基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的空調(diào)智能遙控裝置概念及設(shè)計(jì)

◆焦蔚然 花 港 程恩林 周 楠 任賢超

（河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院 江蘇 211100）

0 引言

在政府倡導(dǎo)下，北京、上海、深圳等地積極開展需求側(cè)響應(yīng)措施，為電網(wǎng)的穩(wěn)定做出了一定的貢獻(xiàn)。同時(shí)，美國、歐盟針對需求側(cè)響應(yīng)而進(jìn)行的智能電表、ELMS系統(tǒng)等項(xiàng)目，為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的優(yōu)化也起到了一定的作用。針對國內(nèi)冬夏季空調(diào)用電負(fù)荷持續(xù)增大的現(xiàn)象，研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的空調(diào)智能遙控裝置，旨在通過該裝置使空調(diào)對電網(wǎng)全局調(diào)控做出正確響應(yīng)，幫助用戶調(diào)整用電策略，減輕冷熱氣候時(shí)用電壓力。該研究也有助于完善空調(diào)負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)措施，有效抑制電力尖峰負(fù)荷，減緩新建調(diào)峰電廠壓力，降低溫室氣體排放。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過 AMI通信系統(tǒng)，可以獲取電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求的信息。通過在空調(diào)上安裝的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，可以測量到當(dāng)前用戶空調(diào)的工作狀態(tài)、溫度、時(shí)間和電網(wǎng)負(fù)荷。通過AMI通信系統(tǒng)，可以獲取電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求的信息。信息匯總于 STM32中央處理器，并顯示在MCGS觸摸屏上。用戶可以在MCGS觸摸屏上選擇電網(wǎng)主動(dòng)控制模式或電網(wǎng)-用戶共同控制模式。若選擇電網(wǎng)主動(dòng)控制模式，STM32中央處理器將根據(jù)電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求信息和室內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算出符合當(dāng)前需求的指令傳給空調(diào)設(shè)備；若選擇電網(wǎng)-用戶共同控制模式，觸摸屏?xí)⒂脩艨照{(diào)設(shè)定值傳給STM32中央處理器；STM32中央處理器將空調(diào)設(shè)定指令及電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求信息運(yùn)算，操作空調(diào)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)；通過MCGS觸摸屏反饋溫度信息、電網(wǎng)狀態(tài)給用戶；STM32中央處理器收集溫度信息、電網(wǎng)負(fù)荷需求并優(yōu)化保存。系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)以 STM32為核心部分，收集傳感器的信息，并將運(yùn)算結(jié)果顯示在MCGS觸摸屏上，最后通過紅外線發(fā)射器將指令發(fā)給空調(diào)執(zhí)行。stm32內(nèi)部包含豐富的功能模塊，無需外擴(kuò)芯片，系統(tǒng)即可利用stm32自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對輸入信號進(jìn)行多通道同步模數(shù)轉(zhuǎn)換。

其中，STM32開發(fā)板接口豐富，設(shè)計(jì)靈活，功能強(qiáng)大。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，可應(yīng)用于多種場合。紅外解調(diào)器和紅外發(fā)射器可以方便的接收和發(fā)射信號。報(bào)警器由蜂鳴器構(gòu)成，由直流供電，可發(fā)出警報(bào)。MCGS觸摸屏擁有實(shí)時(shí)性強(qiáng)的并行處理性能，并支持多種通訊方式，功能多樣而強(qiáng)大，完全可以滿足本系統(tǒng)要求。如圖2所示。

圖2 硬件設(shè)計(jì)

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)

售電公司首先發(fā)布電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求信息，通過 AMI通訊傳給STM32中央處理器；STM32中央處理器通過RS485通訊將電網(wǎng)狀況反映在MCGS觸摸屏上；用戶操作MCGS觸摸屏，選擇電網(wǎng)主動(dòng)控制模式或電網(wǎng)-用戶共同控制模式；若選擇電網(wǎng)主動(dòng)控制模式，STM32中央處理器將根據(jù)電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求信息和室內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算出符合當(dāng)前需求的指令傳給空調(diào)設(shè)備；若選擇電網(wǎng)-用戶共同控制模式，觸摸屏將用戶空調(diào)設(shè)定值傳給 STM32中央處理器；STM32中央處理器將空調(diào)設(shè)定指令及電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求信息運(yùn)算，操作空調(diào)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)；通過MCGS觸摸屏反饋溫度信息、電網(wǎng)狀態(tài)給用戶；STM32中央處理器收集溫度信息、電網(wǎng)負(fù)荷求并優(yōu)化保存。

2.3 通信實(shí)現(xiàn)

高級量測體系（Advanced Metering Infrastructure,AMI）用來測量、收集、儲存、分析、運(yùn)用和傳送用戶用電數(shù)據(jù)、電價(jià)信息和系統(tǒng)運(yùn)行狀況。本裝置通過 AMI通信獲取電網(wǎng)主動(dòng)負(fù)荷需求，及時(shí)對電網(wǎng)全局調(diào)控做出正確的響應(yīng)，主要包括智能電表、雙向通信網(wǎng)絡(luò)、量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和用戶戶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)四個(gè)方面，主要使用雙向通信網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)時(shí)傳遞電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和電價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)至STM32的中央處理器。

本裝置通過紅外無線通信系統(tǒng)進(jìn)行信息的傳輸，遙控器、STM32、空調(diào)上都裝有紅外接收或發(fā)射裝置，實(shí)現(xiàn)了信息的傳遞。按鍵的識別、指令編碼、信號的調(diào)制、信號的發(fā)射、信號的接收、解調(diào)、解碼、處理的實(shí)現(xiàn)都是由具相應(yīng)功能的芯片分布完成的。

3 應(yīng)用場景及效益分析

物聯(lián)網(wǎng)就其本身而言，代表了下一代信息技術(shù)的發(fā)展，而其目前正處于起步階段。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與空調(diào)遙控 STM32中央處理器、紅外傳感器、溫度傳感器結(jié)合，將會(huì)是一個(gè)好的研究方向，適用于任何空調(diào)模式下的自動(dòng)控制，如健康、睡眠等。通過在家用空調(diào)與電網(wǎng)間建立網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)控制空調(diào)使用并實(shí)時(shí)顯示，有助于幫助用戶調(diào)整用電策略，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高速、雙向的數(shù)據(jù)讀取從而整體提高電網(wǎng)的綜合效率，對電網(wǎng)全局調(diào)控做出正確響應(yīng)，削峰填谷抑制電力尖峰電荷，維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定?？照{(diào)的智能調(diào)節(jié)，能夠節(jié)省大量的電量，同時(shí)，該產(chǎn)品體積小，成本低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下，空調(diào)通過遙控與電網(wǎng)建立網(wǎng)絡(luò)關(guān)系具有很重要的意義。本文以家庭中的空調(diào)遙控作為研究對象，通過STM32中央處理器、紅外傳感器、溫度傳感器等將用戶信號通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給電網(wǎng)，接受電網(wǎng)的響應(yīng)來調(diào)節(jié)空調(diào)的溫度。在人體感到舒適的情況下，可以節(jié)省更多的電量，同時(shí)使電網(wǎng)穩(wěn)定性在夏季需求明顯增多情況下得到提高。

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