物联网环境下家庭节能控制装置研究与实现

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随着经济的发展和人们生活水平的提高,越来越多的家电涌入人们的生活,随之而来的是家庭能源消耗的日趋增加,家庭用能浪费也愈加严重。在能源形势如此紧张的当前,如何最大限度的减少能源浪费已成为一个亟待解决的关键问题。随着物联网技术的兴起,将其应用于建筑领域已是大势所趋,建筑设备物联网的概念也应运而生,对于合理控制家庭用能设备的开关、实现家庭用能节能具有重要意义,但当前的节能控制器大都存在控制方式单一或易出现误判断等不足。基于此,本文进行了如下研究:首先,论文对建筑设备物联网及其架构进行了简要介绍,阐述了系统的相关组成部分,深入分析涉及到的关键技术,即:人员存在判断、电流检测与数据处理、无线通信、模糊PID控制技术等。综合运用人员判断和电流检测技术是离家模式控制器的设计核心,是实现用电回路合理通断的关键技术;模糊PID控制技术用以实现室温控制的;无线通信部分的设计是为实现离家模式控制器和室温控制器与家庭智能终端进行信息交互;其次,针对家庭用电设备待机功耗越来越大的情形,提出了能判断设备是否处于待机状态及是否可对其断电的判断方法,并设计开发了离家模式控制器。控制器采用STM32F103xx作为微处理器,设计有人员检测模块、电流检测与信号调理模块和无线通信模块及相关扩展功能硬件电路。通过相关软件设计,实现了离家模式控制器工作模式选择、人员存在判断、回路电流值采集与处理、电流门槛值调节及控制器与智能终端之间的CC1100无线通信等功能;再次,针对家庭供暖分户计量的现状,本文设计开发了一款基于模糊PID控制的家庭室温控制器,通过控制供热阀门开闭实现室内温度控制。微处理器仍然采用STM32F103xx,硬件电路主要包括温度采集、温度调节、液晶显示、控制器手/自动运行及扩展功能电路。软件设计主要有温度传感器数据处理、温度设定值调节、模糊PID算法分析、参数整定与控制;最后,开发完成了以上两种装置与建筑设备物联网系统的接口及无线数据通讯协议,用户可通过远程终端对其进行状态监测与控制,并通过实际测试验证了其有效性。测试和运行结果表明本文所设计家庭节能控制装置工作稳定、可靠性高,具有推广的意义和价值。
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