基于無線傳感網絡的中央空調實時溫度在線監測方法

摘要：中央空調系統常處于復雜室內環境，受多種因素干擾，存在溫度監測精度較低的問題?；诖?，文章提出了一種基于無線傳感網絡的中央空調實時溫度在線監測方法。該方法構建了溫度監測節點間的網絡聯系，利用無線通信技術實現數據的高效傳輸與協同，完成各節點溫度數據的實時讀取。實驗證明，該方法能夠精確獲取中央空調的溫度數據，快速掌握其運行狀態及室內溫度分布，為智能控制與節能管理提供有力的數據支撐。

關鍵詞：無線傳感網絡；中央空調；實時溫度；在線監測

中圖分類號：TD76" 文獻標志碼：A

0 引言

隨著科技的不斷進步，中央空調系統作為現代建筑環境中的重要組成部分，其運行效率和能源利用率的提升成為研究重點。傳統的有線溫度監測方法由于布線復雜、靈活性不足，已難以滿足現代中央空調系統的需求。在此背景下，本文提出了一種基于無線傳感網絡的中央空調實時溫度在線監測方法。無線傳感網絡憑借其布線簡便、易于擴展等優勢，特別適用于中央空調系統的實時溫度監測［1］。該方法主要通過部署無線溫度傳感器節點，實現對空調環境溫度的精準實時監測和數據采集，通過無線通信方式將數據傳輸至中央監控中心進行綜合分析。

1 部署無線傳感網絡

無線傳感網絡因其靈活性、高效性和實時性等特點，在溫度在線監測中展現出巨大的應用潛力。因此，本文在中央空調系統中部署了無線傳感網絡，旨在實現對溫度的精確監測。測溫節點由4個核心部分組成［2］，其采用MSP430F2012微控制器，輔以DS18B20溫度傳感器和nRF24L01無線模塊，確保實時采集中央空調溫度數據。DS18B20溫度傳感器通過一線接口與MSP430F2012的P1.0端口相連，實現高效數據傳輸［3］。MSP430F2012微控制器接收數據后，將其轉換為實際溫度值，與預設的閾值進行比較。一旦溫度超過閾值，便通過nRF24L01無線模塊向基站發送預警信息；若在安全范圍內，則保存數據并定期更新至基站。

根據中央空調系統的特性，本文首先選擇關鍵部位進行傳感器的部署。具體地，本文將編號為S1—S5的傳感器分別部署在機房、送風口1、送風口2、回風口1、回風口2等關鍵位置；同時，合理配置傳感器通信協議與傳輸頻率，確保數據能夠實時、可靠地傳輸至中央處理器。通過精心部署傳感器節點，本文構建了一個覆蓋全空調區域的無線傳感網絡，實時采集環境溫度數據，通過無線方式傳輸至中央監控中心。中央監控中心對接收的數據進行處理分析，從而實時掌握空調環境的溫度分布狀況。

2 建立溫度監測節點聯系

在完成無線傳感網絡部署后，一旦傳感器節點成功加入網絡，將立刻啟動內置的DS18B20溫度傳感器，采集所在位置的環境溫度數據。在完成數據發送后，傳感器節點會進入低功耗的休眠狀態，以節省能量并延長使用壽命。當休眠時間到達預設的閾值時，傳感器節點會被再次喚醒并重復上述流程。當傳感器節點被喚醒后，立即啟動網絡搜索功能，尋找其通信范圍內的可用網絡。協調器在接收入網請求后，根據預設的條件與算法，決定此節點的訪問請求是否被接納。當協調器決定將這個節點加入網絡時，系統就會賦予這個節點一個獨一無二的網址，讓該網址作為節點在網路中的識別碼［4］。節點入網流程如圖1所示。

在保障中央空調系統實時溫度監測的準確性和高效性方面，本文通過節點的精心初始化來確保其內部組件的穩定性和可靠性；節點將通過入網流程，與其他節點建立通信聯系，從而實現數據的順暢傳輸和實時共享。這2個關鍵步驟共同構建了一個堅實的基礎，為后續實時溫度監測提供了強有力的支撐，確保其能夠實時、準確地掌握中央空調系統的溫度狀況。

3 讀取中央空調實時溫度實現在線監測

在上述準備工作完成后，對中央空調實時溫度進行在線監測。利用無線收發控制模塊將采集的數據包準確、高效地傳輸至中央監控中心，其具體過程如圖2所示。

DS18B20溫度傳感器需要通過單線式以及MSP430F2012通信，每次通信前須要進行初始化處理。初始化包括置高電平、短暫延時、再置高并釋放數據線。若DS18B20在15～60 ms內回應“0”信號，則初始化成功；否則，被視為失敗并采取錯誤處理［5］。成功后，進行ROM（針對內部存儲器特定區域）和RAM（讀取/寫入溫度數據）操作。MSP430F2012通過精確時序和命令序列從DS18B20讀取溫度數據。在讀取到中央空調實時溫度后進行傳輸。本文采用nRF24L01的Enhanced ShockBurst模式，該模式相較于傳統的ShockBurst模式增加一個數據傳送確認信號，增強了數據傳輸的可靠性。在線監測過程如下：

（1）MSP430F2012寫入Tx、Rx節點的地址。

（2）啟用自動應答和PIPE 0，確保數據的正確接收和響應。

（3）設置自動重發次數、通信頻率、發射參數以及數據寬度等參數。

（4）所有配置完成，MSP430F2012將數據按照特定的時序通過SPI口寫入nRF24L01的緩存區。

（5）將CE（芯片使能）置為高電平，經過一段延時后，數據就會被發送到溫度監測中心。

（6）nRF24L01在傳輸結束后，進入接收狀態，在接收端等待回復信號，如果成功地接收了回復，TX_DS（發射完成標志）將被置高，同時TX_PLD（發射數據堆棧）中的數據將被清除，nRF24L01會自動重新發送數據［6］，在這一過程中，重新發送的等待時間為300 μs，而在本設計中初始的重新發送次數被設置為3次。

4 實驗

4.1 實驗準備

本次實驗搭建了一個模擬的中央空調系統運行環境，設定數據傳輸頻率為每秒更新一次，速率達到2 MBit/s，同時在室內環境下確保30 m的通信距離。當中央空調模擬系統啟動后，研究人員密切關注傳感器節點的運行情況，觀察其是否能夠準確采集溫度數據，通過無線收發模塊將這些數據快速傳輸至中央監控中心。在中央監控中心設備上，研究人員實時查看這些溫度數據，對其進行初步分析。為獲得更加全面、準確的數據，研究人員重復實驗，在不同條件下記錄了溫度數據，以便于進行后續數據分析和性能評估。

4.2 實驗結果及分析

為了驗證本文方法的優越性，本文選取基于紅外測溫的方法、基于傳統模擬儀表的方法作為對比方法，利用3種方法在相同的中央空調環境下進行實驗，得到的實驗結果如表1所示。

通過表1數據可見，本文提出的方法在精度方面表現優秀，其誤差率大多維持在0.5%～1%，優于傳統的模擬儀表方法。由此可以證明，本文提出的方法在中央空調實時溫度監測方面展現出顯著優勢，可為系統的穩定運行與能效提升提供有力的技術支持。

5 結語

為了提高中央空調溫度的監測效果，本文提出了一種基于無線傳感網絡的中央空調實時溫度在線監測方法。該方法在監測中央空調實時溫度精度方面表現優越，可為中央空調系統的穩定運行和能效提升提供有力支持。在未來的研究工作中，本文將探索更高效的傳感器節點設計和部署方法，進一步提高溫度監測的精度與范圍。

參考文獻

［1］李海峰，崔積華，朱林林，等.基于無線傳感網絡的電氣設備溫度智能監測系統［J］.自動化技術與應用，2024（1）：56-60.

［2］曾瑞，項庭玉，劉鳳梅.電力通信自動化機柜內溫度監測、報警方法［J］.電工技術，2023（14）：164-167，170.

［3］索濤.堅強智能電網高壓電纜芯暫態溫度實時監測方法研究［J］.微型電腦應用，2022（9）：166-169.

［4］李斌.高壓電氣設備的溫度在線監測系統分析［J］.電子技術，2022（5）：274-275.

［5］呂安.煤礦高壓電纜溫度紅外在線監測技術應用［J］.礦業裝備，2022（1）：54-55.

［6］黃健，鐘益民，方挺，等.面向工業電機溫度監測的LoRa無線傳感網絡設計［J］.蘭州工業學院學報，2021（1）：76-80.

（編輯 王永超）

Real-time temperature on-line monitoring method of central air conditioning based on wireless sensor network

LI" Qiyu， GUAN" Qingpeng

（School of Mechano-Electronic Engineering， Henan Mechanical and Electrical Vocational College，

Zhengzhou 451192， China）

Abstract： The central air conditioning system is often located in complex indoor environments and is affected by various factors， resulting in low temperature monitoring accuracy. Based on this， this article proposes a real-time temperature online monitoring method for central air conditioning based on wireless sensor networks. This method constructs a network connection between temperature monitoring nodes， and utilizes wireless communication technology to achieve efficient data transmission and collaboration， completing real-time reading of temperature data for each node. Experimental results have shown that this method can accurately obtain temperature data of central air conditioning， quickly grasp its operating status and indoor temperature distribution and provide strong data support for intelligent control and energy-saving management.

Key words： wireless sensor network; central air conditioning; real-time temperature; online monitoring

作者簡介：李啟玉（1993— ），女，助教，碩士；研究方向：電氣工程，傳感器。