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基于物联网的智能生态空调概述

2020-10-20王桥姚茂明陈健刘鲜

科学与信息化 2020年17期
关键词:低成本低功耗智能

王桥 姚茂明 陈健 刘鲜

摘 要 针对热带多数贫困地区,因经济能力无法使用空调的问题,这款基于物联网的智能生态空调可以满足长期处于高温地区且无经济能力使用空调的家庭纳凉的需求。使用光敏传感器及温度传感器检测白昼状态和温度,自动调节取空调生态扇叶的制冷能力。可实现多处同时制冷,增强制冷效果。达到低功耗,低成本,生态环保的效果。

关键词 智能;生态空调;低成本;低功耗

引言

目前市面上的空调大多数均是由电能来供电,在非洲欠发达地区由于有高昂的电费需要支付,导致在炎热的夏天许多贫困地区无法使用市面上的所有品牌和型号的空调,容易使人们患上各种疾病甚至死亡。为了解决这个严峻的问题,研发一款价格低廉,无须额外提供供能源的空调显得格外重要。本文提出一款基于物联网的智能生态空调,不仅低成本,而且生态环保。新时代,积极推进生态文明建设,走绿色发展道路,使人民进一步增强获得感、幸福感和安全感高温天气下,利用太阳能电池板接收能量并达到快速降温,从而减轻经济负担,使人们快速达到一种舒适的状态[1]。

原材料简单,方便人们利用。基于物联网的智能生态空调可用于炎热的贫困地区,实现显著的降温功能,达到低功耗,低成本,生态环保的效果。使贫困地区的人们能用得起空调,享受炎热天气下智能生态空调给他们带来的幸福感。

1系统硬件结构设计

生态空调简图如图1所示,空调主要的进出风结构由1L可乐瓶瓶口组成3X3矩阵式进风口,大口径朝向窗外,小口径朝向室内,同时在四个角处安装风扇叶,矩阵式进风口四周边安装光伏板,为有效利用太阳能,设计了光伏电源存储装置及风扇智能控制电路。

生态空调硬件框图如图2所示,光伏板收集太阳能通过充电保护电路将电能存储于蓄电池中,利用稳压电路将蓄电池电压降至各设备需要的电压。光照传感器检测日照量,温度传感器检测环境温度,MCU根据环境温度自适应调节风扇转速[2]。

2系统软件设计

空调上电开始先对各项设备进行初始化,初始化结束后, 检测环境光照球强度及环境温度,以提供MCU做出控制空调做出决策。人体在环境温度为24℃左右最为适宜,故根据传感器检测结果,MCU通过PID自适应控制算法控制四个扇风力强度和空气对流原理对室内进行降温。显示设备实时显示当前环境参数信息,以便进行人机交互。如图3所示为生态空调的程序控制流程图[3]。

由于温度控制是非线性控制,故温度的控制需采用闭环PID控制算法,使空调根据环境情况自适应输出PWM脉冲控制风扇风力。PID控制算法利用历史偏差,当前偏差和近期偏差结合比例常数,积分常数微分常熟得到需要供给输出单元的PWM。如图4所示。

Ek:本次偏差,Ek-1上次的偏差值,Kp是比例常数,其目的类似硬件上的放大器,用于将Sk放大或衰减;Kd是微分常数,Ki积分常数,Out0是一常数,为了在历史积分偏差值为0时确保 系统有一个输出值,避免失控;得出的Out值为运算结果,利用 OUT可以去驱动执行机构输出 对应的控制信号,温度控制就可以控制 PWM 的宽度,控制风扇风力。实现生态空调快速降温[4]。

3测试数据

在一天的时间内,湿度基本保持一致的情况下,通过用温度传感器检测当前环境的温度,在生态空调运行的情况下,用温度传感器检测出该设备室内的温度,根据前后温差的比较,从而分析生态空调的降温能力,重复进行多次试验,从而证明生态空调降温的稳定性。

根据测试结果,该设备在温度较高的时候降温效果最为显著,在短时间内可达到快速降温。因此该设备在非洲及其一些欠发达的国家可以广为宣传使用[5]。

4结束语

随着全球气温的升高,空调在我们的生活当中越来越重要。传统空调的昂贵等诸多问题让部分欠发达地区对其望而兴叹,因为生态空调应运而生,它的低成本高效率可以让绝大部分地区享受到有空调的待遇。它可以适应大部分的环境。这款的智能生态空调不仅能实现快速降温的效果,还能实现低成本,低功耗,生态环保的目的。

参考文献

[1] 郑弘韬,崔俪娜,杨利芳.智能生态空调的概念设计[J].工业设计,2017(3):63-64.

[2] 李迩.智能家居概念该降降温了[N].深圳商报,2015-04-03(A02).

[3] 丁少将.打造物联网时代生态品牌[J].现代企业文化(上旬),2018 (8):34-35.

[4] 郑茂宽.智能产品服务生态系统理论与方法研究[D].上海:上海交通大学,2018.

[5] 賈超,蔡杰,熊朝晖.不同传热方式下温度传感器动态特性研究[J].计量学报,2020,41(5):563-566.

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