智能空調(diào)控制系統(tǒng)

高潔 李貝 李天宇

摘要：本文介紹了一種針對我國的西北陜西甘肅等地區(qū)，晝夜溫差大，空調(diào)的使等問題設(shè)計的自適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)，通過檢測室內(nèi)與室外環(huán)境，控制開關(guān)窗與空調(diào)，從而調(diào)控室內(nèi)溫度與空氣流通性，從而提供一個易于睡眠的室內(nèi)環(huán)境，并優(yōu)化健康狀況，同時可節(jié)省大量電能，從而達到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；智能家居；環(huán)境檢測；智能控制

1 研究背景

我國的西北陜西甘肅等地區(qū)，出現(xiàn)了較為明顯的日夜溫差現(xiàn)象，其具體的表現(xiàn)為：在夏季剛剛?cè)胍沟臅r，由于地表在白天吸收的太陽能還沒有完全散去，因此氣溫仍然保持在一個較高的溫度；入夜后失去了太陽輻射，地表的余熱將逐漸散去，導(dǎo)致溫度下降，最終會在太陽出來之前的凌晨五點左右降低至最低溫度。由于房屋的結(jié)構(gòu)的保溫作用，在不開窗的情況下，房屋內(nèi)部的溫度并不會降溫，但當早晨太陽升起之后。由于西北地區(qū)缺乏地表水，地表會被迅速上升。

人睡眠對于溫度要較高的要求，如果溫度過高就會出現(xiàn)失眠或睡眠不徹底的問題，從而會對第二天工作生活帶來不利的影響，現(xiàn)階段夏季降溫主要有以下兩種模式：

1.開整晚的空調(diào)。

如果空調(diào)持續(xù)工作整晚，那么帶來的就是整晚的窗戶關(guān)閉和空氣不流通，據(jù)科學(xué)研究表明在這種情況之下人們就容易罹患“空調(diào)病”，并且如果空調(diào)持續(xù)地工作整個晚上它的耗電量是不容忽視的，而我國發(fā)電仍以燃煤發(fā)電為主平均每發(fā)一度的電就會向空氣之中排放960g二氧化碳，這會極大的促進溫室效應(yīng)。

2.空調(diào)定時，睡前設(shè)定時間。

空調(diào)工作一段時間后自動關(guān)閉。這樣做雖然減少了空調(diào)的耗電量，但是由于到達預(yù)定時間后空調(diào)將會關(guān)閉，房間處于封閉的狀態(tài)，室內(nèi)溫度會因人體散熱越來越高，尤其在太陽出來后，室內(nèi)溫度會上升更快，同時因為室內(nèi)空氣缺乏流通，室內(nèi)空氣會越來越污濁，在這種情況下人們會更加容易患上呼吸道疾病，與此同時由于房間內(nèi)溫度的升高，但是又缺乏制冷的措施，人們可能會被熱醒，這極大地影響了人們的睡眠和第二天的生活與工作。

2 系統(tǒng)設(shè)計介紹

本系統(tǒng)主要有四大組成部分：檢測裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、控制裝置與人機交互裝置。具體結(jié)構(gòu)如下：

2.1檢測裝置

檢測裝置為溫度與濕度傳感器，在室外與室內(nèi)溫度各放一個溫度傳感器，將室外與室內(nèi)溫度同時傳至數(shù)據(jù)分析裝置，其中檢測室內(nèi)溫度是為了檢測睡眠環(huán)境溫度，從而控制開關(guān)空調(diào)與窗戶，保證溫度適宜，檢測室外溫度是為了根據(jù)室外溫度，分析是否能開窗戶，同時關(guān)閉空調(diào)，從而利用外界較低的空氣來保證室內(nèi)溫度適宜，節(jié)省電量；同時在窗臺上安裝濕度傳感器，這是防止開窗后忽然下雨，雨水飄入室內(nèi)，造成不利影響，所以當濕度傳感器檢測到有雨飄入室內(nèi)時，及時關(guān)窗，保證室內(nèi)不被雨造成不利影響。

2.2數(shù)據(jù)分析裝置

數(shù)據(jù)分析裝置通過溫度與濕度傳感器的信息，經(jīng)過程序合理的處理，從而控制窗戶與空調(diào)狀態(tài)，主要應(yīng)對的情況有以下幾個情況：①晚上剛?cè)胍箷r，室外溫度較高，所以先會將空調(diào)打開降溫，假設(shè)空調(diào)溫度設(shè)置為24°，當?shù)竭_12點時，室外溫度已經(jīng)低到24°以下，這是裝置會將空調(diào)關(guān)閉，將窗戶打開，從而利用室外較低的空氣降溫；②當窗戶打開空調(diào)關(guān)閉后，可能因室外室內(nèi)沒有空氣對流，即時室外溫度低于室內(nèi)溫度，而室外冷空氣不能進入室內(nèi)，從而無法實現(xiàn)通過室外冷空氣降溫，室內(nèi)溫度反而因人體散熱上升，此時關(guān)閉窗戶，打開空調(diào)，利用空調(diào)降溫；③當窗戶打開空調(diào)關(guān)閉后，室外溫度過低，從而室內(nèi)溫度低于人體適宜溫度時，關(guān)閉窗戶，實現(xiàn)保溫功能；④早上五點鐘那個左右，太陽升起后，室外溫度上升，從而高于24°，此時將窗戶關(guān)閉，打開空調(diào)，保持室內(nèi)溫度處于人體睡眠舒適溫度，保證睡眠正常；⑤當天氣驟變，忽然下雨時，如果窗戶開著，放在室內(nèi)的濕度傳感器檢測到有雨水飄入時，及時將窗戶關(guān)閉，保證室內(nèi)不被雨水造成不利影響。

2.3控制裝置

控制結(jié)構(gòu)有兩部分，一部分為控制空調(diào)開關(guān)，另一部分為控制窗戶?？刂瓶照{(diào)部分通過紅外裝置向空調(diào)發(fā)射信號（類似于遙控器），從而控制空調(diào)開關(guān)；控制窗戶部分需要機械結(jié)構(gòu)支持，初步選用外加齒輪齒條結(jié)構(gòu)，如圖所示，直接在窗戶外部窗框上安裝齒條，在墻面上安裝齒輪，電機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，從而齒條運動，帶動窗戶，實現(xiàn)開關(guān)窗。同時使用特殊的機械機構(gòu)，當人為打開窗戶時，控制窗戶開關(guān)的機械結(jié)構(gòu)并不影響人為操作。

2.4人機交互裝置

用戶可在人機交互裝置上選擇手動模式與自動模式，手動模式時，用戶可根據(jù)個人需求設(shè)置室內(nèi)理想溫度與室內(nèi)最低溫度，也可以選擇裝置啟動時間（在室外溫度低于室內(nèi)溫度，且室外冷空去可以給室內(nèi)降溫時，溫度下降與空調(diào)制冷相比可能下降較慢，用戶需要立即降溫，則可以開啟空調(diào)降溫，選擇在設(shè)定時間后再開啟裝置）；自動模式時，系統(tǒng)根據(jù)原先設(shè)計好的最優(yōu)數(shù)據(jù)進行工作。

3 結(jié)論

本文介紹的智能空調(diào)控制系統(tǒng)通過收集室內(nèi)室外溫度，并將溫度進行對比分析，根據(jù)分析所得結(jié)果，進行合理開關(guān)窗戶與空調(diào)，從而使室內(nèi)保持一個的適宜的溫度與良好的空氣質(zhì)量，同時節(jié)省大量電能。經(jīng)統(tǒng)計，西部地區(qū)夏季晚上氣溫低于24度約有6小時，假設(shè)50%時間可以通過開窗來降溫，每小時空調(diào)用電量為1度，則每天一臺空調(diào)使用空調(diào)自適應(yīng)系統(tǒng)則可以節(jié)約用電3度，以符合氣溫特征時間為兩個月左右計算，則每年可節(jié)油180度電。而現(xiàn)階段空調(diào)普及率高，可節(jié)省大量用電。

參考文獻：

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