環(huán)境感應(yīng)智能空調(diào)窗戶結(jié)合系統(tǒng)

李小寧

摘 要：現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)不考慮外部環(huán)境，使用時(shí)常出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不關(guān)閉，未及時(shí)關(guān)窗導(dǎo)致冷氣散失等現(xiàn)象，由此將造成一定程度的能源浪費(fèi)。本作品可以通過(guò)分析室內(nèi)外的溫濕度、氣流和空氣質(zhì)量等情況，智能控制空調(diào)的工作模式以及窗戶的開(kāi)閉。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)；自動(dòng)控制模式；風(fēng)力感應(yīng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU831.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.123

1 整體設(shè)計(jì)

本作品主要由機(jī)械模塊、控制模塊2部分構(gòu)成。各模塊功能如下：①機(jī)械模塊主要由電機(jī)、絲杠、滑塊等組成，電動(dòng)控制窗戶的關(guān)閉及敞開(kāi)程度；②控制模塊主要由各類(lèi)傳感器、顯示屏及主控芯片組成，采集室內(nèi)外溫濕度、氣流、空氣質(zhì)量等信息，分析并輸出控制信號(hào)。

本系統(tǒng)工作時(shí)，控制模塊先通過(guò)傳感器采集各類(lèi)所需數(shù)據(jù)，通過(guò)一定的判斷算法確定窗戶的開(kāi)閉和空調(diào)工作模式的設(shè)置，驅(qū)動(dòng)機(jī)械模塊實(shí)現(xiàn)窗戶的運(yùn)動(dòng)，輸出電信號(hào)控制空調(diào)的工作。為了適應(yīng)個(gè)人習(xí)慣，窗戶可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制，也可以按動(dòng)切換按鈕使窗戶與滑塊脫開(kāi)，進(jìn)行自由推動(dòng)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1所示為機(jī)械結(jié)構(gòu)。

2.1 機(jī)械模塊

2.1.1 步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)有2種控制模式，即自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式。對(duì)于自動(dòng)控制模式而言，當(dāng)控制系統(tǒng)打開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試環(huán)境因素，步進(jìn)電機(jī)與控制系統(tǒng)連接，受其控制，經(jīng)感應(yīng)模塊測(cè)試室內(nèi)外溫度濕度風(fēng)力等環(huán)境因素后經(jīng)算法分析，得出窗戶的閉合度，作出一定方向的轉(zhuǎn)動(dòng)；而對(duì)于手動(dòng)控制模式而言，當(dāng)控制系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，通過(guò)電動(dòng)開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制窗戶的開(kāi)關(guān)度。

2.1.2 絲桿

絲桿將步進(jìn)電機(jī)與滑塊連接，將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為窗戶的橫向移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向決定滑塊移動(dòng)方向。

2.1.3 連接桿

滑塊分別處于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和窗戶上，通過(guò)連接桿連接。一般狀態(tài)下，連桿將滑塊連接，步進(jìn)電機(jī)控制窗戶的開(kāi)關(guān)度。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)或其他設(shè)備損壞，不能正常使用使用時(shí)，為了能保證窗戶的正常打開(kāi)，可通過(guò)連桿上的按鈕將兩滑塊分開(kāi)。

2.1.4 點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)

當(dāng)不需要智能控制窗戶開(kāi)關(guān)時(shí)，可通過(guò)電動(dòng)開(kāi)關(guān)決定窗戶的開(kāi)關(guān)度，每點(diǎn)一次窗戶，向相應(yīng)的方向移動(dòng)一定的距離。

2.2 室外感應(yīng)模塊

2.2.1 溫濕度感應(yīng)

室內(nèi)與室外溫度對(duì)比，設(shè)置一個(gè)溫濕度比較范圍。當(dāng)室內(nèi)外溫濕度差超過(guò)范圍時(shí)，根據(jù)智能判斷決定空調(diào)開(kāi)關(guān)情況。

2.2.2 風(fēng)力感應(yīng)

風(fēng)力感應(yīng)置于窗外。當(dāng)有向窗內(nèi)吹風(fēng)時(shí)，將測(cè)試出風(fēng)的大小，然后根據(jù)設(shè)置范圍，在規(guī)定范圍內(nèi)的風(fēng)力下決定開(kāi)窗大小。

3 控制模塊

如圖2所示，采用MCS-51單片機(jī)為控制系統(tǒng)核心，接收溫濕度風(fēng)力感應(yīng)模塊采集的戶外溫度風(fēng)力信號(hào)，室內(nèi)溫度信號(hào)和設(shè)定的空調(diào)溫度信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘和中斷處理，控制空調(diào)的開(kāi)關(guān)和窗戶的開(kāi)關(guān)大小。同時(shí)，也可根據(jù)需要手動(dòng)控制。

室外溫度感應(yīng)器測(cè)量室外溫度，將溫度信號(hào)傳給控制器與室內(nèi)溫度對(duì)比，分析溫度差。室外感應(yīng)器測(cè)試室外濕度風(fēng)力，綜合分析后決定空調(diào)與窗戶的開(kāi)關(guān)，將信號(hào)傳給步進(jìn)電機(jī)，控制開(kāi)窗大小。具體可分為以下幾種情況：①當(dāng)室外溫度高時(shí)，關(guān)閉窗戶，打開(kāi)空調(diào)，空調(diào)降溫，減少冷氣流失；②當(dāng)室外因天氣等原因溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)，關(guān)閉空調(diào)，根據(jù)天氣決定開(kāi)窗情況，利用環(huán)境溫度降溫；③當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度，室內(nèi)溫濕度與設(shè)定溫濕度在適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí)，關(guān)窗不開(kāi)空調(diào)；④當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度且低于設(shè)定溫度范圍時(shí)，關(guān)窗關(guān)閉空調(diào)，進(jìn)行室內(nèi)保溫；⑤當(dāng)室內(nèi)溫度低于室外溫度時(shí)，開(kāi)窗關(guān)閉空調(diào)，利用環(huán)境溫度升溫。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

本設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)：①智能控制空調(diào)的開(kāi)關(guān)，縮短空調(diào)的使用時(shí)間，減少不必要的浪費(fèi)；②空調(diào)與窗戶相結(jié)合，最大限度地利用自然通風(fēng)降溫，保證空氣質(zhì)量；③使空調(diào)啟動(dòng)次數(shù)減少，延長(zhǎng)了空調(diào)的使用壽命。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)有的空調(diào)溫控模式是不考慮外界溫度變化的，而窗戶可以作為一個(gè)室內(nèi)外溫度溝通的媒介，同時(shí)能起到通風(fēng)換氣的租用，以彌補(bǔ)空調(diào)調(diào)節(jié)容易造成的空氣濕度降低的問(wèn)題。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)算法中也考慮了室內(nèi)外濕度、氣流和空氣質(zhì)量等因素的影響，并設(shè)計(jì)相關(guān)的子算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)于空氣加濕器、空氣凈化器及新風(fēng)系統(tǒng)等其他電器的聯(lián)動(dòng)控制，體現(xiàn)了智能家居的設(shè)計(jì)思想。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕