Zigbee技术在空调节能中的应用

Zigbee技术在空调节能中的应用

摘要：

针对目前学校及政府机关等办公集中场所使用的空调单机浪费严重，控制困难的问题。通过对空调集中使用单位进行调研，分析对空调进行集中控制的可行性。提出了以计算机控制，利用温度传感器、湿度传感器和电流传感器采集环境数据，利用cc2430作为通信方式，对办公室空调进行无线集中控制的方法。 关键词： zigbee空调集中控制系统 cc2430

abstract: aiming at the school, government agency and other office concentration of waste places with air conditioning single serious, control the difficult problem. through the air conditioning to focus on using unit for research, analysis of the air conditioning to concentrate the feasibility of the control. put the computer control, use temperature sensor, humidity sensors and current

environmental sensors to collect data, and by using the cc2430 as the communication way, to the office air conditioning for wireless centralized control method.

keywords: zigbee air conditioning cc2430 centralized control system

中图分类号：tl503.6文献标识码：a 文章编号：

目前没有采用中央空调的机关和行政事业单位等办公集中地方，使用的空调一般是每个办公室一台。通过调查发现，很多空调的使用者没有本着节能的态度使用，以下情况经常发生： (1)气温没有达到使用条件时使用空调； (2)下班不喜欢顺手关闭空调； (3)办公室没有人的时候依然开启空调； (4)空调温度设置不科学，空调运转耗电量大；

这些情况造成不必要的能源和资金的浪费。如果给空调线路安装总开关，同时控制所有空调的使用，又会带来以下问题： (1)办公室条件不一致。有的办公室电脑多，向阳、温度高，有的办公室背阳，使用电器少，温度低；

(2)工作时间不一致。有些办公室需要加班，延长工作时间，有些办公室工作人员出差，无人办公；

(3)空调压缩机工作时，突然关闭电源会降低空调寿命； (4)要专门给空调布置单独的电源电路，成本很高；

因此，可以采用zigbee无线通讯系统对办公空调的使用进行集中控制，降低空调使用成本。不需要布置专用的空调电源线路，也不需要在空调线路前安装电度表，在不对空调进行任何改装的条件下，达到控制空调的目的。降低安装的费用。 1.什么是zigbee技术[1][4][5][5]

zigbee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。它的技术介于无线标记技术和蓝牙技术

之间。zigbee 采取了 ieee 802.15.4强有力的无线物理层。2002年，在国际上成立了zigbee联盟，主要负责zigbee的技术开发和推广工作。

虽然zigbee系统的传输速率低，但是，相对与其他数据传输方法，它也有比较多的优点，因此广泛用于低速率传输的场合。 (1)省电：一般情况下，两节5号电池可使用6个月以上。 (2)成本低：由于传输速率低，协议简单，使用免费频率（2.4ghz），因此使用成本很低。

(3)网络安全性好：zigbee提供数据完整性检查和鉴权功能，采用aes-128加密算法（美国新加密算法，目前最好的文本加密算法之一），可灵活确定其安全属性。

(4)延时短：搜索设备延时30ms，休眠激活延时15ms，活动设备信道接入延时15ms。

(5)网络容量大：可容纳65536个设备。1个 zigbee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备，1个区域内可以同时存在最多100个zigbee网络。

(6)传输距离比较短，只有10-100米，在改变发射功率以后，最大可以达到2000米。

2.空调集中控制系统的拓扑结构

系统采用星型拓扑结构，pc机与zigbee的网络协调器连接，可以进行组网和控制终端，为了节省成本，采用一个终端采集多个同朝向的办公室环境数据和控制多个办公室的方案。系统控制端采用

pc与zigbee芯片连接，由pc发布指令，采集各个办公室的数据，并且分析数据，根据需要向终端发送控制指令。

3.环境参数的采集方案

根据人体对环境的感觉程度，需要采样的环境数据有：温度、湿度、气压。但是，考虑到气压条件在同一地区变化不大，对人体感觉影响小，电路复杂、成本高。因此，只选用温度和湿度参数作为控制条件。气压参数可以根据使用地的平均气压为固定参数，直接输入计算机中。 4.控制方案的选择

直接在空调电源线路上安装继电器，控制空调的输入电源线路，这种方法简单，控制部分安装位置隐秘，不影响办公室的美观。但是控制方式单一，只能接通或者断开，并且必须在空调压缩机停止运转时动作，否则会损坏空调。

空调集中控制系统主要由控制计算机和终端组成，终端的信息收集系统由温度传感器，湿度传感器，电流传感器组成。

由于各个房间温度有差异，因此需要在室内安装一个温度传感器。由于空调开启以后，室内、外温度不一致，因此需要在室外也安装一个温度传感器，监测气温的突然变化。如果需要关闭空调，在压缩机工作中，会损伤空调，必须检测空调压缩机停止才能发送关闭空调的指令，可以采用电流传感器检测空调是否运转。湿度传

感器只需要安装在室外就可以了。

为了节省成本，每一个终端可就近控制多个房间的空调运行，在每一个房间分别引出一个温度传感器和一个电流传感器。 4.1以环境为条件的控制

由于各办公室条件不一致，导致温度不一致，因此需要对每个办公室的室内温度进行监控，当室内温度高于一定条件，就接通该办公室的空调电源。如果温度合适，但室外的湿度传感器和温度传感器监测到环境表示天气闷热，同样可以接通空调电源。由于室外和室内的湿度一般是室内比较好，因此，室内不需要安装湿度传感器。

当空调开始运转以后，定时检测室内温度，当温度达到要求的时候，首先开启报警声音，并根据电流传感器检测的空调压缩机停转的信号，关闭空调电源，防止在压缩机运转时断电，损坏空调。 温度传感器设置上限和下限，分别表示制冷和制热。作为开启空调的环境控制。

控制计算机则可设置开启空调的环境条件，另外，如果办公室需要加班，则可以设置控制时间，在控制时间以内，对系统进行控制，否则，不管环境条件如何，都不开启空调，如图。 例如，假设上班时间是早上9点到下午5点，那么在这段时间以内，如果环境条件需要开启空调，则由控制计算机发送信号，由终端执行，从下午5点开始，切断空调电源，不管什么情况，均不开启。

需要切断空调电源，则需要室外温度传感器、湿度传感器和电流信号，或者是时间控制信号。

空调开启以后，由于室内温度发生变化，因此，室内温度传感器的信号不再使用。此时如果天气发生变化，主要反映在室外的温度和湿度传感器上，如果室外环境条件适合，不需要开启空调，则在压缩机停止工作时切断电源，压缩机的工作情况可以使用电流传感器监测。

4.2 以时间为条件的控制

为了应对部分人员下班不喜欢随手关闭空调，因此需要对空调的接通时间进行控制。但是需要考虑有些办公室需要加班。如果时间到下班时间，空调集中控制系统也可以在压缩机停止工作时切断电源。如果有办公室需要加班，则需要在pc机中进行设置，延长加班办公室的空调开启时间，如图。

设置的方法是直接将需要加班的办公室下班时间进行更改。

【参考文献】

[1]史宁.基于 zigbee技术的无线传感器网络平台的研究与实现[d]. 吉林大学测试计量技术及仪器,2007.

[2]曹靖华. 基于无线传感器网络的远程医疗监护系统研究[d]. 上海交通大学机械与动力工程学院,2008.

[3]叶史进.基于arm&linux的zigbee无线通信系统的实现 [d].

西北工业大学机械电子工程专业,2007.

[4]黄一杰.基于arm的zigbee无线传感器网络的研究与设计[d].上海交通大学微电子学与固体电子学专业,2008.

[5]尹应鹏,李平舟, 郭志华. 基于cc2430的zigbee无线数传模块的设计和实现[j]. >2008.10.04.

[6]zigbee无线技术手册 [db/ol].上海顺舟科技网络技术有限公司.

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。