環(huán)境感應智能空調(diào)窗戶結合系統(tǒng)

李小寧

摘 要：現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)工作時不考慮外部環(huán)境，使用時常出現(xiàn)長時間不關閉，未及時關窗導致冷氣散失等現(xiàn)象，由此將造成一定程度的能源浪費。本作品可以通過分析室內(nèi)外的溫濕度、氣流和空氣質(zhì)量等情況，智能控制空調(diào)的工作模式以及窗戶的開閉。

關鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；步進電機；自動控制模式；風力感應

中圖分類號：TU831.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.123

1 整體設計

本作品主要由機械模塊、控制模塊2部分構成。各模塊功能如下：①機械模塊主要由電機、絲杠、滑塊等組成，電動控制窗戶的關閉及敞開程度；②控制模塊主要由各類傳感器、顯示屏及主控芯片組成，采集室內(nèi)外溫濕度、氣流、空氣質(zhì)量等信息，分析并輸出控制信號。

本系統(tǒng)工作時，控制模塊先通過傳感器采集各類所需數(shù)據(jù)，通過一定的判斷算法確定窗戶的開閉和空調(diào)工作模式的設置，驅(qū)動機械模塊實現(xiàn)窗戶的運動，輸出電信號控制空調(diào)的工作。為了適應個人習慣，窗戶可以實現(xiàn)點動控制，也可以按動切換按鈕使窗戶與滑塊脫開，進行自由推動。

2 結構設計

圖1所示為機械結構。

2.1 機械模塊

2.1.1 步進電機

步進電機有2種控制模式，即自動控制模式和手動控制模式。對于自動控制模式而言，當控制系統(tǒng)打開時，系統(tǒng)自動測試環(huán)境因素，步進電機與控制系統(tǒng)連接，受其控制，經(jīng)感應模塊測試室內(nèi)外溫度濕度風力等環(huán)境因素后經(jīng)算法分析，得出窗戶的閉合度，作出一定方向的轉(zhuǎn)動；而對于手動控制模式而言，當控制系統(tǒng)關閉時，通過電動開關手動控制窗戶的開關度。

2.1.2 絲桿

絲桿將步進電機與滑塊連接，將步進電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為窗戶的橫向移動，步進電機的轉(zhuǎn)動方向決定滑塊移動方向。

2.1.3 連接桿

滑塊分別處于傳動機構和窗戶上，通過連接桿連接。一般狀態(tài)下，連桿將滑塊連接，步進電機控制窗戶的開關度。當步進電機或其他設備損壞，不能正常使用使用時，為了能保證窗戶的正常打開，可通過連桿上的按鈕將兩滑塊分開。

2.1.4 點動開關

當不需要智能控制窗戶開關時，可通過電動開關決定窗戶的開關度，每點一次窗戶，向相應的方向移動一定的距離。

2.2 室外感應模塊

2.2.1 溫濕度感應

室內(nèi)與室外溫度對比，設置一個溫濕度比較范圍。當室內(nèi)外溫濕度差超過范圍時，根據(jù)智能判斷決定空調(diào)開關情況。

2.2.2 風力感應

風力感應置于窗外。當有向窗內(nèi)吹風時，將測試出風的大小，然后根據(jù)設置范圍，在規(guī)定范圍內(nèi)的風力下決定開窗大小。

3 控制模塊

如圖2所示，采用MCS-51單片機為控制系統(tǒng)核心，接收溫濕度風力感應模塊采集的戶外溫度風力信號，室內(nèi)溫度信號和設定的空調(diào)溫度信號，單片機根據(jù)內(nèi)部時鐘和中斷處理，控制空調(diào)的開關和窗戶的開關大小。同時，也可根據(jù)需要手動控制。

室外溫度感應器測量室外溫度，將溫度信號傳給控制器與室內(nèi)溫度對比，分析溫度差。室外感應器測試室外濕度風力，綜合分析后決定空調(diào)與窗戶的開關，將信號傳給步進電機，控制開窗大小。具體可分為以下幾種情況：①當室外溫度高時，關閉窗戶，打開空調(diào)，空調(diào)降溫，減少冷氣流失；②當室外因天氣等原因溫度低于室內(nèi)溫度時，關閉空調(diào)，根據(jù)天氣決定開窗情況，利用環(huán)境溫度降溫；③當室外溫度低于室內(nèi)溫度，室內(nèi)溫濕度與設定溫濕度在適當范圍內(nèi)時，關窗不開空調(diào)；④當室外溫度低于室內(nèi)溫度且低于設定溫度范圍時，關窗關閉空調(diào)，進行室內(nèi)保溫；⑤當室內(nèi)溫度低于室外溫度時，開窗關閉空調(diào)，利用環(huán)境溫度升溫。

4 設計優(yōu)勢

本設計具有以下優(yōu)勢：①智能控制空調(diào)的開關，縮短空調(diào)的使用時間，減少不必要的浪費；②空調(diào)與窗戶相結合，最大限度地利用自然通風降溫，保證空氣質(zhì)量；③使空調(diào)啟動次數(shù)減少，延長了空調(diào)的使用壽命。

5 結束語

現(xiàn)有的空調(diào)溫控模式是不考慮外界溫度變化的，而窗戶可以作為一個室內(nèi)外溫度溝通的媒介，同時能起到通風換氣的租用，以彌補空調(diào)調(diào)節(jié)容易造成的空氣濕度降低的問題。本系統(tǒng)在設計算法中也考慮了室內(nèi)外濕度、氣流和空氣質(zhì)量等因素的影響，并設計相關的子算法，實現(xiàn)對于空氣加濕器、空氣凈化器及新風系統(tǒng)等其他電器的聯(lián)動控制，體現(xiàn)了智能家居的設計思想。

參考文獻

[1]宰文姣，汪華章.基于步進電動機的智能窗戶控制系統(tǒng)設計[J].微特電機，2015，43（6）.

[2]賀道坤，段向軍.用于環(huán)境檢測的智能窗戶裝置研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2014，40（10）.

[3]趙亭.基于GSM的智能空調(diào)控制系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2015，23（7）.

〔編輯：劉曉芳〕