王琮澤 梁鵬 杜立劍 張會娟 禹天鳳

【摘要】中央空調系統(tǒng)是全國通用的耗電量較大的設備，在國民經濟的各部門及各種生活設施中，中央空調系統(tǒng)的總耗電量為智能樓宇能耗的40%以上，且有可觀的節(jié)電潛力。為了實現(xiàn)中央空調節(jié)能的目的，本研究設計了一種基于Zigbee無線通信技術的中央空調節(jié)能控制方案，系統(tǒng)的傳感器終瑞節(jié)點采用TI的無線射頻芯片CC2530，路由器節(jié)點主控制芯片選用低功耗的MCU MSP430F435。通過Zigbee無線通訊技術在線監(jiān)測智能樓宇內的溫濕度等環(huán)境參數(shù)，對采集的數(shù)據(jù)參數(shù)分析后，實現(xiàn)對循環(huán)機（雙功率電動機）的在線管控和設備管理等功能，以此控制智能樓宇內的中央空調系統(tǒng)，來達到節(jié)能的目的。

【關鍵詞】中央空調節(jié)能智能控制風機盤管Zigbee

一、系統(tǒng)設計

1、系統(tǒng)結構設計

中央空調監(jiān)控從體系結構由上至下分為三層，現(xiàn)場監(jiān)控層、傳輸層和管理層，每一層完成特定任務，并根據(jù)上層需要為其提供服務，使其達到運行穩(wěn)定，功能完善，節(jié)能顯著等特點。

（1）現(xiàn)場監(jiān)控層：

把末端溫控器節(jié)點（zigbee通信模塊）安裝在智能樓宇的各個區(qū)域內，通信模塊采集室溫變化、雙功率電動機運行情況以及風機的運行等信息，并把信息反饋到智能樓宇的監(jiān)控室，方便實時掌握動態(tài)信息，為了適應人體的需要，降低系統(tǒng)的功率損耗，順應智能化的發(fā)展，溫控器可以接受遠程控制對室內溫度進行調節(jié)。

（2）傳輸層：

接收來自現(xiàn)場控制層和管理層的數(shù)據(jù)信息，并做出相應的處理，起連接作用。根據(jù)各節(jié)點之間的聯(lián)系，建立zigbee網絡，接收各個節(jié)點的信息，以RS232方式傳輸給各區(qū)域網絡，進而將信息傳遞到智能樓宇監(jiān)控室，各個區(qū)域網絡獨立互不干擾。

（3）管理層：

即智能樓宇監(jiān)控中心，通過接受現(xiàn)場控制層傳輸層傳遞的動態(tài)信息，建立動態(tài)系統(tǒng)，對各個時刻的數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計并存儲方便做出決策判斷

2、系統(tǒng)軟件設計

通過Zigbee無線通信技術，中央空調末端智能溫控器可以與智能樓宇控制中心進行數(shù)據(jù)交互，能夠根據(jù)實時環(huán)境參數(shù)對循環(huán)機（泵）及時的進行智能化控制，改變風機盤管的工作運行指標。這種在線聯(lián)絡的系統(tǒng)結構使本地用戶可以更方便的對中央空調系統(tǒng)進行節(jié)能管理。CC2530是德州儀器公司開發(fā)的一款ZigBee片上系統(tǒng)（Soc）芯片，集成有8051內核、RF射頻模塊和串口等外設。以CC2530為硬件支持，CC2591為前端功率放大，結合業(yè)界領先的ZigBee協(xié)議棧Z-StackTM，通過操作系統(tǒng)抽象層（OSAL）進行任務調度，完成系統(tǒng)ZigBee網絡的開發(fā)。

3、系統(tǒng)硬件設計

（1）節(jié)點設計

該控制系統(tǒng)包括末端溫控器節(jié)點、路由器節(jié)點和控制中心。末端溫控器節(jié)點作為單個無線節(jié)點，分別安裝在智能樓宇的不同位置，得到相應的數(shù)據(jù)信息。然后再通過Zigbee無線傳輸網絡把得到的信號傳輸給相應的路由器節(jié)點。路由器節(jié)點接收到數(shù)據(jù)并存儲在存儲器中，最后通過因特網傳到控制中心?？刂浦行母鶕?jù)得到的數(shù)據(jù)進行分析，對循環(huán)機（雙功率電動機）做出合理的功率轉換來實現(xiàn)節(jié)能的效果。

1）末端溫控器節(jié)點

末端溫控器節(jié)點安裝在智能樓宇的各個區(qū)域，它的主要功能是實時采集智能樓宇內的不同區(qū)域的溫濕度信息，并通過Zigbee無線通信網絡傳輸?shù)较鄳穆酚善鞴?jié)點。

2）和路由器節(jié)點設計

路由器節(jié)點主要功能是接收各個末端溫控器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，并存儲在存儲器中。將一定時間和區(qū)域內的數(shù)據(jù)通過因特網傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

（2）雙功率高效節(jié)能電動機

跟據(jù)負載變化自動改變輸出功率的雙功率節(jié)能電動機。即利用負載檢測器在線監(jiān)測負載功率的大小，當該功率大于某一設定值時可通過接觸器自動將三相繞組連接成三角形，輸出較大的功率；而當負載功率小于某一設定值時，將三相繞組轉換為延邊三角形，電動機輸出較小的功率。實現(xiàn)了兩種功率的自動轉換，節(jié)約了電能。

二、實驗測試

為了驗證系統(tǒng)的可行性和可靠性，采用1個協(xié)調器節(jié)點、1個路由節(jié)點、5個終端節(jié)點（溫控器），組成1個Zigbee區(qū)域網絡。每個終端節(jié)點掛有溫度傳感器和風機盤管電動閥，相距（5～10）m，中間有墻體阻擋，進行實驗測試，測試結果如圖1所示。根據(jù)實驗結果，智能樓宇監(jiān)控中心能夠接收到末端溫控器自動上傳的房間內溫濕度等信息，查詢末端溫控器的運行參數(shù)，對其遠程控制時間延遲少于1 s，實測證明該系統(tǒng)ZigBee網絡能夠穩(wěn)定運行。

結束語

隨著科技的發(fā)展，智能樓宇建筑已是大勢所趨，在智能樓宇節(jié)能系統(tǒng)中中央空調系統(tǒng)的節(jié)能成為整個系統(tǒng)節(jié)能的關鍵，該課題通過建立Zigbee無線組網，采集各個區(qū)域的溫、濕度的數(shù)據(jù)信息來實現(xiàn)選程控制，以達到優(yōu)化中央空調系統(tǒng)的目的，該課題結合Zigbee技術實現(xiàn)對末端溫控器的實時在線監(jiān)控，通過改變雙功率電動機的功率來實現(xiàn)節(jié)能的目的。

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