基于物聯網技術的空調智能遙控裝置概念及設計

◆焦蔚然 花 港 程恩林 周 楠 任賢超

（河海大學能源與電氣學院 江蘇 211100）

0 引言

在政府倡導下，北京、上海、深圳等地積極開展需求側響應措施，為電網的穩定做出了一定的貢獻。同時，美國、歐盟針對需求側響應而進行的智能電表、ELMS系統等項目，為當地電網的優化也起到了一定的作用。針對國內冬夏季空調用電負荷持續增大的現象，研發了基于物聯網技術的空調智能遙控裝置，旨在通過該裝置使空調對電網全局調控做出正確響應，幫助用戶調整用電策略，減輕冷熱氣候時用電壓力。該研究也有助于完善空調負荷需求側響應措施，有效抑制電力尖峰負荷，減緩新建調峰電廠壓力，降低溫室氣體排放。

1 系統設計

本系統通過 AMI通信系統，可以獲取電網主動負荷需求的信息。通過在空調上安裝的實時監測系統，可以測量到當前用戶空調的工作狀態、溫度、時間和電網負荷。通過AMI通信系統，可以獲取電網主動負荷需求的信息。信息匯總于 STM32中央處理器，并顯示在MCGS觸摸屏上。用戶可以在MCGS觸摸屏上選擇電網主動控制模式或電網-用戶共同控制模式。若選擇電網主動控制模式，STM32中央處理器將根據電網主動負荷需求信息和室內傳感器數據計算出符合當前需求的指令傳給空調設備；若選擇電網-用戶共同控制模式，觸摸屏會將用戶空調設定值傳給STM32中央處理器；STM32中央處理器將空調設定指令及電網主動負荷需求信息運算，操作空調設備運轉；通過MCGS觸摸屏反饋溫度信息、電網狀態給用戶；STM32中央處理器收集溫度信息、電網負荷需求并優化保存。系統的工作原理如圖1所示。

圖1 系統整體設計

2 系統實現

2.1 硬件實現

本系統以 STM32為核心部分，收集傳感器的信息，并將運算結果顯示在MCGS觸摸屏上，最后通過紅外線發射器將指令發給空調執行。stm32內部包含豐富的功能模塊，無需外擴芯片，系統即可利用stm32自帶的模數轉換器（ADC）對輸入信號進行多通道同步模數轉換。

其中，STM32開發板接口豐富，設計靈活，功能強大。DS18B20數字溫度傳感器接線方便，可應用于多種場合。紅外解調器和紅外發射器可以方便的接收和發射信號。報警器由蜂鳴器構成，由直流供電，可發出警報。MCGS觸摸屏擁有實時性強的并行處理性能，并支持多種通訊方式，功能多樣而強大，完全可以滿足本系統要求。如圖2所示。

圖2 硬件設計

2.2 軟件實現

售電公司首先發布電網主動負荷需求信息，通過 AMI通訊傳給STM32中央處理器；STM32中央處理器通過RS485通訊將電網狀況反映在MCGS觸摸屏上；用戶操作MCGS觸摸屏，選擇電網主動控制模式或電網-用戶共同控制模式；若選擇電網主動控制模式，STM32中央處理器將根據電網主動負荷需求信息和室內傳感器數據計算出符合當前需求的指令傳給空調設備；若選擇電網-用戶共同控制模式，觸摸屏將用戶空調設定值傳給 STM32中央處理器；STM32中央處理器將空調設定指令及電網主動負荷需求信息運算，操作空調設備運轉；通過MCGS觸摸屏反饋溫度信息、電網狀態給用戶；STM32中央處理器收集溫度信息、電網負荷求并優化保存。

2.3 通信實現

高級量測體系（Advanced Metering Infrastructure,AMI）用來測量、收集、儲存、分析、運用和傳送用戶用電數據、電價信息和系統運行狀況。本裝置通過 AMI通信獲取電網主動負荷需求，及時對電網全局調控做出正確的響應，主要包括智能電表、雙向通信網絡、量測數據管理系統和用戶戶內網絡四個方面，主要使用雙向通信網絡功能，實時傳遞電網運行狀態和電價相關數據至STM32的中央處理器。

本裝置通過紅外無線通信系統進行信息的傳輸，遙控器、STM32、空調上都裝有紅外接收或發射裝置，實現了信息的傳遞。按鍵的識別、指令編碼、信號的調制、信號的發射、信號的接收、解調、解碼、處理的實現都是由具相應功能的芯片分布完成的。

3 應用場景及效益分析

物聯網就其本身而言，代表了下一代信息技術的發展，而其目前正處于起步階段。將物聯網技術與空調遙控 STM32中央處理器、紅外傳感器、溫度傳感器結合，將會是一個好的研究方向，適用于任何空調模式下的自動控制，如健康、睡眠等。通過在家用空調與電網間建立網絡，協調控制空調使用并實時顯示，有助于幫助用戶調整用電策略，實現實時、高速、雙向的數據讀取從而整體提高電網的綜合效率，對電網全局調控做出正確響應，削峰填谷抑制電力尖峰電荷，維持電力系統穩定。空調的智能調節，能夠節省大量的電量，同時，該產品體積小，成本低，具有良好的經濟效益。

4 結語

在物聯網技術背景下，空調通過遙控與電網建立網絡關系具有很重要的意義。本文以家庭中的空調遙控作為研究對象，通過STM32中央處理器、紅外傳感器、溫度傳感器等將用戶信號通過物聯網發送給電網，接受電網的響應來調節空調的溫度。在人體感到舒適的情況下，可以節省更多的電量，同時使電網穩定性在夏季需求明顯增多情況下得到提高。

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