一种自动调节室内温度的节能控制装置及控制方法与流程

1.本发明涉及室内温度调节技术领域，具体涉及一种自动调节室内温度的节能控制装置及控制方法。


背景技术：

2.随着生活水平的提高，人们对工作或生活的空间环境质量要求越来越高。开空调、开窗、开电风扇是调节室内空气环境的重要方式，开空调是调节室内环境最快捷的方式，但是缺点是能耗高；开窗、开风扇是被动换气，无法控制风量，但是优点是低能耗甚至零能耗。在能源日益紧缺的今天，节能减排越来越紧迫，建筑节能问题尤其重要。在日常的工作和生活中人们对空气环境进行调节过程中，往往还存在如下问题：(1)空调、电风扇等电器一般都是利用红外遥控器进行现场控制，而遥控器经常乱放找不到，开关这些设备有时变得很麻烦。(2)在一些季节，特别是在南方的冬夏过渡季节，可能开窗或者开电风扇也能满足人感舒适性要求，但很多人还是习惯性地打开空调，造成不必要的电能浪费。(3)下班了办公室的空调忘记关了或者上班了家里的空调忘记关了的情况时常发生，而传统的空调只能在现场通过遥控器控制空调设备的开关，无法实现远程控制，造成电能浪费。
3.针对上述存在的问题，研发人员做了一些研究，如公开号为cn111781971a的中国发明专利公开了一种智慧教室用温度自动调节装置及调节方法，包括箱体、制冷机、制热机、显示屏、第一无线信号收发器、红外信号接收器、散热风扇、出风挡板、温度传感器、声音传感器和主处理控制器。该发明通过温度传感器、声音传感器的设置，解决了现有的教室内的空调不能自动调控温度，仍需要手动调控，温度调节不及时、不够节能环保的问题，使得该温度调节装置可以根据温度传感器的反馈来自动调节温度，充分利用教室内的剩余冷气/热气，更加智能、节能环保。但上述方案中无法根据气候、温度等自动切换空调、电风扇、窗户的开或关，在节能降耗上没有达到最优化。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种自动调节室内温度的节能控制装置及控制方法，本发明可以根据气候、温度自动切换空调、电风扇、窗户的开或关，达到节能的目的。
5.为解决上述技术问题，本发明公开了一种自动调节室内温度的节能控制装置，包括室外环境监控单元、主控单元、云服务器和客户端，所述室外环境监控单元与主控单元连接，主控单元与云服务器连接，云服务器与客户端连接。
6.所述室外环境监控单元包括监控单片机、监控蓝牙模块、监控温湿度测量模块、风速测量模块、电机驱动模块，所述监控蓝牙模块、监控温湿度测量模块、风速测量模块分别与监控单片机的输入端、输出端均连接，所述监控单片机的输出端与电机驱动模块连接，所述监控温湿度测量模块、风速测量模块安装于室外，所述电机驱动模块与窗户控制电机连接。
7.所述主控单元包括主控单片机、红外学习控制模块、语音识别模块、语音合成模块、主控温湿度测量模块、主控蓝牙模块和通信模块，所述红外学习控制模块、语音识别模块、语音合成模块、主控温湿度测量模块、主控蓝牙模块和通信模块分别与主控单片机的输入端、输出端均连接，所述红外学习控制模块的输入端与外部的遥控器连接，红外学习控制模块的输出端分别与外部的空调、电风扇连接，所述语音识别模块的输入端与麦克风连接，所述语音合成模块的输出端与喇叭连接，所述通信模块与路由器连接，所述主控蓝牙模块与监控蓝牙模块连接，所述主控温湿度测量模块安装于室内。
8.优选的，所述客户端包括pc客户端和手机客户端。
9.优选的，所述主控单元还包括oled显示屏，oled显示屏与主控单片机的输入端、输出端均连接。
10.优选的，所述主控单元还包括存储器，存储器与主控单片机的输入端、输出端均连接。
11.本发明还公开了一种自动调节室内温度的节能控制方法，包括以下步骤：
12.(1)主线程完成系统初始化后等待5s，如果5s内按下设置键，则进入配置模式，进行红外遥控学习及wifi网络参数设定；否则进入运行模式；
13.(2)进入运行模式时，首先要配置wifi网络，连接服务器，创建语音处理线程，并通过面板按键或者语音选择自动运行模式，默认则进入手动运行模式；
14.(3)自动运行模式时，先通过蓝牙通信从室外环境监控单元读取室外温度，当室外温度低于24℃，先采取开窗方式，如果室内温度稳定后仍达不到人体舒适温度范围，则进一步打开电风扇；当室外温度在24
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28℃时，采取开窗加开电风扇的控制方式，在此控制方式下，如果室内温度稳定后仍然达不到人体舒适温度范围，则进一步启动空调设备；当室外温度大于28℃，直接启用空调设备，空调温度设定为26℃；在使用空调设备时，定时开窗通风；
15.(4)手动运行模式时，从服务器的数据库获得开关窗、开关风扇、开关空调等动作指令，然后执行动作指令。
16.优选的，在步骤(2)中，语音处理线程主要识别语音信息，匹配相应的动作，得到相应的动作指令，进行相应的语音回复，改变运行模式，执行动作指令，并改变服务器数据库中设备的运行状态。
17.优选的，在步骤(3)中，人体舒适温度范围为26
‑
28℃。
18.优选的，在步骤(3)中，在使用空调设备时，设置1.5小时开窗通风10分钟，确保室内空气清净。
19.优选的，在步骤(1)中，红外遥控学习是对空调遥控器的按键进行提示性学习，并发射相应的红外信号控制空调及风扇的动作。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1.本装置可进行多个设备红外遥控器的学习，利用语音和文字两种方式进行提示性学习操作，极大方便用户对传统红外遥控家电的操作，能满足家庭或者办公室的应用控制要求。
22.2.具有语音识别和语音合成功能，使得用户在现场可以通过语音的方式控制空调、电风扇、窗户开关动作，免除到处寻找遥控器的麻烦。
23.3.通过比较室内外环境参数，从节能的角度考虑，采用模糊控制算法，结合人感舒
适环境参数，为适应节能减排的需求，自动调整空气调节设备参数，并把相应数据上传至服务器。
24.4.可通过手机或pc端进行远程随时随地查看设备的运行状态，并实现对空调、窗户、电风扇等空气调节设备的远程控制，充分发挥物联网的优势。
25.5.有效解决传统空调完全依赖于遥控器现场按键控制、空调使用不当造成能源浪费等问题，实现建筑设备的智能控制，对落实节能减排工作有积极意义。
附图说明
26.图1为本发明一种自动调节室内温度的节能控制装置的模块框图；
27.图2为一种自动调节室内温度的节能控制方法的流程图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的和优点更清楚明了，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
29.本发明公开了一种自动调节室内温度的节能控制装置，如图1所示，包括室外环境监控单元、主控单元、云服务器和客户端，所述室外环境监控单元与主控单元连接，主控单元与云服务器连接，云服务器与客户端连接。
30.所述室外环境监控单元包括监控单片机、监控蓝牙模块、监控温湿度测量模块、风速测量模块、电机驱动模块，所述监控蓝牙模块、监控温湿度测量模块、风速测量模块分别与监控单片机的输入端、输出端均连接，所述监控单片机的输出端与电机驱动模块连接，所述监控温湿度测量模块、风速测量模块安装于室外，所述电机驱动模块与窗户控制电机连接。
31.所述监控温湿度测量模块用于测量室外的温湿度信号，采用单总线方式与监控单片机进行连接。所述风速测量模块为风速传感器，可以安装在窗外，用于测量室外风的速度，采用串口与监控单片机进行连接。所述监控蓝牙模块用于与主控单元进行数据交互，把室外的环境参数发送给主控单元，同时接收主控单元发送的动作指令，采用串口与监控单片机进行通信。监控单片机根据主控单元发送过来的动作指令，通过电机驱动模块执行窗户门的打开和关闭动作。
32.室外环境监控单元的工作流程为：系统上电后，完成系统的初始化，监控蓝牙模块的初始化，监控单片机读取监控温湿度测量模块的数据，保存到本地存储模块；等待主控单元的数据参数传输请求，把环境参数数据发送到主控单元，并接收主控单元发送的动作指令，执行相应的动作。
33.所述主控单元包括主控单片机、红外学习控制模块、语音识别模块、语音合成模块、主控温湿度测量模块、主控蓝牙模块、通信模块、oled显示屏和存储器，红外学习控制模块、语音识别模块、语音合成模块、主控温湿度测量模块、主控蓝牙模块、通信模块、oled显示屏和存储器分别与主控单片机的输入端、输出端均连接，所述红外学习控制模块的输入端与外部的遥控器连接，红外学习控制模块的输出端分别与外部的空调、电风扇连接，所述语音识别模块的输入端与麦克风连接，所述语音合成模块的输出端与喇叭连接，所述通信模块与路由器连接，所述主控蓝牙模块与监控蓝牙模块连接，所述主控温湿度测量模块安
装于室内。本装置的电源是由交流220v提供，经过电源模块处理后，得到5v、3.3v两路直流电，供各模块电路使用。
34.所述红外学习控制模块内部有红外发射电路和红外接收电路，兼红外遥控器学习及红外信号发射功能，与主控单片机stm32f103芯片采用串口连接，通过串口指令控制学习、发射等操作，可以在语音和屏幕文字显示双模式下进行手动操作，根据提示信息对空调/风扇的红外遥控器进行学习。主控温湿度测量模块能够进行室内温湿度的测量，采用数字信号输出的温湿度复合传感器，串行数据单总线结构，由主控单片机进行处理后上传服务器，并在oled显示屏上显示。
35.所述语音识别模块主要采用ld3320模块，供电电压为3.3v，具有spi通信接口，配置进口高灵敏麦克风，把语音识别成词条，实现语音识别功能。
36.所述语音合成模块主要采用syn6288模块，通过串口与单片机进行连接，把语音识别模块识别到的词条重复播放，给用户确认相应的语音指令正确执行。
37.所述主控蓝牙模块采用主从一体蓝牙5.0模组jdy
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24m，负责主控单元与客户端(手机客户端、pc客户端)、室外环境监控单元之间进行蓝牙通信。jdy
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24m组网只需要配置好组网netid、短路地址后，模块就会自动组网，组网模块与app通信时相当于透传。主控蓝牙模块先与手机通信进行wifi网络信息设置，再进行与室外环境监控单元的数据交互。
38.所述通信模块为wifi通信，采用eps8266 wifi模块，esp8266是串口转wifi模块，兼容3.3v和5v单片机系统。通信模块采用串口(lvttl)与mcu(或其他串口设备)通信，内置tcp/ip协议栈，能够实现串口与wifi之间的转换；通信模块支持串口转wifi sta、串口转ap和wifi sta wifi ap的模式，从而快速构建串口
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wifi数据传输方案，接入云服务器。
39.所述oled显示屏通过串口与主控单片机进行连接，正常工作时能够实时显示当前日期、时间、室内外环境参数、给用户的提示等信息。eeprom用于存储wifi网络参数。
40.所述主控单元可工作在设置模式和运行模式两种，通过按键开关进行切换。在设置模式下，开启电源后，系统自启动初始化，主控蓝牙模块与手机蓝牙组网，通过手机完成系统的wifi网络参数配置，并将参数存储于非易失性存储器eeprom；红外学习控制模块进入红外遥控学习模式，按照系统提示即可进行红外遥控器部分或者全部按键的学习。在运行模式下，主控芯片从eeprom读取wifi无线通信网络参数，启动模块并自动接入阿里云服务器，将数据实时上传至阿里云服务器。主控单元也能够根据室内外的环境参数条件和人感舒适环境条件，根据设定的控制规则，自动启动相应设备进行空气调节，并显示在oled显示屏上。主控单元从服务器下载远程控制动作的指令，传给对应的驱动模块执行动作。
41.云服务器为阿里云服务器，操作系统选用linux，内部安装apache等软件，并部署web运行环境。主控单元与web云服务器通信通过socket实现数据交换。在阿里云服务器内部进行数据交互后，使用php和html进行网站开发展示数据。本产品中数据有六个展示内容，分别为时间、室内外温湿度、室外风速、空调运行状态、窗户开关状态及电风扇的运行状态。
42.所述客户端包括pc客户端和手机客户端。pc客户端以浏览器的方式访问云服务器，查看设备所在地环境条件，并对空调、窗户、电风扇进行远程控制。手机客户端(手机app)设计人性化的界面，实现与pc客户端同样的功能。
43.本发明还公开了一种自动调节室内温度的节能控制方法，如图2所示，包括以下步
骤：
44.(1)主线程完成系统初始化后等待5s，如果5s内按下设置键，则进入配置模式，进行红外遥控学习及wifi网络参数设定；否则进入运行模式。其中，红外遥控学习是对空调遥控器的按键进行提示性学习，并发射相应的红外信号控制空调及风扇的动作。
45.(2)进入运行模式时，首先要配置wifi网络，连接服务器，创建语音处理线程，并通过面板按键或者语音选择自动运行模式，默认则进入手动运行模式。其中，语音处理线程主要是识别语音信息，匹配相应的动作，得到相应的动作指令，进行相应的语音回复，改变运行模式，执行动作指令，并改变服务器数据库中设备的运行状态。
46.(3)自动运行模式时，先通过蓝牙通信从室外环境监控单元读取室外温度，当室外温度低于24℃，先采取开窗方式，如果室内温度稳定后仍达不到人体舒适温度范围26
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28℃时，则进一步打开电风扇；当室外温度在24
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28℃时，采取开窗加开电风扇的控制方式，在此控制方式下，如果室内温度稳定后仍然达不到人体舒适温度范围26
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28℃，则进一步启动空调设备；当室外温度大于28℃，直接启用空调设备，空调温度设定为26℃；在使用空调设备时，设置1.5小时开窗通风10分钟，确保室内空气清净。
47.根据我国《采暖通风与空气调节设计规范》(gbj19
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87)规定，舒适性空调室内的设计参数为：夏季温度24
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28℃。同样，对人感舒适度的研究表明，夏季人体最适宜的环境温度是27℃，还有人体可承受的热冲击温差约5℃(意思是在不同的两个环境温度间进出，例如室内外之间)，所以夏季室内空调机最适合的设定温度在26
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28℃，设定这个温度，处理可获得不冷不热的舒适环境，还能节省消耗，节电省钱。结合南方夏季的室内外温差一般在4
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5度，本装置在满足人体舒适度的前提下，尽量做到节能，故设定的空气调节设备启动方式如表1所示。
48.表1空气调节设备启动方式
[0049][0050][0051]
(4)手动运行模式时，从服务器的数据库获得开关窗、开关风扇、开关空调等动作指令，然后执行动作指令。
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上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。