本实用新型涉及需求侧响应空调控制装置尤其涉及到支持舒适度分析的需求侧响应空调控制装置。
背景技术：
一天中的大部分时间人们都在室内活动，所以室内环境的舒适度直接影响人们的工作和生活质量。舒适的室内环境不仅有利于人们的身心健康，还有助于提高工作效率。影响环境舒适度的主要因素有温度、湿度、空气流速和有害气体浓度等。其中温度和湿度条件直接影响的热舒适度是环境舒适度的重要部分，也是空调的主要调节对象。但热舒适是一个主观性很强的指标，需要综合多种因素才能得到准确的判断，而目前大部分空调采用的根据预设温度进行恒温控制的方法并不能带给用户最佳的舒适环境，也造成了“空调病”等问题。因此采用支持舒适度分析的智能算法对空调进行动态控制具有重要意义。
另一方面，随着经济发展和人民生活水平的提高，空调得到越来越广泛的应用，夏季时我国的一些发达省份和大中城市的空调负荷已经超过了最大负荷的30％，部分地区甚至超过了40％。受此影响电网负荷的峰谷差不断增大，不断增长的空调负荷成为导致夏季电网电力紧缺和负荷特性恶化的重要原因。如果能够让用户及时调整空调的工作方式进行需求侧响应，即根据政策引导高峰时少用电、低谷时多用电，就能有效缓解这些问题。即降低了供电成本也减少用户的用电成本，使供电和用电双方都得到实惠。但是，在目前的条件下要让家庭用户实现空调快速及时的需求侧响应仍存在一些挑战。
1)随着人民生活水平的提高，用户对环境舒适度的要求越来越高。空调进行需求侧响应不能影响环境舒适度并且要保留用户的控制权，否则用户将不愿参与需求侧响应。
2)智能空调的比例仍然很低，大多数空调仍采用红外遥控的形式，只能进行单向通信。用户习惯于通过空调厂家提供的红外遥控器控制空调，而现有的红外控制装置只能单向发送信号，不能与其它遥控器同步状态。这给获得空调的工作状态造成了困难，也无法及时响应用户对环境舒适度的需求。
市面上虽然出现了“空调伴侣”等空调遥控设备，但它们仍普遍存在只采集温湿度信息、不能与其它遥控器同步状态等问题；并且这些产品侧重于实现用户对空调的远程控制，不与需求侧管理服务互联，无法实现自动的需求侧响应。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种支持舒适度分析的需求侧响应空调控制装置，能够实现空调需求侧响应中对室内环境信息的准确检测并进行舒适度分析，支持普通红外遥控器参与控制并获取空调的工作状态。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种支持舒适度分析的需求侧响应空调控制装置，包括主控及环境信息单元和红外收发单元，所述主控及环境信息单元由第一电源模块、第一MCU、环境信息模块、Wi-Fi模块和第一ZigBee模块组成，所述红外收发单元由第二电源模块、第二MCU、红外发射电路、红外接收电路和第二ZigBee模块组成；
所述主控及环境信息单元中第一MCU与环境信息模块、Wi-Fi模块及第一 ZigBee模块分别相连，第一电源模块的输出端与第一MCU、环境信息模块、Wi-Fi 模块及第一ZigBee模块分别相连；
所述红外收发单元中第二MCU与红外发射电路、红外接收电路及第二ZigBee 模块分别相连，第二电源模块的输出端与第二MCU、红外发射电路、红外接收电路及第二ZigBee模块分别相连。所述主控及环境信息单元和红外收发单元之间通过第一ZigBee模块和第二ZigBee模块进行无线通信。
进一步的，所述环境信息模块包括温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、空气流速传感器。
进一步的，所述第一电源模块和第二电源模块都包括锂电池供电模块和交流电供电模块两部分，锂电池供电模块的输入端与锂电池组相连，交流电供电模块的输入端与220V交流电相连，锂电池供电模块和交流电供电模块的输出端正极分别串联一个二极管后相连成为电源模块输出的正极。
更进一步的，所述红外发射电路由第一电阻R1、第二电阻R2、红外发光二极管D1和第一NPN三极管Q1构成,其中第一电阻R1一端与电源连接，另一端与红外发光二极管D1阳极连接，红外发光二极管D1阴极与第一NPN三极管Q1 集电极连接，第一NPN三极管Q1发射极接地，第二电阻R2一端与第一NPN三极管Q1基极连接；所述红外接收电路由第二NPN三极管Q2、红外光敏二极管 D2、第三电阻R3和第四电阻R4构成，第三电阻R3的一端与第二NPN三极管Q2 的集电极相连，另一端与红外光敏二极管D2的阴极相连，红外光敏二极管D2 的阳极与第二NPN三极管Q2的基极相连，第四电阻R4的一端与第二NPN三极管Q2的基极相连，另一端与第二NPN三极管Q2的发射极相连。
所述主控及环境信息单元，通过Wi-Fi模块与云端服务器相连获取实时电价等需求侧管理信息、通过环境信息模块获得环境参数信息、通过第一ZigBee 模块与红外收发单元相连获取用户对空调的控制信息，第一MCU综合上述信息分析环境舒适度并学习用户习惯进而得出空调的最佳工作状态，然后通过第一 ZigBee模块命令红外收发单元向空调发出红外控制信号；当检测到有害气体浓度过高时通过Wi-Fi模块向服务器发送警告信息并推送到用户手机。
所述红外收发单元通过第二ZigBee模块接收来自主控及环境信息单元的命令、通过红外发射电路发射红外控制信号、通过红外接收电路接收用户通过遥控器发出的红外信号、第二MCU对接收到的红外信号解码得到空调工作状态并通过第二ZigBee模块发送给主控及环境信息单元。
所述主控及环境信息单元采用预测平均投票(PMV)指标衡量环境舒适度。 PMV指标是60年代丹麦的范格尔(Franger)教授提出的一种能够综合多种因素得出热舒适度的指标方程，代表了在同一环境中大多数人的冷热平均感觉。PMV 的计算公式为
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.0275]＊{M-W-3.05[5.733-0.007(M-W)-Pa]-0.42(M-W-58.2)-0.0 173M(5.867-Pa)-0.0014M(34-ta)-3.96*10fc1[(tc1+273)-(+273)]-fc1hc(tc1-ta)}
其中：
M为人体能量代谢率，W/m2；
W为人体对外界所作机械功，W/m2；
Pa为人体周围水蒸气分压力，kPa；
ta为人体周围空气温度，℃；
tr为环境的平均辐射温度，℃；
fc1为服装的面积系数。
与现有技术相比，本实用新型的有益之处是：
本实用新型中具有环境信息模块，支持环境舒适度分析，从而可以保证需求侧响应不会影响用户的生活体验；具有红外接收和解码功能，使得用户可以通过普通红外遥控器控制空调并可学习用户使用习惯；采用主控及环境信息单元、红外收发单元分体式设计，从而可以将主控及环境信息单元置于房间中心获取准确的环境信息、将红外收发单元附于空调上方便发射和接收红外信号；装置采用锂电池和交流电双路供电模式，安装灵活快捷。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是主控及环境信息单元结构图；
图2是红外收发单元结构图；
图3是电源模块结构图；
图4是主控及环境信息单元具体实施例结构图。
图中：1、主控及环境信息单元；11、第一电源模块；12、第一MCU；13、环境信息模块；131、温度传感器；132、湿度传感器；133、空气质量传感器； 134、空气流速传感器；14、Wi-Fi模块；15、第一ZigBee模块；2、红外收发单元；21、第二电源模块；22、第二MCU；23、红外发射电路；24、红外接收电路；25、第二ZigBee模块；100、锂电池供电模块；200、交流电供电模块。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图2所示的支持舒适度分析的需求侧响应空调控制装置，包括由第一电源模块11、第一MCU12、环境信息模块13、Wi-Fi模块14和第一ZigBee 模块15组成的主控及环境信息单元1，和由第二电源模块21、第二MCU22、红外发射电路23、红外接收电路24和第二ZigBee模块25组成的红外收发单元2；所述环境信息模块13包括温度传感器131、湿度传感器132、空气质量传感器 133、空气流速传感器134；
所述主控及环境信息单元1中第一MCU12与环境信息模块13、Wi-Fi模块14及第一ZigBee模块15分别相连，第一电源模块11的输出端与第一MCU12、环境信息模块13、Wi-Fi模块14及第一ZigBee模块15分别相连；
所述红外收发单元2中第二MCU22与红外发射电路23、红外接收电路24及第二ZigBee模块25分别相连，第二电源模块21的输出端与第二MCU22、红外发射电路23、红外接收电路24及第二ZigBee模块25分别相连；其中红外发射电路23由10Ω的第一电阻R1、1kΩ的第二电阻R2、红外发光二极管D1和第一 NPN三极管Q1构成,其中第一电阻R1一端与电源连接，另一端与红外发光二极管D1阳极连接，红外发光二极管D1阴极与第一NPN三极管Q1集电极连接，第一NPN三极管Q1发射极接地，第二电阻R2一端与第一NPN三极管Q1基极连接；所述红外接收电路24由第二NPN三极管Q2、红外光敏二极管D2、10kΩ的第三电阻R3和1kΩ的第四电阻R4构成，第三电阻R3的一端与第二NPN三极管Q2 的集电极相连，另一端与红外光敏二极管D2的阴极相连，红外光敏二极管D2 的阳极与第二NPN三极管Q2的基极相连，第四电阻R4的一端与第二NPN三极管Q2的基极相连，另一端与第二NPN三极管Q2的发射极相连。
如图3所示，所述主控及环境信息单元1的第一电源模块11和红外收发单元2的第二电源模块21都包括锂电池供电模块100和交流电供电模块200两部分，锂电池供电模块100的输入端与锂电池组相连，交流电供电模块200的输入端与220V交流电相连，锂电池供电模块100和交流电供电模块200的输出端正极分别串联一个二极管后相连成为电源模块输出的正极。
在另一实施例中，如图4所示的主控及环境信息单元1中第一MCU12采用 TMS320F28335芯片，作为中心控制器与数据器，Wi-Fi模块14采用集成的低功耗WIFI模块USR-C215，在第一MCU12和云服务之间建立起可靠的通信连接，所述第一ZigBee模块15采用DRF1609H模块，用于在主控及环境信息单元和红外收发单元间进行无线通信，所述温度传感器131采用PT100探头式热电阻温度传感器，该传感器体积小，防水防腐、精度可达0.3℃，测量范围-50～250℃，响应速度最快可到50ms，适用于多种常规环境；湿度传感器132采用HR202湿敏传感器，是一款采用有机高分子材料的新型湿度敏感元件，感湿范围宽达20～ 95％RH，湿度检测精度±5％RH，湿滞回差小，在0～60℃下均能能正常稳定使用，配合温度传感器7，测量其两端的阻抗，查阅湿度—阻抗特性表即可得到当前相对湿度；空气质量传感器133采用QPA2002传感器，可测量室内CO2和挥发性有机化合物浓度，空气流速传感器134采用HD103T.0空气流速传感器，它是一款万向热线传感器，采用主流测量方式，利用通电的热线探头在流场中产生热量损失的原理进行空气流速的测量。
所述主控及环境信息单元1和红外收发单元2在形态上独立为两个装置，且两者之间通过第一ZigBee模块15和第二ZigBee模块25进行无线通信。
红外收发单元2的第二MCU22通过第二ZigBee模块25接收来自主控及环境信息单元1的命令、通过红外发射电路23发射红外控制信号、通过红外接收电路24接收用户通过遥控器发出的红外信号、对接收到的红外信号解码得到空调工作状态并通过第二ZigBee模块25发送给主控及环境信息单元1。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。