基于物聯(lián)網(wǎng)的智能生態(tài)空調(diào)概述

王橋 姚茂明 陳健 劉鮮

摘 要 針對熱帶多數(shù)貧困地區(qū)，因經(jīng)濟能力無法使用空調(diào)的問題，這款基于物聯(lián)網(wǎng)的智能生態(tài)空調(diào)可以滿足長期處于高溫地區(qū)且無經(jīng)濟能力使用空調(diào)的家庭納涼的需求。使用光敏傳感器及溫度傳感器檢測白晝狀態(tài)和溫度，自動調(diào)節(jié)取空調(diào)生態(tài)扇葉的制冷能力。可實現(xiàn)多處同時制冷，增強制冷效果。達到低功耗，低成本，生態(tài)環(huán)保的效果。

關(guān)鍵詞 智能;生態(tài)空調(diào);低成本;低功耗

引言

目前市面上的空調(diào)大多數(shù)均是由電能來供電，在非洲欠發(fā)達地區(qū)由于有高昂的電費需要支付，導(dǎo)致在炎熱的夏天許多貧困地區(qū)無法使用市面上的所有品牌和型號的空調(diào)，容易使人們患上各種疾病甚至死亡。為了解決這個嚴(yán)峻的問題，研發(fā)一款價格低廉，無須額外提供供能源的空調(diào)顯得格外重要。本文提出一款基于物聯(lián)網(wǎng)的智能生態(tài)空調(diào)，不僅低成本，而且生態(tài)環(huán)保。新時代，積極推進生態(tài)文明建設(shè)，走綠色發(fā)展道路，使人民進一步增強獲得感、幸福感和安全感高溫天氣下，利用太陽能電池板接收能量并達到快速降溫，從而減輕經(jīng)濟負擔(dān)，使人們快速達到一種舒適的狀態(tài)[1]。

原材料簡單，方便人們利用?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能生態(tài)空調(diào)可用于炎熱的貧困地區(qū)，實現(xiàn)顯著的降溫功能，達到低功耗，低成本，生態(tài)環(huán)保的效果。使貧困地區(qū)的人們能用得起空調(diào)，享受炎熱天氣下智能生態(tài)空調(diào)給他們帶來的幸福感。

1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

生態(tài)空調(diào)簡圖如圖1所示，空調(diào)主要的進出風(fēng)結(jié)構(gòu)由1L可樂瓶瓶口組成3X3矩陣式進風(fēng)口，大口徑朝向窗外，小口徑朝向室內(nèi)，同時在四個角處安裝風(fēng)扇葉，矩陣式進風(fēng)口四周邊安裝光伏板，為有效利用太陽能，設(shè)計了光伏電源存儲裝置及風(fēng)扇智能控制電路。

生態(tài)空調(diào)硬件框圖如圖2所示，光伏板收集太陽能通過充電保護電路將電能存儲于蓄電池中，利用穩(wěn)壓電路將蓄電池電壓降至各設(shè)備需要的電壓。光照傳感器檢測日照量，溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，MCU根據(jù)環(huán)境溫度自適應(yīng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速[2]。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

空調(diào)上電開始先對各項設(shè)備進行初始化，初始化結(jié)束后， 檢測環(huán)境光照球強度及環(huán)境溫度，以提供MCU做出控制空調(diào)做出決策。人體在環(huán)境溫度為24℃左右最為適宜，故根據(jù)傳感器檢測結(jié)果，MCU通過PID自適應(yīng)控制算法控制四個扇風(fēng)力強度和空氣對流原理對室內(nèi)進行降溫。顯示設(shè)備實時顯示當(dāng)前環(huán)境參數(shù)信息，以便進行人機交互。如圖3所示為生態(tài)空調(diào)的程序控制流程圖[3]。

由于溫度控制是非線性控制，故溫度的控制需采用閉環(huán)PID控制算法，使空調(diào)根據(jù)環(huán)境情況自適應(yīng)輸出PWM脈沖控制風(fēng)扇風(fēng)力。PID控制算法利用歷史偏差，當(dāng)前偏差和近期偏差結(jié)合比例常數(shù)，積分常數(shù)微分常熟得到需要供給輸出單元的PWM。如圖4所示。

Ek：本次偏差，Ek-1上次的偏差值，Kp是比例常數(shù)，其目的類似硬件上的放大器，用于將Sk放大或衰減;Kd是微分常數(shù)，Ki積分常數(shù)，Out0是一常數(shù)，為了在歷史積分偏差值為0時確保 系統(tǒng)有一個輸出值，避免失控;得出的Out值為運算結(jié)果，利用 OUT可以去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)輸出 對應(yīng)的控制信號，溫度控制就可以控制 PWM 的寬度，控制風(fēng)扇風(fēng)力。實現(xiàn)生態(tài)空調(diào)快速降溫[4]。

3測試數(shù)據(jù)

在一天的時間內(nèi)，濕度基本保持一致的情況下，通過用溫度傳感器檢測當(dāng)前環(huán)境的溫度，在生態(tài)空調(diào)運行的情況下，用溫度傳感器檢測出該設(shè)備室內(nèi)的溫度，根據(jù)前后溫差的比較，從而分析生態(tài)空調(diào)的降溫能力，重復(fù)進行多次試驗，從而證明生態(tài)空調(diào)降溫的穩(wěn)定性。

根據(jù)測試結(jié)果，該設(shè)備在溫度較高的時候降溫效果最為顯著，在短時間內(nèi)可達到快速降溫。因此該設(shè)備在非洲及其一些欠發(fā)達的國家可以廣為宣傳使用[5]。

4結(jié)束語

隨著全球氣溫的升高，空調(diào)在我們的生活當(dāng)中越來越重要。傳統(tǒng)空調(diào)的昂貴等諸多問題讓部分欠發(fā)達地區(qū)對其望而興嘆，因為生態(tài)空調(diào)應(yīng)運而生，它的低成本高效率可以讓絕大部分地區(qū)享受到有空調(diào)的待遇。它可以適應(yīng)大部分的環(huán)境。這款的智能生態(tài)空調(diào)不僅能實現(xiàn)快速降溫的效果，還能實現(xiàn)低成本，低功耗，生態(tài)環(huán)保的目的。

參考文獻

[1] 鄭弘韜，崔儷娜，楊利芳.智能生態(tài)空調(diào)的概念設(shè)計[J].工業(yè)設(shè)計，2017（3）：63-64.

[2] 李邇.智能家居概念該降降溫了[N].深圳商報，2015-04-03（A02）.

[3] 丁少將.打造物聯(lián)網(wǎng)時代生態(tài)品牌[J].現(xiàn)代企業(yè)文化（上旬），2018 （8）：34-35.

[4] 鄭茂寬.智能產(chǎn)品服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)理論與方法研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2018.

[5] 賈超，蔡杰，熊朝暉.不同傳熱方式下溫度傳感器動態(tài)特性研究[J].計量學(xué)報，2020，41（5）：563-566.