CN208110344U - 一种智能楼宇控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能楼宇控制系统，包括最少传感器检测系统、无线通信系统、神经元网络PID控制器系统、神经网络中央控制系统、末端执行系统，所述神经网络中央控制系统与神经元网络PID控制器系统连接，所述神经元网络PID控制器系统分别与最少传感器检测系统、末端执行系统之间通过无线通信网络连接本实用新型系统将智能控制、物联网技术、楼宇系统相结合，通过神经网络中央控制器调节，减少不必要能耗；最少传感器检测系统通过前期训练，以极少的传感器数量，达到整个楼宇内部环境的实时监测，在减小传感器网络复杂度的同时降低了因传感器而产生的能耗；系统安装简单，易于维护；系统符合科技发展趋势，是更加智能、节能、舒适的楼宇系统。

Description

一种智能楼宇控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能控制系统，具体是指一种智能楼宇控制系统。

背景技术

智能楼宇是随着人类对建筑安全性、舒适性、便利性和节能性的要求产生的。早在七八十年代，智能楼宇就已在国外兴起，如日本的野村证券大厦、NEC总公司大楼等。而我国的智能楼宇起步相对较晚，在2000年7月，我国建设部正式颁布实施《智能建筑设计标准》，在该标准中对智能建筑进行了如下定义“以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境”。因此，楼宇建筑在未来的发展中不仅要在满足人类需求的基础上变得更加智能，同时也要符合时代的发展趋势，更加的节能。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种智能楼宇控制系统，包括最少传感器检测系统、无线通信系统、神经元网络PID控制器系统、神经网络中央控制系统、末端执行系统，所述神经网络中央控制系统与神经元网络PID控制器系统连接，所述神经元网络PID控制器系统分别与最少传感器检测系统、末端执行系统之间通过无线通信网络系统连接，所述最少传感器检测系统包括用于采集楼宇内外特定区域内的环境参数的传感器组。

作为改进，所述最少传感器检测系统包括输入模块、隐含模块和输出模块，所述输入模块的神经元数据输入与传感器组数据输出连接，所述输出模块的神经元数据输出与神经元网络PID控制器系统的数据输入连接。

作为改进，所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、烟雾浓度传感器。

作为改进，所述末端执行系统包括与暖气设备连接的暖气控制装置、与空调设备连接的空调控制装置、与窗户设备连接的窗户控制装置、与窗帘设备连接的窗帘控制装置、与照明设备连接的照明控制装置、与湿度调节设备连接的湿度控制装置，与报警设备连接的报警控制装置。

作为改进，所述暖气控制装置包括暖气开关阀与暖气调节阀，所述空调控制装置包括空调开关与空调温度调节器，所述窗户控制装置包括设置于窗户框架上的窗户开合装置，所述窗帘控制装置包括设置于窗帘安装盒上的窗帘开合装置，所述照明控制装置包括与楼宇内灯管连接的灯光开关装置与灯光调节装置，所述湿度控制装置包括与楼宇内风机连接的风机控制器和与加湿装置连接的加湿控制器，所述报警控制装置包括与楼宇内声光报警器连接的声光报警装置、与电梯连接的电梯控制装置和与门禁装置连接的门禁控制装置。

作为改进，所述无线通信系统为分级式ZigBee通信网络。

作为改进，所述ZigBee通信网络包括三级，分别为ZigBee网络协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端，所述ZigBee网络协调器将信息广播至所述ZigBee路由器，所述ZigBee路由器再将信息广播至所述ZigBee终端，实现广播信息的分级式无线传输。

作为改进，所述ZigBee终端与最少传感器检测系统连接。

作为改进，所述无线通信系统采用CC2530作为射频模块，所述神经元网络PID控制器系统采用STM32作为主芯片。

作为改进，所述神经网络中央控制系统连接上位机，所述上位机为PC机。

本实用新型系统将智能控制、物联网技术、楼宇系统相结合，通过神经网络中央控制器调节，减少不必要能耗；最少传感器检测系统通过前期训练，以极少的传感器数量，达到整个楼宇内部环境的实时监测，在减小传感器网络复杂度的同时降低了因传感器而产生的能耗；系统安装简单，易于维护；系统符合科技发展趋势，是更加智能、节能、舒适的楼宇系统。

本系统能够做到更节能，整个系统下的楼宇系统甚至比普通楼宇节能50％；更智能，由原来的被动静止结构转变为具有能动智能的工具；更清晰，将室内CO 2浓度、煤气浓度、光照、温度等不可见状态通过数据可视化的形式清晰明了地呈现给用户，让用户对楼宇内状态有更加直观的感受；更人性，强调人的主观能动性，重视人与环境的协调，使用户能随时、随地、随心的控制楼宇内的生活和工作环境。

附图说明

图1是本实用新型一种智能楼宇控制系统的结构示意图。

图2是本实用新型一种智能楼宇控制系统中最少传感器检测系统的结构示意图。

图3是本实用新型一种智能楼宇控制系统中无线通信系统的结构示意图。

图4是本实用新型一种智能楼宇控制系统中神经元网络PID控制器系统的结构示意图。

图5是本实用新型一种智能楼宇控制系统的系统输出示意图。

图6是本实用新型一种智能楼宇控制系统未使用与使用时的能耗对比图。

如图所示：1、最少传感器检测系统，1.1、传感器组，1.2、输入模块，1.3、隐含模块，1.4、输出模块，2、无线通信系统，2.1、ZigBee网络协调器，2.2、ZigBee路由器，2.3、ZigBee终端，3、神经元网络PID控制器系统，3.1、神经元网络PID控制器，3.2、PID运算模块，3.3、信号输出模块，3.4、放大器，3.5、被控系统，3.6、检测系统，4、神经元网络PID控制器系统，5、末端执行系统。

具体实施方式

结合附图1～6，一种智能楼宇控制系统，包括最少传感器检测系统1、无线通信系统2、神经元网络PID控制器系统3、神经网络中央控制系统4、末端执行系统5，所述神经网络中央控制系统4与神经元网络PID控制器系统3连接，所述神经元网络PID控制器系统3分别与最少传感器检测系统1、末端执行系统5之间通过无线通信网络2连接，所述最少传感器检测系统1包括用于采集楼宇内外特定区域内的环境参数的传感器组1.1。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述最少传感器检测系统1包括输入模块1.2、隐含模块1.3和输出模块1.4，所述输入模块1.2的神经元数据输入与传感器组1.1数据输出连接，所述输出模块1.4的神经元数据输出与神经元网络PID控制器系统3的数据输入连接。

最少传感器检测系统1用于将传感器组1.1采集的数据发送至神经元网络PID控制器系统，其中输入模块1.2的数据输入为传感器组1.1实际采集数据，所述输出模块1.4的数据输出为预测数据，所述输出模块1.4对照预设运算逻辑关系，确定预测数据并向神经元网络PID控制器系统3进行数据输出，所述输入模块1.2的神经元数量远小于输出模块1.4数据输出神经元数量；所述预设运算逻辑关系具体是指预先设置的、由传感器组所采集的对象构成的参数组合。

最少传感器检测系统1的数据输出连接神经元网络PID控制器系统3的数据输入；

其中，结合附图4，神经元网络PID控制器系统3包括神经元网络PID控制器3.1、PID运算模块3.2、信号输出模块3.3、放大器3.4、被控系统3.5和检测系统3.6，给定信号和测量信号作为输入，通过PID运算模块3.2运算后得到信号输出模块3.3的信号输出，输出信号经放大器3.4输入被控系统3.5，实现调控，之后检测系统3.6对此时被控系统3.5的输出量进行检测，经过转换后，作为反馈信号，输入到神经元网络PID控制器3.1中，神经元网络PID控制器3.1根据反馈信号进行学习，更新网络权值，同时输出新的输出信号，对被控系统进一步调节。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述传感器组1.1包括但不限于温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、烟雾浓度传感器。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述末端执行系统5包括但不限于与暖气设备连接的暖气控制装置、与空调设备连接的空调控制装置、与窗户设备连接的窗户控制装置、与窗帘设备连接的窗帘控制装置、与照明设备连接的照明控制装置、与湿度调节设备连接的湿度控制装置，与报警设备连接的报警控制装置。

作为本实施例较佳实施方案的是，暖气控制装置包括暖气开关阀与暖气调节阀，所述空调控制装置包括空调开关与空调温度调节器，所述窗户控制装置包括设置于窗户框架上的窗户开合装置，所述窗帘控制装置包括设置于窗帘安装盒上的窗帘开合装置，所述照明控制装置包括与楼宇内灯管连接的灯光开关装置与灯光调节装置，所述湿度控制装置包括与楼宇内风机连接的风机控制器和与加湿装置连接的加湿控制器，所述报警控制装置包括与楼宇内声光报警器连接的声光报警装置、与电梯连接的电梯控制装置和与门禁装置连接的门禁控制装置。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述无线通信系统2为分级式ZigBee通信网络。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述ZigBee通信网络包括三级，分别为ZigBee网络协调器2.1、ZigBee路由器2.2和ZigBee终端2.3，所述ZigBee网络协调器2.1将信息广播至所述ZigBee路由器2.2，所述ZigBee路由器2.2再将信息广播至所述ZigBee终端2.3，实现广播信息的分级式无线传输。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述ZigBee终端2.3与最少传感器检测系统连接。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述无线通信系统2采用CC2530作为射频模块，所述神经元网络PID控制器系统采用STM32作为主芯片。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述神经网络中央控制系统连接上位机，所述上位机为PC机。

本实用新型的控制方法为：

(1)系统上电后，首先ZigBee网络协调器发出信标帧，创建一个ZigBee无线网络，接着，其周围的ZigBee路由器，ZigBee终端做出响应，加入到ZigBee通信网络中。

(2)当所有的ZigBee通信网络节点加入ZigBee通信网络之后，ZigBee终端节点通过最少传感器检测系统开始采集ZigBee终端所在的物理环境的数据，包括温度、湿度、光强、烟雾浓度等数据，并把这些数据发送给其ZigBee通信网络父节点。

(3)ZigBee通信网络父节点接收数据后进一步传输，直到数据传输到神经元网络PID控制器系统中。神经元网络PID控制器系统接收到数据后，对数据进行处理，并进一步对照内置的满足PMV的室内最适温度、相对湿度、室内风速等相关参数指标，并通过末端执行系统驱动对应的设备运行。

一、能耗分析

基于PMV—PPD理论进行了设计与计算，经过长时间的数据采集，收集到了足够多的数据，最终经过汇总，得出了满足PMV的室内最适温度、相对湿度、室内风速等相关参数，并找到了最适参数与能源节约相结合的最优方案。

通过实验研究，PMV热舒适模型在对空调建筑的预测中是较准确的，特别是在服装热阻范围为0.3～1.2clo，新陈代新陈代谢小于1.4met时，下表是仅对夏季温度、相对湿度与节能之间关系总结的表格：

表一：不同温度、湿度下的节能率。

在夏季，当室内温度由中性温度26℃升至28℃时，人群的不满意率由4.3％升至9.8％，仍能保证90％的满意率，空调能耗最多节省14％，当室内温度保持不变，仍取25℃，相对湿度由50％升至60％时，PPD值升高1.1％，几乎没有变化，而可达带节能12％左右。

冬季时，对采暖系统，我们同样进行数据分析，冬季北方的衣着率为0.88clo，新陈代谢取1.18met。

表二：冬季不同室温内温度下的热舒适度

表三：冬季不同室内温度、相对湿度下的热舒适度

通过实验测定和理论推算，最宜人的室内温是：冬天温度为18至25℃，度为30％至80％；夏天温度为23至28℃，湿度为30％至60％。在此范围内感到舒适的人占95％以上。如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响，最适宜的室温度应是18℃，湿度应是40％至60％，此时，人的精神状态好，思维最敏捷，工作效率高。

经估算，室内温度每降低1℃，耗煤量可减少5％-10％。照此估计，如果科学的把供暖室内温度在目前水平上降低2-3℃，每年将可节约500吨左右标准煤。同时将供暖系统及配套的热网、热源容量减少，使初投资和运行费用都有所降低。

中性温度18.8℃，将室内温度降低至90％满意度的低限值17.5℃，则耗煤量可减少6.5％-13％，而如果降至80％满意率的低限值16.5℃，则耗煤量可减少11％-23％。认为提高室内温度就能提高舒适度的观点是错误的，因为随着室内设计温度的升高，舒适度也在下降，当室内温度由19℃升至21℃,而含湿量不变时，不满意率将升高10％。

基于VisualEPlus进行了最终耗能的整体计算，结合附图6，相同的两个月内，使用本智能楼宇系统后总能耗减少约17.35％。

上述详细说明只是本实用新型的一个实例，上述实施方式并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型的等效实施或变更，均应包含于本实用新型的专利范围。

Claims (10)

1.一种智能楼宇控制系统，其特征在于：包括最少传感器检测系统、无线通信系统、神经元网络PID控制器系统、神经网络中央控制系统、末端执行系统，所述神经网络中央控制系统与神经元网络PID控制器系统连接，所述神经元网络PID控制器系统分别与最少传感器检测系统、末端执行系统之间通过无线通信网络系统连接，所述最少传感器检测系统包括用于采集楼宇内外特定区域内的环境参数的若干传感器组。

2.根据权利要求1所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述最少传感器检测系统包括输入模块、隐含模块和输出模块，所述输入模块的神经元数据输入与传感器组数据输出连接，所述输出模块的神经元数据输出与神经元网络PID控制器系统的数据输入连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、烟雾浓度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述末端执行系统包括与暖气设备连接的暖气控制装置、与空调设备连接的空调控制装置、与窗户设备连接的窗户控制装置、与窗帘设备连接的窗帘控制装置、与照明设备连接的照明控制装置、与湿度调节设备连接的湿度控制装置，与报警设备连接的报警控制装置。

5.根据权利要求4所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述暖气控制装置包括暖气开关阀与暖气调节阀，所述空调控制装置包括空调开关与空调温度调节器，所述窗户控制装置包括设置于窗户框架上的窗户开合装置，所述窗帘控制装置包括设置于窗帘安装盒上的窗帘开合装置，所述照明控制装置包括与楼宇内灯管连接的灯光开关装置与灯光调节装置，所述湿度控制装置包括与楼宇内风机连接的风机控制器和与加湿装置连接的加湿控制器，所述报警控制装置包括与楼宇内声光报警器连接的声光报警装置、与电梯连接的电梯控制装置和与门禁装置连接的门禁控制装置。

6.根据权利要求1所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述无线通信系统为分级式ZigBee通信网络。

7.根据权利要求6所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述ZigBee通信网络包括三级，分别为ZigBee网络协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端，所述ZigBee网络协调器将信息广播至所述ZigBee路由器，所述ZigBee路由器再将信息广播至所述ZigBee终端，实现广播信息的分级式无线传输。

8.根据权利要求7所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述ZigBee终端与最少传感器检测系统连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述无线通信系统采用CC2530作为射频模块，所述神经元网络PID控制器系统采用STM32作为主芯片。

10.根据权利要求1所述的一种智能楼宇控制系统，其特征在于：所述神经网络中央控制系统连接上位机，所述上位机为PC机。