基于物聯網的智能生態空調概述

王橋 姚茂明 陳健 劉鮮

摘 要 針對熱帶多數貧困地區，因經濟能力無法使用空調的問題，這款基于物聯網的智能生態空調可以滿足長期處于高溫地區且無經濟能力使用空調的家庭納涼的需求。使用光敏傳感器及溫度傳感器檢測白晝狀態和溫度，自動調節取空調生態扇葉的制冷能力。可實現多處同時制冷，增強制冷效果。達到低功耗，低成本，生態環保的效果。

關鍵詞 智能;生態空調;低成本;低功耗

引言

目前市面上的空調大多數均是由電能來供電，在非洲欠發達地區由于有高昂的電費需要支付，導致在炎熱的夏天許多貧困地區無法使用市面上的所有品牌和型號的空調，容易使人們患上各種疾病甚至死亡。為了解決這個嚴峻的問題，研發一款價格低廉，無須額外提供供能源的空調顯得格外重要。本文提出一款基于物聯網的智能生態空調，不僅低成本，而且生態環保。新時代，積極推進生態文明建設，走綠色發展道路，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，從而減輕經濟負擔，使人們快速達到一種舒適的狀態[1]。

原材料簡單，方便人們利用。基于物聯網的智能生態空調可用于炎熱的貧困地區，實現顯著的降溫功能，達到低功耗，低成本，生態環保的效果。使貧困地區的人們能用得起空調，享受炎熱天氣下智能生態空調給他們帶來的幸福感。

1系統硬件結構設計

生態空調簡圖如圖1所示，空調主要的進出風結構由1L可樂瓶瓶口組成3X3矩陣式進風口，大口徑朝向窗外，小口徑朝向室內，同時在四個角處安裝風扇葉，矩陣式進風口四周邊安裝光伏板，為有效利用太陽能，設計了光伏電源存儲裝置及風扇智能控制電路。

生態空調硬件框圖如圖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，利用穩壓電路將蓄電池電壓降至各設備需要的電壓。光照傳感器檢測日照量，溫度傳感器檢測環境溫度，MCU根據環境溫度自適應調節風扇轉速[2]。

2系統軟件設計

空調上電開始先對各項設備進行初始化，初始化結束后， 檢測環境光照球強度及環境溫度，以提供MCU做出控制空調做出決策。人體在環境溫度為24℃左右最為適宜，故根據傳感器檢測結果，MCU通過PID自適應控制算法控制四個扇風力強度和空氣對流原理對室內進行降溫。顯示設備實時顯示當前環境參數信息，以便進行人機交互。如圖3所示為生態空調的程序控制流程圖[3]。

由于溫度控制是非線性控制，故溫度的控制需采用閉環PID控制算法，使空調根據環境情況自適應輸出PWM脈沖控制風扇風力。PID控制算法利用歷史偏差，當前偏差和近期偏差結合比例常數，積分常數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，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，Ki積分常數，Out0是一常數，為了在歷史積分偏差值為0時確保 系統有一個輸出值，避免失控;得出的Out值為運算結果，利用 OUT可以去驅動執行機構輸出 對應的控制信號，溫度控制就可以控制 PWM 的寬度，控制風扇風力。實現生態空調快速降溫[4]。

3測試數據

在一天的時間內，濕度基本保持一致的情況下，通過用溫度傳感器檢測當前環境的溫度，在生態空調運行的情況下，用溫度傳感器檢測出該設備室內的溫度，根據前后溫差的比較，從而分析生態空調的降溫能力，重復進行多次試驗，從而證明生態空調降溫的穩定性。

根據測試結果，該設備在溫度較高的時候降溫效果最為顯著，在短時間內可達到快速降溫。因此該設備在非洲及其一些欠發達的國家可以廣為宣傳使用[5]。

4結束語

隨著全球氣溫的升高，空調在我們的生活當中越來越重要。傳統空調的昂貴等諸多問題讓部分欠發達地區對其望而興嘆，因為生態空調應運而生，它的低成本高效率可以讓絕大部分地區享受到有空調的待遇。它可以適應大部分的環境。這款的智能生態空調不僅能實現快速降溫的效果，還能實現低成本，低功耗，生態環保的目的。

參考文獻

[1] 鄭弘韜，崔儷娜，楊利芳.智能生態空調的概念設計[J].工業設計，2017（3）：63-64.

[2] 李邇.智能家居概念該降降溫了[N].深圳商報，2015-04-03（A02）.

[3] 丁少將.打造物聯網時代生態品牌[J].現代企業文化（上旬），2018 （8）：34-35.

[4] 鄭茂寬.智能產品服務生態系統理論與方法研究[D].上海：上海交通大學，2018.

[5] 賈超，蔡杰，熊朝暉.不同傳熱方式下溫度傳感器動態特性研究[J].計量學報，2020，41（5）：563-566.