基于NB-IoT的空調智能管控系統的研發與設計

邵檢江 周濤鳴

摘要：針對高校空調系統智能化程度低和能耗較高問題，設計開發了基于NB-IoT的空調智能管控系統，從主要硬件模塊和主要軟件功能兩方面介紹了系統的設計，實現了空調系統高效節能智能化管理。

關鍵詞：空調智能管控系統;NB-IoT;智能管理

引言

十三五期間，隨著國家財政不斷地加大教育事業的投入，各高校辦學條件不斷提高，多媒體課室、學生宿舍、實驗室、辦公室和圖書館等場所，基本上都安裝了空調。空調作為高校教學工作和生活學習的必需品，由于在建設初期沒有充分考慮到空調能耗的重要性，采購安裝的空調一般為能效等級較高的產品，空調能耗占到生均用電能耗的50%以上，空調能耗已成為公共建筑耗能的第一大用戶，隨著國家公共機構節能降耗的要求越來越嚴格，如何有效降低空調的能耗，提高其使用效率和智能科學的監控管理，成為高校亟需解決的問題。

一、空調系統運行管理中存在的問題

（一）節能意識不高

高校安裝空調體量大使用頻繁，用能浪費嚴重。在日常使用空調過程中，存在很多不好的習慣。課室下課后、離開實驗室后，人走空調常開;不隨手關門、打開窗戶在辦公室使用空調;人少的時候，多臺空調照樣開啟，不按實際情況使用空調等。學生宿舍空調常年每天24小時不停機運轉;一開空調就把溫度調成16度最大冷度，經常披著厚外套使用空調;根據相關測試數據顯示，空調制冷每調低1度，能耗就增加1度。

（二）空調管理智能化程度低

高校采購的空調一般為定頻空調，空調系統不能自動調節溫度和控制風量，沒有智能控制管理功能模塊，需要人工操作進行啟停控制;空調安裝的范圍比較廣，紅外遙控器在師生手上，使用比較隨意，很難形成有效的監管;空調沒有相關的計量管理功能，運維管理工作一般采用人工巡查、人工抄錄管理模式;空調線路與其他動力設備、照明線路并在一起，不能實時單獨采集用能數據;所有空調為單機模式，空調分布范圍比較散亂，沒有進行聯網管理，能耗數據、能耗分析、節能改造、能源管理等無法實現精準管理，進而無法建立統一的空調智能監管平臺。

二、基于NB-IoT的空調智能管控系統

NB-IoT（窄帶物聯網），是一種新興的物聯網技術，在全世界范圍內覆蓋廣，相比現有物聯網技術，在同等頻段下，覆蓋能力提升數十倍;移動蜂窩網絡支持十萬級以上設備連接數，低延時安全可靠;NB-IoT終端模塊功耗低架構優，待機時間長達數年;模塊化設計，大大降低企業研發成本。基于NB-IoT的空調智能管控系統，集電能數據采集計量、溫度感應和控制、移動網絡智能控制、預付費管理、網速風量控制、遠程通訊和能耗數據統計分析等功能為一體。

（一）系統實現主要功能

電能數據采集計量，根據功率因素、電流電壓、使用狀態等實現電能數據采集和計量;實現手機App智能控制設備、定時開關機、監測設備運行狀態、風速控制和定制課程表模式;NB-IoT無線通訊，實現網絡充值支付、實時抄表、實時控制、定時管理、溫度感應和控制等;空調智能控制器具有自主學習、發送功能，兼容適匹市面上所有主流機型;能耗數據統計分析，具備能耗數據采集實時上傳、高低峰數據分析、用電量統計和在線網絡管理等功能;通過智能控制，合理配置，使每一臺定頻空調運行能耗降低5%以上。

（二）系統主要硬件模塊設計

系統硬件平臺主要由ARM高頻處理器模塊、NB-IoT無線通訊模塊、紅外控制模塊、溫控模塊、DDR內存和Flash存儲模塊組成。ARM高頻處理器模塊采用基于ARM Cortec-A35四核1.2GHz頻率的處理器，能滿足高性能的數據運算和高效率的智能控制;NB-IoT無線通訊模塊具有連接設備數多、覆蓋范圍廣、低延時低成本的特點;紅外控制模塊與空調進行無縫連接控制，當進行遠程控制空調時，能夠以99%的準確率反饋紅外指令結果;溫控模塊可進行16至30度的溫度控制;16M DDR內存和大容量Flash存儲模塊能夠滿足運算和存儲的需求;設備支持最大功率4000W，額定電壓250V，最大電流16A;內置設備編碼庫，兼容適匹市面上所有的主流空調設備。

（三）系統主要軟件功能設計

基于B/S三層架構設計，研發空調智能控制器，搭建空調智能管控平臺。進入智能管控系統，系統會自動顯示空調設備分布位置和自動識別運行狀態;進入某一臺空調時，系統實時顯示設備的當前電流、當前功耗、當前電壓和用電量;在線可以進行定時開機、定時關機、溫度調節、風速設置等操作;后臺通過對空調數據的分析診斷，判斷空調是否節能或存著故障，一旦發現異常情況，會立即發送信息提醒用戶;系統能精確地統計空調每日、每月和每年的用電量，準確檢測空調的實時功率、溫度和頻率等參數，并自動上報數據到后臺;通過手機即可查看當前和歷史用電數據，;根據教室課表設置定時課表任務，課前自動開空調，課后自動關空調，既能保障師生們舒適的學習環境，又能節約用電。

三、結語

系統部署上線后，性能高效穩定，用戶反映方便實用，取得了不錯的節能效果，大大減輕的能源管理人員的工作量，同時提高了能源管理水平。

參考文獻：

[1]朱寶旺，秦聰，孫浩，趙樹磊，叢文霞，李道勇.基于ZigBee的智能空調溫濕度控制系統的設計[j].科技視界，2019（6）：127-129

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