基于无线传感器网络的空调智能控制系统及方法

摘要

一种基于无线传感器网络的空调智能控制系统及方法，属于空调控制技术领域。本发明系统包括智能信息管理中心、无线通信装置、空调信息监测与控制模块、房间信息监测与控制模块等；本发明方法，利用本发明系统，监测信息，建立数据库，计算系统当前负荷，结合基于相似日的短期负荷预测方法和模糊控制技术，以空调的冷冻(却)水供回水温度变化量为控制量，实现空调系统提前准确的优化控制。本发明具有通信能力强且质量有保障；网络功能强大，监测和控制空调系统的面宽量广，控制更优化；控制精度高，节能效果好等特点。本发明可广泛应用于各种楼宇的空调的节能优化控制，特别适用于智能楼宇的空调节能优化控制。

主权项

一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统，包括智能信息管理中心、无线通信装置、中央空调信息监测与控制模块、房间信息监测与控制模块，所述的智能信息管理中心通过无线通信装置分别与所述的中央空调信息监测与控制模块和房间信息监测与控制模块相连，其特征在于：所述的智能信息管理中心，包括信息处理模块、数据库管理模块、负荷计算模块、负荷预测模块、模糊控制模块、异常报警模块，装载有计算机程序的这些模块运行在计算机上，智能信息管理中心位于大型建筑的中央空调的监控室内，通过RS232串口线与无线通信装置中的中心通信装置相连，负责所有监测信息的汇总、统计、分析和处理，并实时显示空调的运行情况和室内温湿度情况，再通过无线通信装置发送控制命令，实现对整个无线网络的控制和中央空调的优化运行，其中，所述的信息处理模块接收中心通信装置上传的信息，并解析处理；所述的数据库管理模块存储所述信息处理模块处理后的信息；所述的负荷计算模块根据所述数据库管理模块中存储的信息计算中央空调系统的负荷；所述的负荷预测模块根据所述数据库管理模块中存储的信息预测未来时刻中央空调系统的负荷；所述的模糊控制模块根据所述负荷计算模块与负荷预测模块得到的数据信息进行模糊推理，并发出控制命令；所述的异常报警模块根据所述信息处理模块得出的数据进行异常判断并报警；所述的中央空调信息监测与控制模块，包括无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置、无线逻辑控制监测装置、可编程逻辑控制器，所述的无线循环水温度监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的主机进出水口的输水管道上，监测中央空调的冷冻水和冷却水的供、回水温度，并通过无线通信装置将供、回水温度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线循环水流速监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的循环水泵的输水管道上，监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的水流速，并通过无线通信装置将水流速信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线逻辑控制监测装置通过可编程逻辑控制器的数字端口与可编程逻辑控制器相连，并通过无线通信装置上传可编程逻辑控制器的状态信息至前述的智能信息管理中心、下达前述的智能信息管理中心的控制命令至可编程逻辑控制器；所述的可编程逻辑控制器通过模拟量端口与变频器相连，通过控制循环水泵、冷却塔风机的运行状态，实现中央空调主机的智能优化控制；所述的房间信息监测与控制模块，包括无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、智能末端控制装置，所述的无线室内温湿度监测装置放置在被控建筑的每个房间内，监测室内的温湿度信息，并通过无线通信装置将温湿度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线室内二氧化碳监测装置放置于被控建筑的每个房间内，监测室内的二氧化碳浓度信息，并通过无线通信装置将二氧化碳浓度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的智能末端控制装置安装在被控建筑的每个房间的风机盘管处，并通过继电器与末端风机、末端电磁阀相连，所述智能末端控制装置接收前述智能信息管理中心下达的控制命令后，对被控建筑的每个房间的末端风机和末端电磁阀的运行状态进行控制；所述的无线通信装置，采用433MHZ的无线通信方式，包括中心通信装置、第一中继通信 装置、第二中继通信装置、普通通信装置，所述的中心通信装置放置在被控建筑的中央空调的监控室内，通过RS232串口线与前述的智能信息管理中心相连，前述的智能信息管理中心通过所述的中心通信装置组建一个基于433MHZ的无线网络，所述中心通信装置负责上传接收到的信息至前述智能信息管理中心、下达前述智能信息管理中心的控制命令到第一中继通信装置；所述的第一中继通信装置每隔七层放置一个，放置在对应楼层的楼梯间，其直接加入网络，负责转发普通通信装置和第二中继通信装置上传的信息、以及中心通信装置转发的控制命令；所述的第二中继通信装置放置在被控建筑的中央空调机组配置室内，通过所述第一中继通信装置加入网络，负责收集无线循环水温度监测装置和无线循环水流速监测装置所采集的中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的供、回水温度、水流速信息以及无线逻辑控制监测装置采集的信息，再将信息转发至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至无线逻辑控制监测装置；所述的普通通信装置放置在被控建筑的每个楼层的通道处，通过所述第一中继通信装置加入网络，负责收集该楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置和无线室内二氧化碳监测装置采集的温湿度及二氧化碳浓度信息，再将信息转发送至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至前述的智能末端控制装置；所述的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置，均具有无线通信功能，每个装置包括由相应的传感器和模数转换功能模块组成的传感模块、由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成的处理模块、无线通信模块以及电源管理模块，根据应用目的和使用环境的不同，配置相应的传感器而形成相应的监测装置，所述的处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其I/O口与传感模块连接、最后通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，所述的无线通信模块为市购的HAC‑LM系列的LM96C16S模块，装设在被控建筑内的每个楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置和智能末端控制装置，以同层的普通通信装置为中心，组成一个小型网络，同时通过同层的普通通信装置加入系统网络中，所述的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置负责周期性的监测房间环境信息；所述的无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置、无线逻辑控制监测装置通过前述的第二中继通信装置加入网络，无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置主要是周期性的监测空调设备的运行状态；所述的中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置、无线逻辑控制监测装置，均包括由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成的处理模块、无线通信模块、电源管理模块，所述的处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，所述的无线通信模块为市购的HAC‑LM系列的LM96C16S模块，中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置负责通信网络的扩展和信号放大，是网络管理的重要组成部分；所述的智能末端控制装置，由普通通信装置和末端控制面板改造组装而成，具有无线通 信功能，能够调控末端电磁阀的通断和风机的转速，实现独立房间空调末端的智能控制。