基于ZigBee技術的智能家居采暖節能控制的應用研究

郭建興

（長安大學，陜西西安,710064）

基于ZigBee技術的智能家居采暖節能控制的應用研究

郭建興

（長安大學，陜西西安,710064）

本文介紹了建筑節能采用的主要措施，針對我國北方建筑中分戶計量模式的供暖系統，采用STM32控制器和ZigBee模塊，提出并設計了基于ZigBee技術的智能家居采暖節能控制系統，實現采暖用戶對室內溫度無線控制與遠程控制。

建筑節能；ZigBee；STM32；智能家居

0 前言

隨著經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，建筑的運營能耗也在不斷增加，節能環保的問題已成為當前全社會關注的熱點。物聯網技術的應運而生為建筑節能開辟了創新型的有效途徑，使人們在享受高新科技帶來的便利的同時，也對能源進行了合理利用，減少了建筑能耗。

1 建筑節能措施

建筑節能是貫徹落實國家可持續發展戰略的重要舉措，是我國城鎮化與城市發展的重要內容，旨在降低建筑能耗，減少環境污染，應對氣候變化。

建筑節能的基本方法有建筑電氣節能，建筑采暖節能及可再生能源有效利用。建筑電氣節能主要是通過合理的規劃設計，采用自動控制技術與物聯網技術對建筑電氣系統中的供配電系統、照明系統、暖通空調機組、給排水設備及送排風電機等設備運行狀況進行實時監控，分析建筑機電設備的能量轉換效率及運行數據，并且對電氣設備的運行管理系統進行優化。最終達到提高建筑電氣系統的能源綜合利用率與減少系統能源消耗的目的，實現建筑節能的效果。

建筑采暖系統的節能是建筑節能最主要的方法之一，建筑采暖能耗在建筑總能耗中占很大比例。當前我國單位建筑面積的綜合采暖能耗大約為氣候相近的發達國家的兩倍多。《節能中長期專項規劃》中明確強調，大力開展北方采暖地區的建筑采暖節能，改變供熱體制，推行建筑集中采暖按熱表計量收費的模式。進而通過物聯網技術及自動控制技術對采暖系統進行智能全自動調節控制和遠程控制，將更加提高建筑節能的效果。

2 智能家居采暖節能控制系統的設計

2.1 控制系統總體結構

智能家居采暖節能控制系統由ZigBee無線通訊模塊、主控制器與遠程通信系統組成，系統框圖如圖1所示。智能家居采暖節能控制器是整個節能控制系統的核心，主要負責接收通過手機或Internet發來的控制信息，并將控制信息轉換成相應的控制命令通過由ZigBee節點組成的無線網絡發送到ZigBee終端模塊，ZigBee終端模塊再將控制命令傳輸給與其連接的閥門控制器，閥門控制器根據指令驅動電動控制閥轉動相應角度，從而實現暖氣片熱流量的控制。

圖1 智能家居采暖節能控制系統框圖

智能家居節能控制系統的ZigBee模塊選用TI的ZigBee芯片CC2530，該模塊主要由ZigBee芯片、晶振、天線與擴展引腳組成。智能家居系統的內部通信是由ZigBee節點組成的無線網絡，該無線網絡功能由協調器、路由器及終端節點組成。其中協調器與主控制器連接，行使網關的功能，負責無線網絡的建立及配置，接收終端節點發來的數據并反饋到主控制器，轉發主控制器的控制命令到指定的終端節點。終端節點本身也是網絡的路由器，可以傳輸網絡數據信息，同時接收主控制器的命令。

智能家居采暖節能控制系統可以實現用戶通過手機或互聯網對家里采暖閥門的遠程控制。如果在家里沒人的情況下，室內不需要很高溫度，用戶可以通過控制器將采暖閥門關小；如果在家里有人的情況下，可以根據室內不同房間的使用情況及溫度，對不同房間內的暖氣片閥門進行合理控制，使室內溫度最終達到一定的范圍。通過對采暖系統的合理控制，實現了室內熱量的有效利用，提高了能源利用率，不僅減少了用戶的采暖費用，也達到了建筑節能的效果。

2.2 控制器結構設計

智能家居采暖節能控制器是整個節能控制系統的核心，本系統選用ST Microelectronics 公司設計的STM32作為節能控制系統的主控制器。STM32是一個基于ARM Cortex-M3內核的控制器，可提供最大72MHz的工作頻率，配備了32～512KB的Flash存儲器和6～64KB的SRAM靜態隨機存儲器，是一款具有多種數據接口和功能齊全的精密通用外設，包括低功耗與可擴展性強等優點的控制器。

ZigBee網絡協調器通過USB接口與控制器連接，主要作用是接收控制器發來的指令并發送到ZigBee終端節點。手機用戶和控制器之間通過GPRS網絡進行短信通信。該控制器配有以太網接口，載入了操作系統與應用程序，使用者可以通過Internet互聯網實現與控制器的通信，從而實現對智能家居采暖系統的遠程控制。

圖2 控制器硬件結構

3 結語

本文利用物聯網技術，對建筑中每個家庭的分戶計量模式供暖系統的運行狀態進行實時遠程監控，實現了對能源的合理利用，并且減少了單位面積建筑的采暖能耗。隨著建筑節能相關的有利政策的不斷出臺，物聯網技術的不斷發展，建筑節能的方法會更加方便和高效。

[1]劉洋.居住建筑能耗動態模擬研究與能耗計算軟件的開發[D].天津大學,2004.

[2]紀祥和.物聯網環境下家庭節能控制裝置研究與實現[D].山東建筑大學,2014.

Research on heating energy saving control of smart home based on ZigBee technology

Guo Jianxing
(Chang’an University, Xi’an Shaanxi,710064)

Aiming at the heating system of household metering mode in the north of china, this paper introduces the main measures of building energy saving. STM32 controller and ZigBee module are used in the paper. The paper proposes and designs a heating energy saving control system for smart home based on ZigBee technology, which can realize the wireless control and remote control of indoor temperature for users.

building energy saving; ZigBee；STM32; smart home