基于云端的新型節能型空調

英家寶　李宋逸　呂志超　莊豫璽

摘 要：基于云端，以stm32為總控制器，提出了一種新型的具有加濕、新風功能的節能型空調的設計方法。文章詳細介紹了基于云端的新型節能型空調的項目背景、項目功能、各模塊的具體運作方式，并總結了設計中的關鍵點，通過該方法可以達到預期的節能效果。

關鍵詞：云端；stm32；節能型空調

中圖分類號：TP29 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0017-02

Abstract： Based on Cloud and by using STM32 as the main controller， a new design method of energy-saving air conditioning with humidifying and fresh air function is proposed. This paper introduces the background of the project， the function of the project， the operation mode of each module， and summarizes the key points in the design. The method can achieve the desired energy-saving effect.

Keywords： Cloud； STM32； energy-saving air conditioning

1 項目背景

隨著物質生活水平的提高，人們愈發地重視家居的空氣環境。家用空氣調節器市場逐漸形成了由調控溫度的空調器、調控濕度的加濕器以及換風改善空氣質量的新風系統構成的三大塊。然而設備的單獨購置、裝配和獨立運行意味著制作、消費成本的增加以及功耗的相互折損，不符于當下的精簡家居、節能減排的理念。

2 項目功能

（1）本項目設計了一款具有加濕、新風功能的家用空氣調節一體機裝置，集現有空調、加濕器、新風系統三種電器功能為一體，在不降低用戶體驗的條件下實現耗材節省、精簡家居。并在使用過程中，通過聯合運行、相互反饋，實現水資源的回收、能量的多級利用，最終達到節能減排、精簡家居的目的。

（2）空調以stm32為總控制器，通過多個數據傳感器獲得空氣數據，空調根據溫濕度的大小，自動調節加濕加熱。空調可將空調的運行狀態和空氣數據上傳至云端，實現云端數據監控，云端將數據下發到手機APP，從而用戶可以隨時隨地掌握家庭室內的狀況，并通過APP遠程控制空調閥門進行相應的加濕加熱，開啟新風等動作。用戶在室外也可使用紅外遙控控制空調。從而實現任何網絡，任何時刻，任意地點對空調運行狀態與數據進行查看和遠程控制。

3 各模塊的具體運作方式

（1）加濕功能：由于空調在制冷狀態下會產生冷凝水并排出，這一過程造成了室內濕度的下降和冷量的流失，也是一種水資源的浪費，為此我們將加濕組件精簡內置于空調中，通收集空調產生的冷凝水，為加濕器提供加濕用水。實現水資源的回收利用。如圖1加濕組件所示。

（2）改良導風板：將加濕器置入空調機腔內部，加濕器產生的濕氣若在機腔中與空氣混合勢必會對空調內部的各部元器件造成隱患且在蒸發器上遇冷再次液化，因此我們設計了一款改良導風板，如上圖所示，將導風板略增厚繼而鏤空，外緣設置出濕口。濕氣產生后通過封閉管道經改良導風板直接排往機腔之外，低成本地解決了上述問題。

（3）新風模塊：傳統的空調機只是獨立的室內氣體的循環，為了保證新風的及時補入，同時保證補入的新風質量，因此大多數家庭選擇購置新風系統。以雙貫流式新風系統為例，需要兩個風機分別負責室外風的鼓入和室內風的抽出。而我們現有的空調器的室內貫流式風機和室外離心式風機剛好可以擔當此職能，兩者獨立購置顯然是設備的贅余且運行時意味著更多的能耗。為此，我們在空調器上附加新風模塊如圖2所示。

（4）總控制器：我們采用stm32f103c8t6作為空調的總控制器，此mcu具有64K的fLASH，多達7個定時器，多達2個SPI接口（18M位/秒），支持的外設：定時器、ADC、SPI、I2C和USART，多達80個快速I/O端口。其豐富的資源適合用來連接和控制更多的外設。

（5）云端連接：我們采用安信可的ESP8266模塊，通過機智云云平臺實現云端控制，將機智云的固件庫燒入ESP8266模塊中，在原程序中加入云平臺的通信協議，并在協議與源功能程序的接口處添加云控制的動作程序，通過串口將數據和控制發送至ESP8266，WIFI路由器為中轉，實現云與單片機的數據互傳。

（6）云平臺APP控制：在開發好的原java框架添加可視化的圖形與數據控件，并編寫控件對應的功能程序，然后將這些程序與機智云協議接口連接，生成安裝文件，手機安裝后，先通過在同一網絡環境下實現ES8266設備與手機APP的配對，目的是告訴設備所連接的WIFI的密碼賬號，由此，以后就不需要再進行配對了。從而實現云平臺和APP的數據透傳，以云平臺為中轉，實現APP和單片機之間的相互通信。

（7）OLED顯示：采用4線SPI控制方式的OLED，通過字模軟件得到要顯示的漢字與數字的字碼，利用模擬SPI通信將字碼傳入OLED的顯示寄存器，達到顯示空調的運行參數和狀態的功能。

（8）溫濕度檢測：溫濕度檢測一體化的模塊，無需adc量化分析，自動依次輸出8位的溫度與濕度的數據，通過進制轉換得到環境溫濕度值。

其硬件連接圖如圖3：

（9）紅外控制：紅外信號采用NEC協議，載波頻率為38kHz；具有8位地址和8位指令長度。先將特定的鍵值碼輸入遙控器的鍵值編碼寄存器，紅外遙控通過發送不同占空比的方波信號區分鍵值碼。用定時器判斷紅外接收頭解碼后紅外信號的占空比，從而識別不同的控制信號，并產生不同的動作。

紅外解碼器的電路結構如圖4：

（10）舵機的控制：舵機由內部位置反饋減速齒輪組由直流電動機驅動，其輸出軸帶動一個具有線性比例特性的位置反饋電位器作為位置檢測。當電位器轉角線性地轉化為電壓并反饋給控制電路時，控制電路反饋信號與輸入的控制脈沖信號相比較，產生糾正脈沖，控制并驅動直流電機正向或反向轉動。本設計中的舵機連接新風閥門，可隨時轉動舵機來控制新風閥門的開閉，進而達到通風、不通風的目的。

4 結束語

本項目通過利用云端，stm32及導風板的改造達到新型的具有加濕、新風功能的節能型空調的節能目的。但仍然存在不足，例如成本大、后期難維護等問題，通過后期改進能達到更好的效果。

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