CN204329251U - 一种医院单体空调联控节能管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空调节能管理系统，特别涉及一种医院单体空调联控节能管理系统。其结构包括管理层，所述的管理层通过数据传输层连接底层的单体式空调控制器，单体式空调控制器包括主控电路，所述的主控电路分别连接有键盘电路、热敏传感电路、人体红外传感电路、时钟电路、继电器控制电路、液晶显示电路、电能采集计量电路和ZigBee通讯电路，所述的ZigBee通讯电路通过数据网关连接数据传输层，所述的电能采集计量电路连接电表。本实用新型的医院单体空调联控节能管理系统实现了分体式空调器用电及室内温度的远程监测、空调使用习惯与耗电量分析，并通过温度控制、定时控制、预付费控制及管理者远程调控等灵活的节能策略和手段，有效地控制空调合理使用。

Description

一种医院单体空调联控节能管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种空调节能管理系统，特别涉及一种医院单体空调联控节能管理系统。

背景技术

现有技术下，由于医院大量采用了单体式空调，单体式空调的综合运营费用日渐增高，对现有分体式或单体空调机群实施网络集中管理控制的呼声曰益高涨。

目前单体空调联控节能管理系统在医院应用存在以下的问题：

（1）单体空调控制器组网功能较弱，大部分都是通过RS485总线纳入到医院已有的能源管理软件系统，部分厂家也只是实现了GPRS远程采集，需要支付移动通讯公司一定流量，速度较慢，实时性较差。

（2）缺乏室外环境自适应功能。

（3）分时段设定温度功能不够细化。

（4）单体空调控制器缺乏能耗监控和计量功能。

（5）空调待机能耗浪费。

（6）缺乏锁闭手动遥控器功能。

（7）普遍缺乏更高层面系统的集中管理。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足或缺陷，提供一种医院单体空调联控节能管理系统，它可以对医院现有已经安装使用的分体式单体空调机群进行集中管理和控制。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种医院单体空调联控节能管理系统，包括管理层，所述的管理层通过数据传输层连接底层的单体式空调控制器，单体式空调控制器包括主控电路，所述的主控电路分别连接有键盘电路、热敏传感电路、人体红外传感电路、时钟电路、继电器控制电路、液晶显示电路、电能采集计量电路和ZigBee通讯电路，所述的ZigBee通讯电路通过数据网关连接数据传输层，所述的电能采集计量电路连接电表。

管理层包括服务器，所述的服务器内设置有系统总览模块、用户管理模块、在线监控模块、单体空调管控模块、数据中心模块和节能评价模块。

数据传输层包括相互连接的历史数据服务器、数据服务器、WEB服务器和网络防火墙，数据传输层通过所述的WEB服务器连接管理层和底层的单体式空调控制器。

本实用新型的医院单体空调联控节能管理系统改变了传统技术中的单体式空调人工控制模式，采用新型的无线传输方式，并依此为依据，建立数据分析和管理系统，利用能源管理平台，能够实现单体空调的均衡控制和智能远程管理。

采用微功率无线数据传输和以太网技术相结合，更好的实现数据的集中和远程传输。将工业级STM32芯片与ZigBee相结合，减少了现场布线，降低整个控制器的功耗。采用新型传感技术，在传感方式方法上实现了创新，传感方式采用DS18B20温度传感器，分别采集室内温度和室外温度，通过软件实现看天调节温度。

采用单体空调数据分类汇总和图形显示分析技术。

对单体空调数据，电能、开闭时间、温度、人员流动等能够分类检出并通过曲线图的形式呈现给技术员，与传统技术相比，能更好地为技术员指定理想的专家曲线提供决策支持。数据通过表格和曲线等方式进行展示，简单直观，易于理解。

采用分体式空调控制空调插座的产品设计。界面直观，操作简单，任何人不需培训就能轻松理解和使用，避免万用空调遥控器误操作

采用自主研发的无线组网协议设计。

有效控制单体式空调使用时间和设定温度、及时关闭掉插座供电，避免待机浪费的电能。

综上，本实用新型的医院单体空调联控节能管理系统采用先进的传感技术、物联网与互联网技术和数据库技术，实现了分体式空调器用电及室内温度的远程监测、空调使用习惯与耗电量分析，并通过温度控制、定时控制、预付费控制及管理者远程调控等灵活的节能策略和手段，有效地控制空调合理使用，既能营造舒适的就诊环境又不造成浪费，也实现了分体式空调器分项能耗精确计量与费用独立核算，为能源消耗定额管理、节能目标定量化提供了计量工具和节能手段。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

（1）采用ZigBee通信方式，可以做到“不破墙、少布线，即装即用”。

（2）当环境温度大于夏季温区上限时容许空调开启，当环境温度低于夏季温区下限时禁止空调开启；当环境温度低于冬季温区下限时容许空调开启，当环境温度高于冬季温区上限时禁止空调开启。

（3）可以根据医院就诊患者人流分布情况，将全天24小时分为多个时间段，在不同的时间段可以设置空调开启的权限和温度，根据就诊规律分时分区提前启动空调。

（4）单体空调控制器内置电能计量模块，不需额外增加电能计量仪表，节省空间和费用。

（5）单体空调控制器提供定时控制功能，自动定时切断和恢复空调供电，防止下班后忘记关闭空调，也消除长时间不用空调的待机能耗。定时断电后如果使用者需要继续使用空调，通过控制器按键可恢复空调供电。也可由上位机系统软件组合时间及其他信息（办公设备运行状态或其他检测信号）设定空调管控条件，远程遥控单体空调控制器实现空调的运行管理。

（6）对不常用房间的空调，以及禁用空调的季节，由上位机系统软件远程锁闭单体空调节电控制器，禁止空调供电，此时控制器或万能空调遥控器按键是无法恢复空调供电，只能由上位机系统软件远程解锁后，方可恢复空调正常使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的医院单体空调联控节能管理系统整体系统构架图；

图2为本实用新型的医院单体空调联控节能管理系统的单体式空调控制器的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如附图1、2所示，一种医院单体空调联控节能管理系统，包括管理层1，所述的管理层1通过数据传输层2连接底层的单体式空调控制器3，单体式空调控制器3包括主控电路，所述的主控电路分别连接有键盘电路、热敏传感电路、人体红外传感电路、时钟电路、继电器控制电路、液晶显示电路、电能采集计量电路和ZigBee通讯电路，所述的ZigBee通讯电路通过数据网关4连接数据传输层2，所述的电能采集计量电路连接电表。

单体式空调控制器3用于控制各种空调设备，如柜式空调、窗式空调、壁挂式空调、吸顶式空调等。

管理层1包括服务器，所述的服务器内设置有系统总览模块、用户管理模块、在线监控模块、单体空调管控模块、数据中心模块和节能评价模块。

数据传输层2包括相互连接的历史数据服务器、数据服务器、WEB服务器和网络防火墙，数据传输层通过所述的WEB服务器连接管理层和底层的单体式空调控制器。

本实施例重新设计单体式空调控制器，选用ARM7（STM32）作为主控电路，CC2430 ZigBee板构成无线通信系统，将电能采集模块、红外探测模块、温度采集模块和继电器控制电路模块等模块对用户的空调及其它设备用电、有无人员情况和温度信息进行数据采集，通过ZigBee网络与中央控制主机传输信息，并由中央控制主机统一管理调度，中央控制主机把数据保存到相应的数据库中，并可以通过查询平台方便用户对信息管理和查询（见图1）。系统根据预设定的评估算法可以通过软件对空调使用情况和评估结果做出统计和评估。系统将能耗分为合理能耗和不合理能耗，合理能耗是指人们正常工作需要消耗的能耗，不合理能耗是指因为非正常需要而使用的能耗，如人员不在设备空转，空调温度设置过高或过低等，系统根据不同能耗使用情况分项计量统计，动态监测用户的能耗使用情况，操作人员能够方便地管理本地和远程属于本网络的空调终端运行情况，并通过某种优化的管理模式达到节能效果。

整个单体式空调控制器包括主控电路、键盘电路、热敏传感电路、人体红外传感电路、时钟电路、继电器控制电路、液晶显示电路、电能采集计量电路和ZigBee通讯电路，其中热敏传感电路主要完成室内温度实时采集，人体红外传感电路模块主要判断室内是否有人存在，时钟电路模块主要实现定时功能，这三个模块为主控模块的逻辑判断提供数据和条件，主控电路最终将运算结果及数据采集情况输出到液晶显示屏，同时对空调进行控制，通过继电器电路切断插座通电，将空调温度状态以及电能消耗量定时存在扩展存储器中，通过ZigBee通讯，方便上位机查询。

（1）主控电路控制板上有三路ADC，分别采集室内温度、室外温度和人体感应变送器信号；

（2）主控电路控制器主要用于接收三个外部数据，由此判断是否有人存在、温度是都达到要求、是否定时时间已到。ARM根据这三个外部数据进行逻辑运算，从而实现对空调的开关控制、刷新液晶显示屏。同时可以通过键盘设置时间日期、查看相关信息。

（3）红外遥控电路直接学习空调遥控器控制的代码，实现红外信号遥控信号、关闭空调，操作简单，无需解除改动空调内部电路。

红外代码学习模块以EFM32为处理器，其RAM用来存储学习过程中红外信号编码脉冲宽度。空调遥控器红外编码由EFM32内部定时器T0调制产生，再经过三极管两级放大，驱动红外发光二极管。红外一体化接收头是红外接收电路的集成，内涵红外检测二极管、放大器、限幅器、带通滤波器、积分电路和比较器等，输出信号要经过检波、整形、放大、解调38KHz载波信号等几个过程，接收头的输出信号是TTL高低电平。EEPROM存储器用来存放学习到的高低电平信号的脉冲宽度值。

主机与红外代码学习模块间靠通信建立联系：在ARM7上电后，首先对ARM7内部定时器、串口、I/O等进行初始化，然后进行键盘扫描，如果有学习键按下，则主机向红外代码学习模块发送学习命令，然后调用学习程序；若发射键按下，则主机向红外代码学习模块发送发射命令，则调用发射子程序。

（4）室内外温度采集模块：ARM芯片首先读取本地地址，并在显示屏上显示当前地址，持续3s后，读取当前温度，监测传感器传来温度是都超过预设的上下限值。

（5）ZigBee通讯模块，整个协议栈程序框架基于一个事件触发的任务调度系统用户，只需要基于ZStack协议栈开发相关应用层任务。应用层任务的事件标志为2个字节，完全满足应用需要系统的数据传输基于一种查询的方式。在网络中，每个单体式空调控制器允许进入休眠状态，周期地(此系统为200 ms)被唤醒，向主控器发送心跳报文，报告自己的工作模式及状态。若主控器有控制命令下发给某个温控器时，会将控制命令发送到该单体式空调控制器的上级父节点（网关），上一级父节点会保存其子节点的数据报文，直到单体式空调控制器发送心跳报文时，会向父节点查询是否有自己的报文。

管理层部分优化了管理策略：采用优先级管理设计，优先级有高、中、低三个等级，在任务注册的时候指定。电能表优先级别最高，其次是红外探测，再次是温度采集，以空调监测为例，系统判断模式如下:首先采集数据的是电能采集模块，因为只有使用电能即空调开启的时候，数据才有意义，所以主机首先判断电能采集模块，如果开启则开始记录采集到的电能数据，如果没有能耗的话，则不记录数据，后面红外探测和温度采集信息也不必记录。电能记录分为电能总能耗记录和不合理能耗记录，只要电能采集的数据比上次记录的数据(通常为0)高，则说明空调开始使用，记录到总电能使用数据里。判断空调开启后，则进入红外探测判断，即有无人员的判断。如果无人，则认为现在使用的所有电能均为不合理能耗，采集来的能耗数据在计入总能耗的同时要记录到不合理能耗项目中;如果有人，则进入温度采集数据的判断。

由于节能要求，办公室内温度一般规定在不低于26℃，对于不同场所有不同的设计要求，在软件中可以根据需要设计不同的标准温度，这里仅是以26℃作为标准值举例说明。对于采集来的温度数据和26℃进行比较，如果高于26℃，则认为是正常需求能耗;如果低于，则认为有不合理能耗，不合理能耗的计算方式是现在使用的电量减去26℃时使用的电量，由于空调之间存在品牌和型号上的差异，用电情况不一样，因此，在监测过程中，需要提前对房间内26℃时的空调能耗数据进行保存，可以保存到专用的寄存器中，由于数据采集信息的频率是5分钟/次，所以为了简化计算，后面的合理能耗的计算只要计算工作时间就可以，假设工作了M个5分钟，就是用26℃时采集的5分钟的电量与M相乘即可，本系统用E5标识采集温度在26℃时5分钟的电量，当前不合理的电量就是E－E5，记录保存到数据库中。主机不断地每5分钟巡检一次，当电能计量模块检测的用电量和上次一样时，即本次电能采集的数据与上次采集的数据相减为0时，则判断空调进入关机状态，主机则不再记录红外和温度的数据。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种医院单体空调联控节能管理系统，包括管理层，所述的管理层通过数据传输层连接底层的单体式空调控制器，其特征在于，所述的单体式空调控制器包括主控电路，所述的主控电路分别连接有键盘电路、热敏传感电路、人体红外传感电路、时钟电路、继电器控制电路、液晶显示电路、电能采集计量电路和ZigBee通讯电路，所述的ZigBee通讯电路通过数据网关连接数据传输层，所述的电能采集计量电路连接电表。

2.根据权利要求1所述的医院单体空调联控节能管理系统，其特征在于，所述的管理层包括服务器，所述的服务器内设置有系统总览模块、用户管理模块、在线监控模块、单体空调管控模块、数据中心模块和节能评价模块。

3.根据权利要求1所述的医院单体空调联控节能管理系统，其特征在于，所述的数据传输层包括相互连接的历史数据服务器、数据服务器、WEB服务器和网络防火墙，数据传输层通过所述的WEB服务器连接管理层和底层的单体式空调控制器。