基于Zigbee的智慧校園空調(diào)管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

劉侃

摘要

隨著學校發(fā)展，學校用電設備越來越多，管理難度越來越大，造成學校能源浪費嚴重；根據(jù)本校的實際情況和需求，本人基于Zigbee通訊技術(shù)和C#語言編程技術(shù)設計了一套智慧校園空調(diào)管理系統(tǒng)，文中介紹了該系統(tǒng)的工作原理與軟件編程的實現(xiàn)方法，經(jīng)實際測試，使用效果良好。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) Zigbee通訊技術(shù) 空調(diào)管理 能源管理 C#編程

1前言

隨著社會發(fā)展的生活條件改善，現(xiàn)在大部分學校己經(jīng)將空調(diào)作為提升學校辦學硬件實力的一部分，但數(shù)量眾多的空調(diào)設備卻是一個耗電大戶，如何能管理好這些用電巨頭，實現(xiàn)國家節(jié)能減排的號召，節(jié)省學校的開支，是當前學校在引入空調(diào)改造升級后遇到的一個大難題，當前比較常用的做法是為每個班級配一個遙控器，到上課時間才將總電源打開，這樣的方式主動權(quán)在學生手中，而且要每天安排專業(yè)去管理學校空調(diào)總電閘，采用斷電的方式控制空調(diào)，空調(diào)在運行的過程中不通過遙控關(guān)機而是通過斷電的方式控制很有可能對空調(diào)的使用壽命造成很大損害。如果能通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將這些設備統(tǒng)一管理起來，就可以很大程度上解決空調(diào)能源浪費的問題。

2系統(tǒng)工作模型設計

如圖1所示，智慧校園空調(diào)管理系統(tǒng)采用Zigbee通訊模塊進行互聯(lián)，通過電腦將指令發(fā)送到信號發(fā)射主機，并通過Zigbee中轉(zhuǎn)節(jié)點進行轉(zhuǎn)送，收到信號的終端連接的是定制空調(diào)紅外遙控器，遙控器根據(jù)接受的指令發(fā)送紅外信號，以達到全校空調(diào)設備統(tǒng)一控制的效果。

ZigBee通訊模塊遵循IEEE802.15.4的國際標準，運行在2.4GHZ的頻段，每個設備不但具備與網(wǎng)關(guān)通信功能，還具備無線信號中繼功能，與周邊模塊聯(lián)網(wǎng)，自動組建蜂窩結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡，保障網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，搜索設備延時僅為30ms；該模塊還具備雙向通信的能力，不僅能發(fā)送命令到設備，還能將設備的執(zhí)行狀態(tài)和

相關(guān)數(shù)據(jù)反饋回來，有利于在軟件上呈現(xiàn)系統(tǒng)運行狀況；本系統(tǒng)所使用的Zigbee模塊其單個傳輸距離超過100M，其網(wǎng)絡容量理論節(jié)點為65000個左右，而且采用了極低功耗設計，可以使用電池供電，理論上兩節(jié)電池能使用2年左右。

因此該系統(tǒng)非常適合在學校這種面積比較廣闊，而樓間間距比較大的單位，采用這種技術(shù)后不需要重新進行布線，具有方便、安全、可靠、拓展性好的特點。各部件硬件如圖2、圖3、圖4所示。

3上位機模塊實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)整體框架

智慧校園空調(diào)設備管理系統(tǒng)采用可視化窗口管理界面，管理對象比較統(tǒng)一，因此界面比較簡單。軟件主界面主要有四個菜單項，分別是：“系統(tǒng)設置”、“設備監(jiān)控”、“發(fā)送命令”、“關(guān)閉退出”，如圖5所示。

3.2“系統(tǒng)設置”功能

“系統(tǒng)設置”中有兩個菜單，分別是“串口配置”和“設備配置”。

3.2.1串口配置功能說明

在軟件工作之前必須先進行串口配置，由于系統(tǒng)的工作使用的是RS-485標準進行通訊，因此為了使通訊設備與計算機正常連接，需要事先設置串口參數(shù)，可通過“掃描”按鈕查找計算機中可用的串口，然后進行選擇，并將波特率設置為9600，再通過“保存串口參數(shù)”保存到數(shù)據(jù)庫中名為“串口參數(shù)表”的數(shù)據(jù)表里，下次啟動軟件時該項不需要再次進行設置。具體配置如圖6所示。

3.2.2設備配置功能說明

在“設備配置”菜單中，可以添加和刪除可控的空調(diào)設備，設備的編號是預先寫入到本系統(tǒng)的Zigbee通信模塊不但能進行信號發(fā)送，同時也能將各終端的情況返回，因此在本系統(tǒng)上能很好的進行顯示，點擊“設備監(jiān)控”按鈕，可對己添加的設備進行監(jiān)控和管理，系統(tǒng)每隔1分鐘與終端設備進行一次通訊，同步所有設備情況，設備用三種圖標分別表示“開機”、“關(guān)機”、“離線”三種狀態(tài)，紅色為開機狀態(tài)，灰色表示關(guān)機狀態(tài)，白色表示離線狀態(tài)，設備運行情況如圖8所示，單機主界面上的圖標還能詳細查看設備詳細信息，如圖9所示。

3.4發(fā)送指令功能展示

命令1設置當前發(fā)送命令優(yōu)先級別，當優(yōu)先級高的命令與優(yōu)先級中和低的命令存在沖突時，將按優(yōu)先級高的命令執(zhí)行，命令2設置開機時間，分別是“全天開機”、“全天關(guān)機”、“一個時段”、“兩個時段”、“三個時段”，時段是預先設置在代碼里的，例如“三個時段”對應著學校的上午、下午、晚上三個指定時間段自動開機和關(guān)機，分組號對應的是教室編號、設備對應的是設備的序號，當一個教室里有多臺設備時則下個教室的設備編號需要累加遞增，當分組號和設備號全部設置為f，即“ffff”時，代表著廣播，全部設備都接收本條指令，統(tǒng)一進行控制。具體界面如圖10所示。

該部分代碼為本系統(tǒng)的關(guān)鍵功性功能模塊，具體代碼實現(xiàn)如下：

3.4.1讀取對話框信息

將對話框中所有下拉列表的選中項全部讀取并轉(zhuǎn)換成相應指令格式，例如，對于“優(yōu)先級命令”項中所選取的指令需要轉(zhuǎn)換成下位機所預置的操作碼，代碼如下所示：

Stringcmd=this.comboBox5.SelectedItem.

ToString（）；

if（cmd="全體設備{this.textBoxl.Text="0x00"；}if（cmd="—組設備"）

{this.textBoxl.Text="0x01"；}

if（cmd="單個設備"）

{this.textBoxl.Text="0x02"；}

1“011（1="時間更新"）

{this.textBoxl.Text="0x04"；}

if（cmd="重設參數(shù)"）

{this.textBoxl.Text="Oxaa"；}

3.4.2發(fā)送指令

當所有的指令設置齊全并且完成相應操作碼的轉(zhuǎn)換后，點擊“發(fā)送指令”按鈕則應該發(fā)送相應命令，并使終端完成相應動作行為，具體實現(xiàn)代碼如下：

4系統(tǒng)情況評估與改進方向

本系統(tǒng)經(jīng)多次測試和改進后進入實際使用環(huán)節(jié)，可以完成全校空調(diào)統(tǒng)一控制的任務，并在完成統(tǒng)一控制后，通過教室中的控制模塊發(fā)送紅外干擾信號，杜絕一些在空調(diào)運行過程中一些惡意操控空調(diào)的行為；在安裝控制終端時要注意的是，由于紅外模塊功率不夠，需要比較靠近空調(diào)掛機才能有效控制教室中的空調(diào)，目前所設計的紅外信號終端模塊為“一控三”模式，即一個控制終端控制一個教室的三臺空調(diào)。

通過本系統(tǒng)的開發(fā)，本人對整個校園的能源管理有了一些新的認識和想法，未來該管理系統(tǒng)的改版方向是，將整個學校的電力系統(tǒng)實行智能管理，教室、辦公室、宿舍空調(diào)和照明燈根據(jù)課表、辦公時間以及季節(jié)天氣進行預設，當條件達到時便自動開啟，到指定時間可自動關(guān)閉，同時還可以設定高優(yōu)先級指令將原本指令覆蓋，優(yōu)先執(zhí)行，以滿足個別教室、宿舍等部分地方需要特殊性要求的場所的需要。

參考文獻

[1]Zigbee百度百科.https：//baike.baidu.com/item/zigbee/2114780？fr=aladdin.

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