基于云端的新型节能型空调

学术论文 2018-03-08 09:37:46
    1 項目背景
    随着物质生活水平的提高,人们愈发地重视家居的空气环境。家用空气调节器市场逐渐形成了由调控温度的空调器、调控湿度的加湿器以及换风改善空气质量的新风系统构成的三大块。然而设备的单独购置、装配和独立运行意味着制作、消费成本的增加以及功耗的相互折损,不符于当下的精简家居、节能减排的理念。
    2 项目功能
    (1)本项目设计了一款具有加湿、新风功能的家用空气调节一体机装置,集现有空调、加湿器、新风系统三种电器功能为一体,在不降低用户体验的条件下实现耗材节省、精简家居。并在使用过程中,通过联合运行、相互反馈,实现水资源的回收、能量的多级利用,最终达到节能减排、精简家居的目的。
    (2)空调以stm32为总控制器,通过多个数据传感器获得空气数据,空调根据温湿度的大小,自动调节加湿加热。空调可将空调的运行状态和空气数据上传至云端,实现云端数据监控,云端将数据下发到手机APP,从而用户可以随时随地掌握家庭室内的状况,并通过APP远程控制空调阀门进行相应的加湿加热,开启新风等动作。用户在室外也可使用红外遥控控制空调。从而实现任何网络,任何时刻,任意地点对空调运行状态与数据进行查看和远程控制。
    3 各模块的具体运作方式
    (1)加湿功能:由于空调在制冷状态下会产生冷凝水并排出,这一过程造成了室内湿度的下降和冷量的流失,也是一种水资源的浪费,为此我们将加湿组件精简内置于空调中,通收集空调产生的冷凝水,为加湿器提供加湿用水。实现水资源的回收利用。如图1加湿组件所示。
    (2)改良导风板:将加湿器置入空调机腔内部,加湿器产生的湿气若在机腔中与空气混合势必会对空调内部的各部元器件造成隐患且在蒸发器上遇冷再次液化,因此我们设计了一款改良导风板,如上图所示,将导风板略增厚继而镂空,外缘设置出湿口。湿气产生后通过封闭管道经改良导风板直接排往机腔之外,低成本地解决了上述问题。
    (3)新风模块:传统的空调机只是独立的室内气体的循环,为了保证新风的及时补入,同时保证补入的新风质量,因此大多数家庭选择购置新风系统。以双贯流式新风系统为例,需要两个风机分别负责室外风的鼓入和室内风的抽出。而我们现有的空调器的室内贯流式风机和室外离心式风机刚好可以担当此职能,两者独立购置显然是设备的赘余且运行时意味着更多的能耗。为此,我们在空调器上附加新风模块如图2所示。
    (4)总控制器:我们采用stm32f103c8t6作为空调的总控制器,此mcu具有64K的fLASH,多达7个定时器,多达2个SPI接口(18M位/秒),支持的外设:定时器、ADC、SPI、I2C和USART,多达80个快速I/O端口。其丰富的资源适合用来连接和控制更多的外设。
    (5)云端连接:我们采用安信可的ESP8266模块,通过机智云云平台实现云端控制,将机智云的固件库烧入ESP8266模块中,在原程序中加入云平台的通信协议,并在协议与源功能程序的接口处添加云控制的动作程序,通过串口将数据和控制发送至ESP8266,WIFI路由器为中转,实现云与单片机的数据互传。
    (6)云平台APP控制:在开发好的原java框架添加可视化的图形与数据控件,并编写控件对应的功能程序,然后将这些程序与机智云协议接口连接,生成安装文件,手机安装后,先通过在同一网络环境下实现ES8266设备与手机APP的配对,目的是告诉设备所连接的WIFI的密码账号,由此,以后就不需要再进行配对了。从而实现云平台和APP的数据透传,以云平台为中转,实现APP和单片机之间的相互通信。
    (7)OLED显示:采用4线SPI控制方式的OLED,通过字模软件得到要显示的汉字与数字的字码,利用模拟SPI通信将字码传入OLED的显示寄存器,达到显示空调的运行参数和状态的功能。
    (8)温湿度检测:温湿度检测一体化的模块,无需adc量化分析,自动依次输出8位的温度与湿度的数据,通过进制转换得到环境温湿度值。
其硬件连接图如图3:
    (9)红外控制:红外信号采用NEC协议,载波频率为38kHz;具有8位地址和8位指令长度。先将特定的键值码输入遥控器的键值编码寄存器,红外遥控通过发送不同占空比的方波信号区分键值码。用定时器判断红外接收头解码后红外信号的占空比,从而识别不同的控制信号,并产生不同的动作。
红外解码器的电路结构如图4:
    (10)舵机的控制:舵机由内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动,其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。当电位器转角线性地转化为电压并反馈给控制电路时,控制电路反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较,产生纠正脉冲,控制并驱动直流电机正向或反向转动。本设计中的舵机连接新风阀门,可随时转动舵机来控制新风阀门的开闭,进而达到通风、不通风的目的。
    4 结束语
    本项目通过利用云端,stm32及导风板的改造达到新型的具有加湿、新风功能的节能型空调的节能目的。但仍然存在不足,例如成本大、后期难维护等问题,通过后期改进能达到更好的效果。
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[责任编辑:花间一壶酒]