基于NB-IoT的空調(diào)智能管控系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計(jì)

邵檢江 周濤鳴

摘要：針對(duì)高校空調(diào)系統(tǒng)智能化程度低和能耗較高問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于NB-IoT的空調(diào)智能管控系統(tǒng)，從主要硬件模塊和主要軟件功能兩方面介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能智能化管理。

關(guān)鍵詞：空調(diào)智能管控系統(tǒng);NB-IoT;智能管理

引言

十三五期間，隨著國家財(cái)政不斷地加大教育事業(yè)的投入，各高校辦學(xué)條件不斷提高，多媒體課室、學(xué)生宿舍、實(shí)驗(yàn)室、辦公室和圖書館等場(chǎng)所，基本上都安裝了空調(diào)。空調(diào)作為高校教學(xué)工作和生活學(xué)習(xí)的必需品，由于在建設(shè)初期沒有充分考慮到空調(diào)能耗的重要性，采購安裝的空調(diào)一般為能效等級(jí)較高的產(chǎn)品，空調(diào)能耗占到生均用電能耗的50%以上，空調(diào)能耗已成為公共建筑耗能的第一大用戶，隨著國家公共機(jī)構(gòu)節(jié)能降耗的要求越來越嚴(yán)格，如何有效降低空調(diào)的能耗，提高其使用效率和智能科學(xué)的監(jiān)控管理，成為高校亟需解決的問題。

一、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理中存在的問題

（一）節(jié)能意識(shí)不高

高校安裝空調(diào)體量大使用頻繁，用能浪費(fèi)嚴(yán)重。在日常使用空調(diào)過程中，存在很多不好的習(xí)慣。課室下課后、離開實(shí)驗(yàn)室后，人走空調(diào)常開;不隨手關(guān)門、打開窗戶在辦公室使用空調(diào);人少的時(shí)候，多臺(tái)空調(diào)照樣開啟，不按實(shí)際情況使用空調(diào)等。學(xué)生宿舍空調(diào)常年每天24小時(shí)不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);一開空調(diào)就把溫度調(diào)成16度最大冷度，經(jīng)常披著厚外套使用空調(diào);根據(jù)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，空調(diào)制冷每調(diào)低1度，能耗就增加1度。

（二）空調(diào)管理智能化程度低

高校采購的空調(diào)一般為定頻空調(diào)，空調(diào)系統(tǒng)不能自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和控制風(fēng)量，沒有智能控制管理功能模塊，需要人工操作進(jìn)行啟停控制;空調(diào)安裝的范圍比較廣，紅外遙控器在師生手上，使用比較隨意，很難形成有效的監(jiān)管;空調(diào)沒有相關(guān)的計(jì)量管理功能，運(yùn)維管理工作一般采用人工巡查、人工抄錄管理模式;空調(diào)線路與其他動(dòng)力設(shè)備、照明線路并在一起，不能實(shí)時(shí)單獨(dú)采集用能數(shù)據(jù);所有空調(diào)為單機(jī)模式，空調(diào)分布范圍比較散亂，沒有進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，能耗數(shù)據(jù)、能耗分析、節(jié)能改造、能源管理等無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理，進(jìn)而無法建立統(tǒng)一的空調(diào)智能監(jiān)管平臺(tái)。

二、基于NB-IoT的空調(diào)智能管控系統(tǒng)

NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)），是一種新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在全世界范圍內(nèi)覆蓋廣，相比現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在同等頻段下，覆蓋能力提升數(shù)十倍;移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持十萬級(jí)以上設(shè)備連接數(shù)，低延時(shí)安全可靠;NB-IoT終端模塊功耗低架構(gòu)優(yōu)，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)年;模塊化設(shè)計(jì)，大大降低企業(yè)研發(fā)成本。基于NB-IoT的空調(diào)智能管控系統(tǒng)，集電能數(shù)據(jù)采集計(jì)量、溫度感應(yīng)和控制、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)智能控制、預(yù)付費(fèi)管理、網(wǎng)速風(fēng)量控制、遠(yuǎn)程通訊和能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能為一體。

（一）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要功能

電能數(shù)據(jù)采集計(jì)量，根據(jù)功率因素、電流電壓、使用狀態(tài)等實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)采集和計(jì)量;實(shí)現(xiàn)手機(jī)App智能控制設(shè)備、定時(shí)開關(guān)機(jī)、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)速控制和定制課程表模式;NB-IoT無線通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)充值支付、實(shí)時(shí)抄表、實(shí)時(shí)控制、定時(shí)管理、溫度感應(yīng)和控制等;空調(diào)智能控制器具有自主學(xué)習(xí)、發(fā)送功能，兼容適匹市面上所有主流機(jī)型;能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，具備能耗數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)上傳、高低峰數(shù)據(jù)分析、用電量統(tǒng)計(jì)和在線網(wǎng)絡(luò)管理等功能;通過智能控制，合理配置，使每一臺(tái)定頻空調(diào)運(yùn)行能耗降低5%以上。

（二）系統(tǒng)主要硬件模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件平臺(tái)主要由ARM高頻處理器模塊、NB-IoT無線通訊模塊、紅外控制模塊、溫控模塊、DDR內(nèi)存和Flash存儲(chǔ)模塊組成。ARM高頻處理器模塊采用基于ARM Cortec-A35四核1.2GHz頻率的處理器，能滿足高性能的數(shù)據(jù)運(yùn)算和高效率的智能控制;NB-IoT無線通訊模塊具有連接設(shè)備數(shù)多、覆蓋范圍廣、低延時(shí)低成本的特點(diǎn);紅外控制模塊與空調(diào)進(jìn)行無縫連接控制，當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制空調(diào)時(shí)，能夠以99%的準(zhǔn)確率反饋紅外指令結(jié)果;溫控模塊可進(jìn)行16至30度的溫度控制;16M DDR內(nèi)存和大容量Flash存儲(chǔ)模塊能夠滿足運(yùn)算和存儲(chǔ)的需求;設(shè)備支持最大功率4000W，額定電壓250V，最大電流16A;內(nèi)置設(shè)備編碼庫，兼容適匹市面上所有的主流空調(diào)設(shè)備。

（三）系統(tǒng)主要軟件功能設(shè)計(jì)

基于B/S三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，研發(fā)空調(diào)智能控制器，搭建空調(diào)智能管控平臺(tái)。進(jìn)入智能管控系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示空調(diào)設(shè)備分布位置和自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行狀態(tài);進(jìn)入某一臺(tái)空調(diào)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的當(dāng)前電流、當(dāng)前功耗、當(dāng)前電壓和用電量;在線可以進(jìn)行定時(shí)開機(jī)、定時(shí)關(guān)機(jī)、溫度調(diào)節(jié)、風(fēng)速設(shè)置等操作;后臺(tái)通過對(duì)空調(diào)數(shù)據(jù)的分析診斷，判斷空調(diào)是否節(jié)能或存著故障，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，會(huì)立即發(fā)送信息提醒用戶;系統(tǒng)能精確地統(tǒng)計(jì)空調(diào)每日、每月和每年的用電量，準(zhǔn)確檢測(cè)空調(diào)的實(shí)時(shí)功率、溫度和頻率等參數(shù)，并自動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)到后臺(tái);通過手機(jī)即可查看當(dāng)前和歷史用電數(shù)據(jù)，;根據(jù)教室課表設(shè)置定時(shí)課表任務(wù)，課前自動(dòng)開空調(diào)，課后自動(dòng)關(guān)空調(diào)，既能保障師生們舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，又能節(jié)約用電。

三、結(jié)語

系統(tǒng)部署上線后，性能高效穩(wěn)定，用戶反映方便實(shí)用，取得了不錯(cuò)的節(jié)能效果，大大減輕的能源管理人員的工作量，同時(shí)提高了能源管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱寶旺，秦聰，孫浩，趙樹磊，叢文霞，李道勇.基于ZigBee的智能空調(diào)溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[j].科技視界，2019（6）：127-129

[2]徐亞玲.一種中央空調(diào)智能控制與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，2019（32）：119-120