联，控制信号通过控制可控开关来模拟按键按钮的操作。

工作过程为：

在图1中，管理员可以通过管理员操作终端1来远程访问和设置中央控制单元2，中央控制单元2根据管理员的基本设置来控制所有的空调远程控制器3，空调远程控制器3利用电子的方法模拟触屏或者按键按钮的操作，进而实现对空调用户侧控制器4的操作，取代人为的手动操作。图1中的空调用户侧控制器4和空调内机5是楼宇中空调设备系统的原有部分，空调用户侧控制器4是用户操作和控制空调内机5的主要用户侧终端。

在图2中，空调远程控制器通过无线传输模块6与中央控制单元进行通讯，双向传输指令和数据信息。单片机模块9给触屏或按键控制模块12发送指令，达到控制空调用户侧控制器的目的。电源模块11主要功能是为空调远程控制器的各个部分提供所需电源，其电源输入可以采用用户侧控制器中的原有直流电源作或空调远程控制器的自带电池电源。用户加时按钮7和用户关闭按钮8为两个物理按钮，主要为终端的非管理员用户提供一定的本地空调的控制操作。用户加时按钮7的主要功能是：在管理人员设置的非工作时间段内，如果本地用户需要空调设备加时工作一段时间，则可以按下该按钮使相应的空调设备额外工作一段预先设置好长度的时间，时间结束后，相应的空调恢复到非工作时间段内设置的工作状态中。用户关闭按钮8的主要功能是：在管理人员设置的工作时间段内，如果本地用户需要空调暂时停止工作一段时间，则可以按下该按钮使相应的空调设备停止工作一段预先设置好长度的时间，时间结束后，相应的空调恢复到工作时间段内设置的工作状态中。

图3和图4对不同的空调用户侧控制器的按钮类型，系统提供了触屏控制模块和按键控制模块。

如图3所示，电容13主要用来模拟触屏按钮的操作，其一端通过可控开关14连接到金属电极15，另一端连接信号地，并且与空调用户侧控制器4共地。金属电极15直接粘贴接触式的贴在空调用户侧控制器的触屏按钮16之上。可控开关14可以根据控制信号来改变金属电极14连接或者断开电容13的目的，从而模拟手指触摸来控制触屏按钮。

如图4所示，可控开关14通过跳线连接方式连接到按键按钮17，控制信号通过控制可控开关14来模拟按键按钮17的操作。

在针对楼宇中空调用户侧控制的系统中，只有管理员有权限对系统进行设置与控制，非管理员可以浏览信息或者只读访问。管理员可以预先设置好工作时间段，节假日等基本信息，同时根据具体用户的需求来设置取暖模式下的目标温度和制冷模式下的目标温度，还有加时功能的预设时间长度和加时目标温度、关闭功能的预设时间长度等参数。针对楼宇中空调用户侧控制的系统根据管理员的设置，结合室外温度和测试计算出的房屋加热和制冷特性，控制所有空调设备的工作状态，来保证工作时间段的工作环境一直保持适宜的体感温度，并且最大化的减少了能源的浪费、电费的开支和管理人员的日常操作工作量。

Claims (4)

1.一种针对楼宇中空调用户侧控制的系统，其特征在于，包括：管理员操作终端(1)、中央控制单元(2)和多个空调远程控制器(3)；所述空调远程控制器(3)包括无线传输模块(6)、用户加时按钮(7)、用户关闭按钮(8)、单片机模块(9)、温度传感器(10)和电源模块(11)；所述空调远程控制器(3)还包括触屏控制模块(12)或按键控制模块(12)；所述空调远程控制器(3)安装在各个空调用户侧控制器(4)上；

所述触屏控制模块(12)包括电容(13)、可控开关(14)、金属电极(15)、空调用户侧控制器(4)和触屏按钮(16)，所述电容(13)一端连接可控开关(14)的一端，电容(13)另一端连接信号地；可控开关(14)的另一端连接金属电极(15)的一侧，金属电极(15)的另一侧粘贴接触触屏按钮(16)；所述触屏按钮(16)位于空调用户侧控制器(4)上；所述电容(13)与空调用户侧控制器(4)共地；

所述按键控制模块(12)包括可控开关(14)、空调用户侧控制器(4)和按键按钮(17)，可控开关(14)通过跳线连接的方式与按键按钮(17)并联；所述按键按钮(17)位于空调用户侧控制器(4)上。

2.根据权利要求1所述针对楼宇中空调用户侧控制的系统，其特征在于：所述管理员操作终端(1)为智能手机、平板电脑或电脑。

3.一种如权利要求1所述针对楼宇中空调用户侧控制的系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、管理员通过管理员操作终端(1)远程访问中央控制单元(2)；管理员用户需求在中央控制单元(2)内设置目标温度、工作时间段、节假日安排和加班运行参数；

步骤2、电源模块(11)为空调远程控制器(3)的各个部分提供电源；

步骤3、空调远程控制器(3)内的温度传感器(10)把本地的环境温度信息实时回传给中央控制单元(2)；

步骤4、中央控制单元(2)根据管理员的设置，结合所处环境中环境温度的变化率控制所有的空调远程控制器(3)：中央控制单元(2)将空调控制指令利用无线通讯方式发送到各个空调远程控制器(3)，空调远程控制器(3)通过无线传输模块(6)与中央控制单元(2)进行通讯，双向传输空调控制指令和数据信息；

步骤5、空调远程控制器(3)中的单片机模块(9)给触屏控制模块(12)或按键控制模块(12)发送空调控制指令：触屏控制模块(12)中的可控开关(14)根据指令改变金属电极(14)连接或断开电容(13)，模拟手指触摸来控制触屏按钮(16)，控制空调用户侧控制器(4)对空调内机(5)进行开关、调温、调风速或变换模式操作；空调控制指令通过控制按键控制模块(12)中可控开关(14)来模拟按键按钮(17)的操作，控制空调用户侧控制器(4)对空调内机(5)进行开关、调温、调风速或变换模式操作；

步骤6、将终端的非管理员用户在用户加时按钮(7)上的操作回传给中央控制单元(2)，将终端的非管理员用户在用户关闭按钮(8)上的操作回传给中央控制单元(2)：

若终端的非管理员用户按下空调远程控制器(3)上的用户加时按钮(7)，则使相应的空调内机(5)在非工作时间段额外工作一段预设长度的时间，时间结束后，相应的空调内机(5)恢复到非工作时间段内设置的工作状态中；

若终端的非管理员用户按下空调远程控制器(3)上的用户关闭按钮(8)，则使相应的空调内机(5)停止工作一段预置长度的时间，时间结束后，相应的空调内机(5)恢复到工作时间段内设置的工作状态中。

4.根据权利要求3所述针对楼宇中空调用户侧控制的系统的工作方法，其特征在于：所述步骤2中电源模块(11)采用空调用户侧控制器(4)中的原有直流电源或空调远程控制器(3)中的自带电池电源。

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