樓宇節能控制系統的設計與集成

劉艷玲　戰京良

摘 要隨著我國城市化進程的發展，我國的建筑工程項目也在逐漸增多，而建筑的高能耗對我國的環境造成的影響也在逐漸增加，本文對物聯網技術在樓宇節能控制系統的設計和集成進行了簡單的介紹。對于物聯網技術，其是一種嵌入式樓宇節能控制系統，該系統主要采用了STC89C52芯片聯合熱釋電紅外微波雙鑒傳感器等來對樓宇內的各中功能進行控制，降低樓宇使用過程中能源消耗，根據相關研究和測試，發現多媒體教室中的年電耗量降低了45.4%左右，效果非常明顯。

【關鍵詞】物聯網 多傳感器 節能 智能建筑 嵌入式系統

城市化進程的加快導致城市建筑物數量迅速增加，這對城市能源的消耗是一個非常大的負擔，而城市建設過程中的能源消耗也是當前我國城市發展的重要限制之一，在本文中介紹了當前我國樓宇節能控制系統中的物聯網技術，其通過對樓宇的智能化控制，大大減少了建筑使用過程中的能源消耗，本文對其設計和集成進行了簡單的分析。

1 研究背景分析研究

1.1 物聯網簡介

伴隨著計算機技術的快速發展，物聯網技術逐漸成為我國的新興戰略性產業，對我國的經濟發展具有非常重要的作用。對于智能建筑物，其是物聯網中的重要組成部分，對我國的經濟發展具有非常大的促進作用。而在智能建筑發展的過程中，物聯網技術為其提供了充足的技術支持，且實現了智能建筑的智能化，為建筑節能的發展尋找到了一條新的發展線路。

對于物聯網技術，其指的是通過互聯網的控制系統對于互聯網連接的各種物品的功能進行控制，這一系統實現了人類社會和物力系統的綜合性發展。當前的物聯網應用技術主要分為五個層次，分別是感知控制層和服務管理層等，不同的層次對應的功能具有較大的區別。

1.2 物聯網和智能節能建筑

我國的建筑耗能是當前我國能耗中的重要組成，占據了我國總耗能的一大部分，在這種形式下，我國每一棟建筑物的增加，都會對我國的能源消耗造成較大的影響。根據相關研究，我國的建筑能耗是同緯度國家的三倍左右，其中的通風和空調占據了將近一半多的能源損耗，其他的照明和電梯耗能則占據了24%左右，隨著我國能源的不斷損耗，各種環境污染問題也逐漸凸顯出來，這對我國的經濟發展造成了嚴重的影響，為了提高人們的生活水平，降低我國的建筑能耗，我國逐漸從兩個方面加強建筑的節能，首先是建筑的設計，另一個則是建筑的智能化控制系統。對于建筑的設計和節能，包括建筑物的整體結構和室內環境等，而智能建筑中，則是通過自動化管理技術來對建筑物內的照明和空調等進行控制，實現建筑的智能化建設，降低建筑物的能耗。

在智能建筑的控制系統中，其將物聯網的傳感技術以及嵌入式控制系統進行了有效的結合，從而對人們的生活質量進行保證。伴隨著我國經濟的快速發展，智能化建筑節能系統將會逐漸向著節能和舒適方向發展。

2 嵌入式樓宇節能系統的設計

為了提高人們的生活水平，同時降低樓宇使用過程中的能源損耗，在樓宇控制自動化設計的基礎上設計了一套基于物聯網傳感技術和嵌入式控制系統的新型智能控制系統，其中的熱釋電紅外微波雙鑒人體感應器結合光敏電阻一同安裝在室內的每一個燈旁邊，而在窗簾的控制位置，則需要在外面安裝光敏電阻，此外還有室內外的溫度傳感器，通過這三種設計能夠實現對照明和空調以及窗簾等的智能控制，根據相關數據計算可以得到，通過這三種智能系統的應用，能夠節省電量大約為45.4%，此外，該系統在應用的過程中還能夠同其他的控制系統進行有效的結合，從而實現用戶的舒適度的提高。

2.1 照明和窗簾的光控系統

對于室內的照明，通過嵌入式控制系統能夠根據室內的人流量和時間等實現室內照明的控制，然后結合預設值控制系統實現對室內關照強度的控制，這種控制系統實現了室內光照的智能控制，滿足了人們的生活需要，且在無人時能夠實現對照明的開關，降低了室內照明的電能損耗。而對于熱釋電紅外微波雙鑒傳感器，其能更高對一定范圍內是否有人進行準確的檢測，若在該范圍內出現了人，智能控制系統則會通過信號的傳輸來對燈進行控制。而其中的光敏電阻則對室內的光強進行檢測，減少光照電能的浪費。另外，對于每一個燈都具有一個智能控制系統，通過該系統能夠實現每個照明燈的單獨工作，從而盡量減少電能的浪費。

窗簾控制系統則是通過對室外的光照強度和溫度反應對窗簾進行控制，當室外的溫度較高，且室外的光照強度超過了某一數值時才會對窗簾進行關閉操作，而當光照強度低于該數值時會控制窗簾打開，通過這種智能控制系統減少了室內設備的老化。而為了保證用戶的正常使用，在該系統中hi存在一個實體按鍵，其能夠將窗簾設置成投影模式，實現用戶的投影體驗。

2.2 空調和風扇溫控系統的設計

對于空調中的變風量控制系統，其在前期的投入是較多的，但隨著使用時間的增長，節省的能量將會遠遠少于前期的投入，且該系統的控制使空調的損傷大大減少，并保證了人們的舒適度體驗。對于一個單獨的房間，其溫度相差1℃的話對能耗的影響是很小，且人體也不會產生較大的不適感，但在全部房間內的控制則會節約大量的能耗，氣溫上升1℃往往節約能量大約15%到20%。對于智能控制系統的節能設計，其是綜合性的能源節省，實現投入和產出的最大比例。在空調的控制系統中，存在一個溫度傳感器，其能夠對室內外的溫度進行自動檢測，從而滿足不同季節的空調使用。另外，結合空調控制系統上的紅外微波雙鑒傳感器能夠對有人和無人時的空調狀態進行控制，而室內人員的分布也會使空調的風向和風俗產生影響，通過這種設計使室內的溫度控制在一個舒適的范圍內，保證用戶的良好體驗。而在室內人員離開之后，空調的智能控制系統會延長一段時間關閉，這是為了防止空調的頻繁開關對其造成損傷和浪費電能。

而雙鑒傳感器通過對人的分布和數量進行分析，實現對風扇的方向和風俗控制，當室內外溫度符合條件時能夠實現對空調和風扇的智能化控制。

2.3 防盜防火安保系統

對于樓宇的防火功能，其一直保持在工作狀態，當樓宇內的溫度超過50℃時，防火系統能夠自動連接預警中心進行預警，然后對樓宇內的蜂鳴器進行控制，提醒樓宇內的工作人員進行火災的防范和控制。對于防盜模式，其是通過一個按鍵來進行控制的，當進入防盜模式之后，嵌入式控制系統中的紅外監測系統能夠對室內是否有人進行準確的檢測，若發現存在人員則通過報警系統進行報警操作，而通訊總線則是同電話線進行連接，這樣能夠減少報警過程中產生的能源損失。

2.4 軟件控制系統設計

在本次研究中，控制系統采用的是STC89C52單片機，其能夠對整個系統的運行提供有效的邏輯運算，同時也是系統穩定運行的根本。在該系統中，單片機的主要作用是對信號進行接收和處理，然后將對應的指令發出，因此，在對軟件進行控制時需要保證其信號的采集和輸出穩定，常見的軟件采用的是模塊化方案，這樣能夠保證軟件各個部分之間的功能不會出現混亂，保證軟件控制的穩定性。

3 總結

隨著我國經濟的發展，我國對環境的保護力度也在逐漸增加，出臺了一系列的環境保護措施，并大力發展低能耗產品和設備，實現所有人的節能觀念更新。而同人們生活緊密相連的建筑物，其更是這次變革的重要內容，各種建筑節能控制產品逐漸進入到人們的生活，且受到用戶和政府的大力歡迎，本文中的物聯網技術是樓宇節能控制系統中的一種，能夠實現建筑物的大幅度節能，具有非常好的推廣價值。隨著我國科技的進步，物聯網建筑節能控制系統將會成為未來建筑物節能中的重要組成部分，對城市的發展具有非常重要的作用。

參考文獻

[1]周克良，張明麗，劉太鋼.基于STM32F的企業樓宇節能控制系統設計[J].計算機測量與控制，2016，01：115-118.

[2]趙起升，朱靜孫，王平.智能建筑中的樓宇自動化設計及其應用[J].華中科技大學學報（城市科學版），2003，03：80-83.

[3]王永皎，劉榮輝.基于ZigBee技術的智能樓宇節能控制系統[J].青島科技大學學報（自然科學版），2014，01：73-77+81.

[4]朱彬若，張慎明，王虎.智能用電樓宇節能綜合控制的實現方式[J].上海節能，2010，04：39-43.

[5]李冬輝.樓宇自控系統中節能控制的研究[J].低壓電器，2004，06：15-17.

[6]鄧其貴.基于微控制器的智能樓宇節能系統的設計[J].大眾科技，2012，08：24-25+28.

[7]方東玉，余快.基于Agent的智能樓宇集成系統的研究及設計[J].電子技術與軟件工程，2015，15：46-47.

作者單位

1.煙臺市市級機關服務中心 山東省煙臺市 264003

2.上汽通用東岳動力總成有限公司 山東省煙臺市 264006