适用于空调的监控系统的制作方法

本发明涉及空调领域，尤其是涉及适用于空调的监控系统。

背景技术：

目前，由于没有先进的技术手段支持，国内的中央空调系统基本上都采用传统的定流量控制方式，即空调冷冻水流量、冷却水流量和冷却风风量均是恒定的。一般中央空调系统是按照当地历史上气温最高的天气来设计选型，且预留有15~20%的余量。这样，在正常使用时，即使是在天气最热的季节，中央空调系统也没有完全运行在满负荷状态。在中央空调的调水系统中，冷冻水泵和冷却水泵的容量，也是按照建筑物最大设计负荷选定的，如此而来，实际的运行情况是长期处于固定的最大水流量下工作，也即，只要启动空调主机，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机都在50Hz工频状态下运行。但整栋大楼的热负载会随季节、昼夜和用户需求的变化而动态变化，中央空调的实际热负载在绝大部分时间内远比设计负载低，如此造成的资源浪费也非常严重。因此，在满足需求的同时实现中央空调的节能控制，是一件急需解决的事情。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供适用于空调的监控系统，可对室内温度、湿度、空气质量等环境变量参数进行实时监控，并调整中央空调的输出功率使之与实际负荷相匹配，进而实现按需定点定向的调节。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：适用于空调的监控系统，包括多个传感器节点、控制主机、与控制主机相连的上位机、与控制主机相连的下位机、与下位机相连的中央空调终端、均与下位机和中央空调终端均相连的固体调压器和与中央空调终端相连的压缩机功率测量模块，多个传感器节点汇集成一个或者多个汇聚节点，汇聚节点包括无线模块24L01和主控芯片STM32F103VET6，汇聚节点与控制主机之间通过以太网实现远程传输，每个传感器节点上配备有温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、无线模块24L01和红外传感模块，红外传感模块包括热释电传感器和红外传感信号处理器。

本发明应用时，各个传感器节点实时采集室内温度、湿度、空气质量、人流量等环境变量参数，并将采集到的数据传输到汇聚节点。控制主机通过以太网访问汇聚节点获取数据，并进行数据分析和处理，再将该结果发送给上位机。上位机对整个环境进行监控，并根据接收的数据绘制相应区域的温度场，自动启动控制算法调整中央空调终端的鼓风机频率、压缩机功率、风机转速和转向参数，最后将该数据经控制主机传送给下位机，使得下位机控制中央空调终端的压缩机和风机盘管协同工作。最终使得中央空调输出功率与实际负荷匹配，实现按需定点定向的调节。其中，红外传感模块用于监测人流量，具体地，基于热释电传感器的被动式红外检测法，通过将空间可视区域进行分割和标记编码，并依靠热释电传感器对不同区域检测到目标时反馈电平信号的不同响应编码获得目标所在的位置，从而实现人流量监测。如此，可使得上位机能针对区域内是否有人或人多人少来进行风量和方向的计算。压缩机功率测量模块用于对压缩机工作时的电流进行检测。因压缩机功耗是系统功耗最多的部分，故对其功耗的监测十分重要。而每一个压缩机的功率可通过固体调压器来实现，它可按照输入电压线性改变输出不同电压，以此实现压缩机的功率调节。

其中，汇聚节点主要完成对底层数据的汇总和处理分析。因无线传感网中对无线节点数量存在一个上限，故每个汇聚节点需负责处理较大数目的传感器节点，并对这些节点实施数据采集的接收和监控，以保障数据的完成性和采集节点的功能完整性。主控芯片为STM32F103VET6单片机，它的工作频率最高位72MHz，片内具有512K字节的闪存存储器，如此可满足对大量数据的高速处理和存储的需求。无线模块24L01的最高工作速率可以达到2Mbps，可以完成高效的GFSK调制，同时，该模块有很强的抗干扰能力，比较适合用在工业控制等相关场合。针对中央空调控制系统，因为商场或其他大型公共场合，空间巨大，需要一定数量的传感器才能得到更具体、更符合实际的数据。然而，多个节点之间的通信成为一大障碍。24L01模块包含了126个频道，可进行多点通信和跳频通信，如此则可解决多个节点间通信难的问题。24L01无线模块功耗低，可在1.9~3.6V电压下工作，待机模式下电流仅为900nA，这极大地降低了汇聚节点及传感器节点供电的要求。

进一步地，红外传感信号处理器为BISS0001。BISS0001可将热释电传感器传送的红外信号进行处理，并配用菲涅尔透镜达到较高的接收灵敏度。

进一步地，所述传感器节点主控芯片为MSP430F1611单片机。传感器节点需选择低功耗、高效率的主控芯片。而MSP430F1611是带FLASH的单片机，其性价比和集成度均很高。MSP430F1611在1.8V到3.6V的供电电压范围内均可正常工作，在供电电压为2.2V、系统时钟为1MHz时活动功耗更是低至200uA。通常在使用内部的DCO和外部ACLK时功耗仅为165uA，备用模式下更是只有0.7uA的电流消耗，仅需要0.1uA的电流来保持RAM中的数据，非常节能

进一步地，所述温度传感器为DS18B20，所述湿度传感器为DHT11，所述空气质量传感器为二氧化碳浓度传感器MQ-2。DS18B20可提供9-12位的摄氏温度测量，精确度高。DHT11作为一种复合型传感器，其内部包括已校准的用数字信号作为输出的温湿度，采用的技术包括温湿度传感技术和专用的数字模块采集技术。DHT11包含一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件。

进一步地，所述固体调压器为HHT2-U22。HHT2-U22的内部主要由可控硅组成，可控硅是一种半导体器件，它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、使用方便等优点。

进一步地，所述仪表放大器为INA122，所述ADC转换电路为ADC0832，所述测量处理器的主控芯片为MSP430F1611。INA122采用了高边电流监测的方法，可避免因负载变化引起电流过大烧毁电流的危险。其次，它采用双通道的运放可对采集的电流和电压进行缓冲以便于实现对压缩机工作电压和工作电流的采集。

进一步地，所述压缩机功率测量模块包括仪表放大器、ADC转换电路及测量处理器，仪表放大器为INA122，ADC转换电路为ADC0832，测量处理器的主控芯片为MSP430F1611。INA122采用了高边电流监测的方法，可避免因负载变化引起电流过大烧毁电流的危险。其次，它采用双通道的运放可对采集的电流和电压进行缓冲，再送入ADC转换电路中，可分别对压缩机的工作电压和工作电流进行采集。

本发明具有以下有益效果：本发明通过传感器节点的设置，可对室内温度、湿度、空气质量及人流量等环境变量参数进行实时监控；通过汇聚节点及控制主机的设置，可实现对采集数据的传松及处理；通过上位机和下位机的设置，可调整中央空调的输出功率使之与实际负荷相匹配，进而实现按需定点定向的调节；通过压缩机功率测量模块的设置，可实现对压缩机功率的监测及数据采集；通过固体调压器的设置，可实现对压缩机功率的调节。

附图说明

图1为本发明所述的适用于空调的监控系统的结构框图；

图2为本发明所述的适用于空调的监控系统中传感器节点的结构框图；

图3为本发明所述的适用于空调的监控系统中压缩机功率测量模块的结构框图；

图4为本发明所述的适用于空调的监控系统中汇聚节点的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图4所示，适用于空调的监控系统，包括多个传感器节点、控制主机、与控制主机相连的上位机、与控制主机相连的下位机、与下位机相连的中央空调终端、均与下位机和中央空调终端均相连的固体调压器和与中央空调终端相连的压缩机功率测量模块，多个传感器节点汇集成一个或者多个汇聚节点，汇聚节点包括无线模块24L01和主控芯片STM32F103VET6，汇聚节点与控制主机之间通过以太网实现远程传输，每个传感器节点上配备有温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、无线模块24L01和红外传感模块，红外传感模块包括热释电传感器和红外传感信号处理器。

本发明应用时，各个传感器节点实时采集室内温度、湿度、空气质量、人流量等环境变量参数，并将采集到的数据传输到汇聚节点。控制主机通过以太网访问汇聚节点获取数据，并进行数据分析和处理，再将该结果发送给上位机。上位机对整个环境进行监控，并根据接收的数据绘制相应区域的温度场，自动启动控制算法调整中央空调终端的鼓风机频率、压缩机功率、风机转速和转向参数，最后将该数据经控制主机传送给下位机，使得下位机控制中央空调终端的压缩机和风机盘管协同工作。最终使得中央空调输出功率与实际负荷匹配，实现按需定点定向的调节。其中，红外传感模块用于监测人流量，具体地，基于热释电传感器的被动式红外检测法，通过将空间可视区域进行分割和标记编码，并依靠热释电传感器对不同区域检测到目标时反馈电平信号的不同响应编码获得目标所在的位置，从而实现人流量监测。如此，可使得上位机能针对区域内是否有人或人多人少来进行风量和方向的计算。压缩机功率测量模块用于对压缩机工作时的电流进行检测。因压缩机功耗是系统功耗最多的部分，故对其功耗的监测十分重要。而每一个压缩机的功率可通过固体调压器来实现，它可按照输入电压线性改变输出不同电压，以此实现压缩机的功率调节。

其中，汇聚节点主要完成对底层数据的汇总和处理分析。因无线传感网中对无线节点数量存在一个上限，故每个汇聚节点需负责处理较大数目的传感器节点，并对这些节点实施数据采集的接收和监控，以保障数据的完成性和采集节点的功能完整性。主控芯片为STM32F103VET6单片机，它的工作频率最高位72MHz，片内具有512K字节的闪存存储器，如此可满足对大量数据的高速处理和存储的需求。无线模块24L01的最高工作速率可以达到2Mbps，可以完成高效的GFSK调制，同时，该模块有很强的抗干扰能力，比较适合用在工业控制等相关场合。针对中央空调控制系统，因为商场或其他大型公共场合，空间巨大，需要一定数量的传感器才能得到更具体、更符合实际的数据。然而，多个节点之间的通信成为一大障碍。24L01模块包含了126个频道，可进行多点通信和跳频通信，如此则可解决多个节点间通信难的问题。24L01无线模块功耗低，可在1.9~3.6V电压下工作，待机模式下电流仅为900nA，这极大地降低了汇聚节点及传感器节点供电的要求。

优选地，红外传感信号处理器为BISS0001。BISS0001可将热释电传感器传送的红外信号进行处理，并配用菲涅尔透镜达到较高的接收灵敏度。

优选地，所述传感器节点主控芯片为MSP430F1611单片机。传感器节点需选择低功耗、高效率的主控芯片。而MSP430F1611是带FLASH的单片机，其性价比和集成度均很高。MSP430F1611在1.8V到3.6V的供电电压范围内均可正常工作，在供电电压为2.2V、系统时钟为1MHz时活动功耗更是低至200uA。通常在使用内部的DCO和外部ACLK时功耗仅为165uA，备用模式下更是只有0.7uA的电流消耗，仅需要0.1uA的电流来保持RAM中的数据，非常节能

优选地，所述温度传感器为DS18B20，所述湿度传感器为DHT11，所述空气质量传感器为二氧化碳浓度传感器MQ-2。DS18B20可提供9-12位的摄氏温度测量，精确度高。DHT11作为一种复合型传感器，其内部包括已校准的用数字信号作为输出的温湿度，采用的技术包括温湿度传感技术和专用的数字模块采集技术。DHT11包含一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件。

优选地，所述固体调压器为HHT2-U22。HHT2-U22的内部主要由可控硅组成，可控硅是一种半导体器件，它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、使用方便等优点。

优选地，所述仪表放大器为INA122，所述ADC转换电路为ADC0832，所述测量处理器的主控芯片为MSP430F1611。INA122采用了高边电流监测的方法，可避免因负载变化引起电流过大烧毁电流的危险。其次，它采用双通道的运放可对采集的电流和电压进行缓冲以便于实现对压缩机工作电压和工作电流的采集。

优选地，所述压缩机功率测量模块包括仪表放大器、ADC转换电路及测量处理器，仪表放大器为INA122，ADC转换电路为ADC0832，测量处理器的主控芯片为MSP430F1611。INA122采用了高边电流监测的方法，可避免因负载变化引起电流过大烧毁电流的危险。其次，它采用双通道的运放可对采集的电流和电压进行缓冲，再送入ADC转换电路中，可分别对压缩机的工作电压和工作电流进行采集。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。