智能空調控制系統

高潔 李貝 李天宇

摘要：本文介紹了一種針對我國的西北陜西甘肅等地區，晝夜溫差大，空調的使等問題設計的自適應空調系統，通過檢測室內與室外環境，控制開關窗與空調，從而調控室內溫度與空氣流通性，從而提供一個易于睡眠的室內環境，并優化健康狀況，同時可節省大量電能，從而達到節能減排的目的。

關鍵詞：空調；智能家居；環境檢測；智能控制

1 研究背景

我國的西北陜西甘肅等地區，出現了較為明顯的日夜溫差現象，其具體的表現為：在夏季剛剛入夜的時，由于地表在白天吸收的太陽能還沒有完全散去，因此氣溫仍然保持在一個較高的溫度；入夜后失去了太陽輻射，地表的余熱將逐漸散去，導致溫度下降，最終會在太陽出來之前的凌晨五點左右降低至最低溫度。由于房屋的結構的保溫作用，在不開窗的情況下，房屋內部的溫度并不會降溫，但當早晨太陽升起之后。由于西北地區缺乏地表水，地表會被迅速上升。

人睡眠對于溫度要較高的要求，如果溫度過高就會出現失眠或睡眠不徹底的問題，從而會對第二天工作生活帶來不利的影響，現階段夏季降溫主要有以下兩種模式：

1.開整晚的空調。

如果空調持續工作整晚，那么帶來的就是整晚的窗戶關閉和空氣不流通，據科學研究表明在這種情況之下人們就容易罹患“空調病”，并且如果空調持續地工作整個晚上它的耗電量是不容忽視的，而我國發電仍以燃煤發電為主平均每發一度的電就會向空氣之中排放960g二氧化碳，這會極大的促進溫室效應。

2.空調定時，睡前設定時間。

空調工作一段時間后自動關閉。這樣做雖然減少了空調的耗電量，但是由于到達預定時間后空調將會關閉，房間處于封閉的狀態，室內溫度會因人體散熱越來越高，尤其在太陽出來后，室內溫度會上升更快，同時因為室內空氣缺乏流通，室內空氣會越來越污濁，在這種情況下人們會更加容易患上呼吸道疾病，與此同時由于房間內溫度的升高，但是又缺乏制冷的措施，人們可能會被熱醒，這極大地影響了人們的睡眠和第二天的生活與工作。

2 系統設計介紹

本系統主要有四大組成部分：檢測裝置、數據分析裝置、控制裝置與人機交互裝置。具體結構如下：

2.1檢測裝置

檢測裝置為溫度與濕度傳感器，在室外與室內溫度各放一個溫度傳感器，將室外與室內溫度同時傳至數據分析裝置，其中檢測室內溫度是為了檢測睡眠環境溫度，從而控制開關空調與窗戶，保證溫度適宜，檢測室外溫度是為了根據室外溫度，分析是否能開窗戶，同時關閉空調，從而利用外界較低的空氣來保證室內溫度適宜，節省電量；同時在窗臺上安裝濕度傳感器，這是防止開窗后忽然下雨，雨水飄入室內，造成不利影響，所以當濕度傳感器檢測到有雨飄入室內時，及時關窗，保證室內不被雨造成不利影響。

2.2數據分析裝置

數據分析裝置通過溫度與濕度傳感器的信息，經過程序合理的處理，從而控制窗戶與空調狀態，主要應對的情況有以下幾個情況：①晚上剛入夜時，室外溫度較高，所以先會將空調打開降溫，假設空調溫度設置為24°，當到達12點時，室外溫度已經低到24°以下，這是裝置會將空調關閉，將窗戶打開，從而利用室外較低的空氣降溫；②當窗戶打開空調關閉后，可能因室外室內沒有空氣對流，即時室外溫度低于室內溫度，而室外冷空氣不能進入室內，從而無法實現通過室外冷空氣降溫，室內溫度反而因人體散熱上升，此時關閉窗戶，打開空調，利用空調降溫；③當窗戶打開空調關閉后，室外溫度過低，從而室內溫度低于人體適宜溫度時，關閉窗戶，實現保溫功能；④早上五點鐘那個左右，太陽升起后，室外溫度上升，從而高于24°，此時將窗戶關閉，打開空調，保持室內溫度處于人體睡眠舒適溫度，保證睡眠正常；⑤當天氣驟變，忽然下雨時，如果窗戶開著，放在室內的濕度傳感器檢測到有雨水飄入時，及時將窗戶關閉，保證室內不被雨水造成不利影響。

2.3控制裝置

控制結構有兩部分，一部分為控制空調開關，另一部分為控制窗戶。控制空調部分通過紅外裝置向空調發射信號（類似于遙控器），從而控制空調開關；控制窗戶部分需要機械結構支持，初步選用外加齒輪齒條結構，如圖所示，直接在窗戶外部窗框上安裝齒條，在墻面上安裝齒輪，電機驅動齒輪轉動，從而齒條運動，帶動窗戶，實現開關窗。同時使用特殊的機械機構，當人為打開窗戶時，控制窗戶開關的機械結構并不影響人為操作。

2.4人機交互裝置

用戶可在人機交互裝置上選擇手動模式與自動模式，手動模式時，用戶可根據個人需求設置室內理想溫度與室內最低溫度，也可以選擇裝置啟動時間（在室外溫度低于室內溫度，且室外冷空去可以給室內降溫時，溫度下降與空調制冷相比可能下降較慢，用戶需要立即降溫，則可以開啟空調降溫，選擇在設定時間后再開啟裝置）；自動模式時，系統根據原先設計好的最優數據進行工作。

3 結論

本文介紹的智能空調控制系統通過收集室內室外溫度，并將溫度進行對比分析，根據分析所得結果，進行合理開關窗戶與空調，從而使室內保持一個的適宜的溫度與良好的空氣質量，同時節省大量電能。經統計，西部地區夏季晚上氣溫低于24度約有6小時，假設50%時間可以通過開窗來降溫，每小時空調用電量為1度，則每天一臺空調使用空調自適應系統則可以節約用電3度，以符合氣溫特征時間為兩個月左右計算，則每年可節油180度電。而現階段空調普及率高，可節省大量用電。

參考文獻：

[1]李新成，員玉良，張健，叢鑫芝，王東偉.智能空調語音控制系統開發[J].青島農業大學學報（自然科學版），2017，34（04）：308-313.

[2]楊婉，周航，李勇.智能空調自動控制教學系統設計[J].制冷與空調（四川），2007（03）：101-104.