王橋 姚茂明 陳健 劉鮮
摘 要 針對熱帶多數(shù)貧困地區(qū),因經(jīng)濟能力無法使用空調(diào)的問題,這款基于物聯(lián)網(wǎng)的智能生態(tài)空調(diào)可以滿足長期處于高溫地區(qū)且無經(jīng)濟能力使用空調(diào)的家庭納涼的需求。使用光敏傳感器及溫度傳感器檢測白晝狀態(tài)和溫度,自動調(diào)節(jié)取空調(diào)生態(tài)扇葉的制冷能力。可實現(xiàn)多處同時制冷,增強制冷效果。達到低功耗,低成本,生態(tài)環(huán)保的效果。
關(guān)鍵詞 智能;生態(tài)空調(diào);低成本;低功耗
引言
目前市面上的空調(diào)大多數(shù)均是由電能來供電,在非洲欠發(fā)達地區(qū)由于有高昂的電費需要支付,導(dǎo)致在炎熱的夏天許多貧困地區(qū)無法使用市面上的所有品牌和型號的空調(diào),容易使人們患上各種疾病甚至死亡。為了解決這個嚴(yán)峻的問題,研發(fā)一款價格低廉,無須額外提供供能源的空調(diào)顯得格外重要。本文提出一款基于物聯(lián)網(wǎng)的智能生態(tài)空調(diào),不僅低成本,而且生態(tài)環(huán)保。新時代,積極推進生態(tài)文明建設(shè),走綠色發(fā)展道路,使人民進一步增強獲得感、幸福感和安全感高溫天氣下,利用太陽能電池板接收能量并達到快速降溫,從而減輕經(jīng)濟負擔(dān),使人們快速達到一種舒適的狀態(tài)[1]。
原材料簡單,方便人們利用?;谖锫?lián)網(wǎng)的智能生態(tài)空調(diào)可用于炎熱的貧困地區(qū),實現(xiàn)顯著的降溫功能,達到低功耗,低成本,生態(tài)環(huán)保的效果。使貧困地區(qū)的人們能用得起空調(diào),享受炎熱天氣下智能生態(tài)空調(diào)給他們帶來的幸福感。
1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
生態(tài)空調(diào)簡圖如圖1所示,空調(diào)主要的進出風(fēng)結(jié)構(gòu)由1L可樂瓶瓶口組成3X3矩陣式進風(fēng)口,大口徑朝向窗外,小口徑朝向室內(nèi),同時在四個角處安裝風(fēng)扇葉,矩陣式進風(fēng)口四周邊安裝光伏板,為有效利用太陽能,設(shè)計了光伏電源存儲裝置及風(fēng)扇智能控制電路。
生態(tài)空調(diào)硬件框圖如圖2所示,光伏板收集太陽能通過充電保護電路將電能存儲于蓄電池中,利用穩(wěn)壓電路將蓄電池電壓降至各設(shè)備需要的電壓。光照傳感器檢測日照量,溫度傳感器檢測環(huán)境溫度,MCU根據(jù)環(huán)境溫度自適應(yīng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速[2]。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計
空調(diào)上電開始先對各項設(shè)備進行初始化,初始化結(jié)束后, 檢測環(huán)境光照球強度及環(huán)境溫度,以提供MCU做出控制空調(diào)做出決策。人體在環(huán)境溫度為24℃左右最為適宜,故根據(jù)傳感器檢測結(jié)果,MCU通過PID自適應(yīng)控制算法控制四個扇風(fēng)力強度和空氣對流原理對室內(nèi)進行降溫。顯示設(shè)備實時顯示當(dāng)前環(huán)境參數(shù)信息,以便進行人機交互。如圖3所示為生態(tài)空調(diào)的程序控制流程圖[3]。
由于溫度控制是非線性控制,故溫度的控制需采用閉環(huán)PID控制算法,使空調(diào)根據(jù)環(huán)境情況自適應(yīng)輸出PWM脈沖控制風(fēng)扇風(fēng)力。PID控制算法利用歷史偏差,當(dāng)前偏差和近期偏差結(jié)合比例常數(shù),積分常數(shù)微分常熟得到需要供給輸出單元的PWM。如圖4所示。
Ek:本次偏差,Ek-1上次的偏差值,Kp是比例常數(shù),其目的類似硬件上的放大器,用于將Sk放大或衰減;Kd是微分常數(shù),Ki積分常數(shù),Out0是一常數(shù),為了在歷史積分偏差值為0時確保 系統(tǒng)有一個輸出值,避免失控;得出的Out值為運算結(jié)果,利用 OUT可以去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)輸出 對應(yīng)的控制信號,溫度控制就可以控制 PWM 的寬度,控制風(fēng)扇風(fēng)力。實現(xiàn)生態(tài)空調(diào)快速降溫[4]。
3測試數(shù)據(jù)
在一天的時間內(nèi),濕度基本保持一致的情況下,通過用溫度傳感器檢測當(dāng)前環(huán)境的溫度,在生態(tài)空調(diào)運行的情況下,用溫度傳感器檢測出該設(shè)備室內(nèi)的溫度,根據(jù)前后溫差的比較,從而分析生態(tài)空調(diào)的降溫能力,重復(fù)進行多次試驗,從而證明生態(tài)空調(diào)降溫的穩(wěn)定性。
根據(jù)測試結(jié)果,該設(shè)備在溫度較高的時候降溫效果最為顯著,在短時間內(nèi)可達到快速降溫。因此該設(shè)備在非洲及其一些欠發(fā)達的國家可以廣為宣傳使用[5]。
4結(jié)束語
隨著全球氣溫的升高,空調(diào)在我們的生活當(dāng)中越來越重要。傳統(tǒng)空調(diào)的昂貴等諸多問題讓部分欠發(fā)達地區(qū)對其望而興嘆,因為生態(tài)空調(diào)應(yīng)運而生,它的低成本高效率可以讓絕大部分地區(qū)享受到有空調(diào)的待遇。它可以適應(yīng)大部分的環(huán)境。這款的智能生態(tài)空調(diào)不僅能實現(xiàn)快速降溫的效果,還能實現(xiàn)低成本,低功耗,生態(tài)環(huán)保的目的。
參考文獻
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