基于Zigbee的智慧校园空调管理系统设计与实现

刘侃

摘要

随着学校发展，学校用电设备越来越多，管理难度越来越大，造成学校能源浪费严重；根据本校的实际情况和需求，本人基于Zigbee通讯技术和C#语言编程技术设计了一套智慧校园空调管理系统，文中介绍了该系统的工作原理与软件编程的实现方法，经实际测试，使用效果良好。

【关键词】物联网技术 Zigbee通讯技术 空调管理 能源管理 C#编程

1前言

随着社会发展的生活条件改善，现在大部分学校己经将空调作为提升学校办学硬件实力的一部分，但数量众多的空调设备却是一个耗电大户，如何能管理好这些用电巨头，实现国家节能减排的号召，节省学校的开支，是当前学校在引入空调改造升级后遇到的一个大难题，当前比较常用的做法是为每个班级配一个遥控器，到上课时间才将总电源打开，这样的方式主动权在学生手中，而且要每天安排专业去管理学校空调总电闸，采用断电的方式控制空调，空调在运行的过程中不通过遥控关机而是通过断电的方式控制很有可能对空调的使用寿命造成很大损害。如果能通过物联网技术将这些设备统一管理起来，就可以很大程度上解决空调能源浪费的问题。

2系统工作模型设计

如图1所示，智慧校园空调管理系统采用Zigbee通讯模块进行互联，通过电脑将指令发送到信号发射主机，并通过Zigbee中转节点进行转送，收到信号的终端连接的是定制空调红外遥控器，遥控器根据接受的指令发送红外信号，以达到全校空调设备统一控制的效果。

ZigBee通讯模块遵循IEEE802.15.4的国际标准，运行在2.4GHZ的频段，每个设备不但具备与网关通信功能，还具备无线信号中继功能，与周边模块联网，自动组建蜂窝结构网络，保障网络的稳定性，搜索设备延时仅为30ms；该模块还具备双向通信的能力，不仅能发送命令到设备，还能将设备的执行状态和

相关数据反馈回来，有利于在软件上呈现系统运行状况；本系统所使用的Zigbee模块其单个传输距离超过100M，其网络容量理论节点为65000个左右，而且采用了极低功耗设计，可以使用电池供电，理论上两节电池能使用2年左右。

因此该系统非常适合在学校这种面积比较广阔，而楼间间距比较大的单位，采用这种技术后不需要重新进行布线，具有方便、安全、可靠、拓展性好的特点。各部件硬件如图2、图3、图4所示。

3上位机模块实现

3.1系统整体框架

智慧校园空调设备管理系统采用可视化窗口管理界面，管理对象比较统一，因此界面比较简单。软件主界面主要有四个菜单项，分别是：“系统设置”、“设备监控”、“发送命令”、“关闭退出”，如图5所示。

3.2“系统设置”功能

“系统设置”中有两个菜单，分别是“串口配置”和“设备配置”。

3.2.1串口配置功能说明

在软件工作之前必须先进行串口配置，由于系统的工作使用的是RS-485标准进行通讯，因此为了使通讯设备与计算机正常连接，需要事先设置串口参数，可通过“扫描”按钮查找计算机中可用的串口，然后进行选择，并将波特率设置为9600，再通过“保存串口参数”保存到数据库中名为“串口参数表”的数据表里，下次启动软件时该项不需要再次进行设置。具体配置如图6所示。

3.2.2设备配置功能说明

在“设备配置”菜单中，可以添加和删除可控的空调设备，设备的编号是预先写入到本系统的Zigbee通信模块不但能进行信号发送，同时也能将各终端的情况返回，因此在本系统上能很好的进行显示，点击“设备监控”按钮，可对己添加的设备进行监控和管理，系统每隔1分钟与终端设备进行一次通讯，同步所有设备情况，设备用三种图标分别表示“开机”、“关机”、“离线”三种状态，红色为开机状态，灰色表示关机状态，白色表示离线状态，设备运行情况如图8所示，单机主界面上的图标还能详细查看设备详细信息，如图9所示。

3.4发送指令功能展示

命令1设置当前发送命令优先级别，当优先级高的命令与优先级中和低的命令存在冲突时，将按优先级高的命令执行，命令2设置开机时间，分别是“全天开机”、“全天关机”、“一个时段”、“两个时段”、“三个时段”，时段是预先设置在代码里的，例如“三个时段”对应着学校的上午、下午、晚上三个指定时间段自动开机和关机，分组号对应的是教室编号、设备对应的是设备的序号，当一个教室里有多台设备时则下个教室的设备编号需要累加递增，当分组号和设备号全部设置为f，即“ffff”时，代表着广播，全部设备都接收本条指令，统一进行控制。具体界面如图10所示。

该部分代码为本系统的关键功性功能模块，具体代码实现如下：

3.4.1读取对话框信息

将对话框中所有下拉列表的选中项全部读取并转换成相应指令格式，例如，对于“优先级命令”项中所选取的指令需要转换成下位机所预置的操作码，代码如下所示：

Stringcmd=this.comboBox5.SelectedItem.

ToString（）；

if（cmd="全体设备{this.textBoxl.Text="0x00"；}if（cmd="—组设备"）

{this.textBoxl.Text="0x01"；}

if（cmd="单个设备"）

{this.textBoxl.Text="0x02"；}

1“011（1="时间更新"）

{this.textBoxl.Text="0x04"；}

if（cmd="重设参数"）

{this.textBoxl.Text="Oxaa"；}

3.4.2发送指令

当所有的指令设置齐全并且完成相应操作码的转换后，点击“发送指令”按钮则应该发送相应命令，并使终端完成相应动作行为，具体实现代码如下：

4系统情况评估与改进方向

本系统经多次测试和改进后进入实际使用环节，可以完成全校空调统一控制的任务，并在完成统一控制后，通过教室中的控制模块发送红外干扰信号，杜绝一些在空调运行过程中一些恶意操控空调的行为；在安装控制终端时要注意的是，由于红外模块功率不够，需要比较靠近空调挂机才能有效控制教室中的空调，目前所设计的红外信号终端模块为“一控三”模式，即一个控制终端控制一个教室的三台空调。

通过本系统的开发，本人对整个校园的能源管理有了一些新的认识和想法，未来该管理系统的改版方向是，将整个学校的电力系统实行智能管理，教室、办公室、宿舍空调和照明灯根据课表、办公时间以及季节天气进行预设，当条件达到时便自动开启，到指定时间可自动关闭，同时还可以设定高优先级指令将原本指令覆盖，优先执行，以满足个别教室、宿舍等部分地方需要特殊性要求的場所的需要。

参考文献

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

[2]谢小康，张靖.基于Zigbee技术的智能家居系统设计[J].物联网技术，2016，6（10）：69-72.

[3]姜宁.基于Zigbee的高效智能家居实训室建设[J].物联网技术，2017，7（07）：115-116.endprint