樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成

劉艷玲　戰(zhàn)京良

摘 要隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的發(fā)展，我國(guó)的建筑工程項(xiàng)目也在逐漸增多，而建筑的高能耗對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成的影響也在逐漸增加，本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其是一種嵌入式樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要采用了STC89C52芯片聯(lián)合熱釋電紅外微波雙鑒傳感器等來(lái)對(duì)樓宇內(nèi)的各中功能進(jìn)行控制，降低樓宇使用過(guò)程中能源消耗，根據(jù)相關(guān)研究和測(cè)試，發(fā)現(xiàn)多媒體教室中的年電耗量降低了45.4%左右，效果非常明顯。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 多傳感器 節(jié)能 智能建筑 嵌入式系統(tǒng)

城市化進(jìn)程的加快導(dǎo)致城市建筑物數(shù)量迅速增加，這對(duì)城市能源的消耗是一個(gè)非常大的負(fù)擔(dān)，而城市建設(shè)過(guò)程中的能源消耗也是當(dāng)前我國(guó)城市發(fā)展的重要限制之一，在本文中介紹了當(dāng)前我國(guó)樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其通過(guò)對(duì)樓宇的智能化控制，大大減少了建筑使用過(guò)程中的能源消耗，本文對(duì)其設(shè)計(jì)和集成進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

1 研究背景分析研究

1.1 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸成為我國(guó)的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用。對(duì)于智能建筑物，其是物聯(lián)網(wǎng)中的重要組成部分，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常大的促進(jìn)作用。而在智能建筑發(fā)展的過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為其提供了充足的技術(shù)支持，且實(shí)現(xiàn)了智能建筑的智能化，為建筑節(jié)能的發(fā)展尋找到了一條新的發(fā)展線路。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其指的是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)連接的各種物品的功能進(jìn)行控制，這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)社會(huì)和物力系統(tǒng)的綜合性發(fā)展。當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)主要分為五個(gè)層次，分別是感知控制層和服務(wù)管理層等，不同的層次對(duì)應(yīng)的功能具有較大的區(qū)別。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)和智能節(jié)能建筑

我國(guó)的建筑耗能是當(dāng)前我國(guó)能耗中的重要組成，占據(jù)了我國(guó)總耗能的一大部分，在這種形式下，我國(guó)每一棟建筑物的增加，都會(huì)對(duì)我國(guó)的能源消耗造成較大的影響。根據(jù)相關(guān)研究，我國(guó)的建筑能耗是同緯度國(guó)家的三倍左右，其中的通風(fēng)和空調(diào)占據(jù)了將近一半多的能源損耗，其他的照明和電梯耗能則占據(jù)了24%左右，隨著我國(guó)能源的不斷損耗，各種環(huán)境污染問(wèn)題也逐漸凸顯出來(lái)，這對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響，為了提高人們的生活水平，降低我國(guó)的建筑能耗，我國(guó)逐漸從兩個(gè)方面加強(qiáng)建筑的節(jié)能，首先是建筑的設(shè)計(jì)，另一個(gè)則是建筑的智能化控制系統(tǒng)。對(duì)于建筑的設(shè)計(jì)和節(jié)能，包括建筑物的整體結(jié)構(gòu)和室內(nèi)環(huán)境等，而智能建筑中，則是通過(guò)自動(dòng)化管理技術(shù)來(lái)對(duì)建筑物內(nèi)的照明和空調(diào)等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)建筑的智能化建設(shè)，降低建筑物的能耗。

在智能建筑的控制系統(tǒng)中，其將物聯(lián)網(wǎng)的傳感技術(shù)以及嵌入式控制系統(tǒng)進(jìn)行了有效的結(jié)合，從而對(duì)人們的生活質(zhì)量進(jìn)行保證。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，智能化建筑節(jié)能系統(tǒng)將會(huì)逐漸向著節(jié)能和舒適方向發(fā)展。

2 嵌入式樓宇節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了提高人們的生活水平，同時(shí)降低樓宇使用過(guò)程中的能源損耗，在樓宇控制自動(dòng)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)和嵌入式控制系統(tǒng)的新型智能控制系統(tǒng)，其中的熱釋電紅外微波雙鑒人體感應(yīng)器結(jié)合光敏電阻一同安裝在室內(nèi)的每一個(gè)燈旁邊，而在窗簾的控制位置，則需要在外面安裝光敏電阻，此外還有室內(nèi)外的溫度傳感器，通過(guò)這三種設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)照明和空調(diào)以及窗簾等的智能控制，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可以得到，通過(guò)這三種智能系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠節(jié)省電量大約為45.4%，此外，該系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中還能夠同其他的控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)用戶的舒適度的提高。

2.1 照明和窗簾的光控系統(tǒng)

對(duì)于室內(nèi)的照明，通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)能夠根據(jù)室內(nèi)的人流量和時(shí)間等實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明的控制，然后結(jié)合預(yù)設(shè)值控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)關(guān)照強(qiáng)度的控制，這種控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)光照的智能控制，滿足了人們的生活需要，且在無(wú)人時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)照明的開(kāi)關(guān)，降低了室內(nèi)照明的電能損耗。而對(duì)于熱釋電紅外微波雙鑒傳感器，其能更高對(duì)一定范圍內(nèi)是否有人進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，若在該范圍內(nèi)出現(xiàn)了人，智能控制系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)信號(hào)的傳輸來(lái)對(duì)燈進(jìn)行控制。而其中的光敏電阻則對(duì)室內(nèi)的光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，減少光照電能的浪費(fèi)。另外，對(duì)于每一個(gè)燈都具有一個(gè)智能控制系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)照明燈的單獨(dú)工作，從而盡量減少電能的浪費(fèi)。

窗簾控制系統(tǒng)則是通過(guò)對(duì)室外的光照強(qiáng)度和溫度反應(yīng)對(duì)窗簾進(jìn)行控制，當(dāng)室外的溫度較高，且室外的光照強(qiáng)度超過(guò)了某一數(shù)值時(shí)才會(huì)對(duì)窗簾進(jìn)行關(guān)閉操作，而當(dāng)光照強(qiáng)度低于該數(shù)值時(shí)會(huì)控制窗簾打開(kāi)，通過(guò)這種智能控制系統(tǒng)減少了室內(nèi)設(shè)備的老化。而為了保證用戶的正常使用，在該系統(tǒng)中hi存在一個(gè)實(shí)體按鍵，其能夠?qū)⒋昂熢O(shè)置成投影模式，實(shí)現(xiàn)用戶的投影體驗(yàn)。

2.2 空調(diào)和風(fēng)扇溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)于空調(diào)中的變風(fēng)量控制系統(tǒng)，其在前期的投入是較多的，但隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，節(jié)省的能量將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于前期的投入，且該系統(tǒng)的控制使空調(diào)的損傷大大減少，并保證了人們的舒適度體驗(yàn)。對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的房間，其溫度相差1℃的話對(duì)能耗的影響是很小，且人體也不會(huì)產(chǎn)生較大的不適感，但在全部房間內(nèi)的控制則會(huì)節(jié)約大量的能耗，氣溫上升1℃往往節(jié)約能量大約15%到20%。對(duì)于智能控制系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，其是綜合性的能源節(jié)省，實(shí)現(xiàn)投入和產(chǎn)出的最大比例。在空調(diào)的控制系統(tǒng)中，存在一個(gè)溫度傳感器，其能夠?qū)κ覂?nèi)外的溫度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，從而滿足不同季節(jié)的空調(diào)使用。另外，結(jié)合空調(diào)控制系統(tǒng)上的紅外微波雙鑒傳感器能夠?qū)τ腥撕蜔o(wú)人時(shí)的空調(diào)狀態(tài)進(jìn)行控制，而室內(nèi)人員的分布也會(huì)使空調(diào)的風(fēng)向和風(fēng)俗產(chǎn)生影響，通過(guò)這種設(shè)計(jì)使室內(nèi)的溫度控制在一個(gè)舒適的范圍內(nèi)，保證用戶的良好體驗(yàn)。而在室內(nèi)人員離開(kāi)之后，空調(diào)的智能控制系統(tǒng)會(huì)延長(zhǎng)一段時(shí)間關(guān)閉，這是為了防止空調(diào)的頻繁開(kāi)關(guān)對(duì)其造成損傷和浪費(fèi)電能。

而雙鑒傳感器通過(guò)對(duì)人的分布和數(shù)量進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的方向和風(fēng)俗控制，當(dāng)室內(nèi)外溫度符合條件時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空調(diào)和風(fēng)扇的智能化控制。

2.3 防盜防火安保系統(tǒng)

對(duì)于樓宇的防火功能，其一直保持在工作狀態(tài)，當(dāng)樓宇內(nèi)的溫度超過(guò)50℃時(shí)，防火系統(tǒng)能夠自動(dòng)連接預(yù)警中心進(jìn)行預(yù)警，然后對(duì)樓宇內(nèi)的蜂鳴器進(jìn)行控制，提醒樓宇內(nèi)的工作人員進(jìn)行火災(zāi)的防范和控制。對(duì)于防盜模式，其是通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)進(jìn)行控制的，當(dāng)進(jìn)入防盜模式之后，嵌入式控制系統(tǒng)中的紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)是否有人進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)存在人員則通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警操作，而通訊總線則是同電話線進(jìn)行連接，這樣能夠減少報(bào)警過(guò)程中產(chǎn)生的能源損失。

2.4 軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本次研究中，控制系統(tǒng)采用的是STC89C52單片機(jī)，其能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供有效的邏輯運(yùn)算，同時(shí)也是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的根本。在該系統(tǒng)中，單片機(jī)的主要作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收和處理，然后將對(duì)應(yīng)的指令發(fā)出，因此，在對(duì)軟件進(jìn)行控制時(shí)需要保證其信號(hào)的采集和輸出穩(wěn)定，常見(jiàn)的軟件采用的是模塊化方案，這樣能夠保證軟件各個(gè)部分之間的功能不會(huì)出現(xiàn)混亂，保證軟件控制的穩(wěn)定性。

3 總結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度也在逐漸增加，出臺(tái)了一系列的環(huán)境保護(hù)措施，并大力發(fā)展低能耗產(chǎn)品和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)所有人的節(jié)能觀念更新。而同人們生活緊密相連的建筑物，其更是這次變革的重要內(nèi)容，各種建筑節(jié)能控制產(chǎn)品逐漸進(jìn)入到人們的生活，且受到用戶和政府的大力歡迎，本文中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)中的一種，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的大幅度節(jié)能，具有非常好的推廣價(jià)值。隨著我國(guó)科技的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)建筑節(jié)能控制系統(tǒng)將會(huì)成為未來(lái)建筑物節(jié)能中的重要組成部分，對(duì)城市的發(fā)展具有非常重要的作用。

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