王琮泽 梁鹏 杜立剑 张会娟 禹天凤

【摘要】中央空调系统是全国通用的耗电量较大的设备，在国民经济的各部门及各种生活设施中，中央空调系统的总耗电量为智能楼宇能耗的40%以上，且有可观的节电潜力。为了实现中央空调节能的目的，本研究设计了一种基于Zigbee无线通信技术的中央空调节能控制方案，系统的传感器终瑞节点采用TI的无线射频芯片CC2530，路由器节点主控制芯片选用低功耗的MCU MSP430F435。通过Zigbee无线通讯技术在线监测智能楼宇内的温湿度等环境参数，对采集的数据参数分析后，实现对循环机（双功率电动机）的在线管控和设备管理等功能，以此控制智能楼宇内的中央空调系统，来达到节能的目的。

【关键词】中央空调节能智能控制风机盘管Zigbee

一、系统设计

1、系统结构设计

中央空调监控从体系结构由上至下分为三层，现场监控层、传输层和管理层，每一层完成特定任务，并根据上层需要为其提供服务，使其达到运行稳定，功能完善，节能显著等特点。

（1）现场监控层：

把末端温控器节点（zigbee通信模块）安装在智能楼宇的各个区域内，通信模块采集室温变化、双功率电动机运行情况以及风机的运行等信息，并把信息反馈到智能楼宇的监控室，方便实时掌握动态信息，为了适应人体的需要，降低系统的功率损耗，顺应智能化的发展，温控器可以接受远程控制对室内温度进行调节。

（2）传输层：

接收来自现场控制层和管理层的数据信息，并做出相应的处理，起连接作用。根据各节点之间的联系，建立zigbee网络，接收各个节点的信息，以RS232方式传输给各区域网络，进而将信息传递到智能楼宇监控室，各个区域网络独立互不干扰。

（3）管理层：

即智能楼宇监控中心，通过接受现场控制层传输层传递的动态信息，建立动态系统，对各个时刻的数据进行分析统计并存储方便做出决策判断

2、系统软件设计

通过Zigbee无线通信技术，中央空调末端智能温控器可以与智能楼宇控制中心进行数据交互，能够根据实时环境参数对循环机（泵）及时的进行智能化控制，改变风机盘管的工作运行指标。这种在线联络的系统结构使本地用户可以更方便的对中央空调系统进行节能管理。CC2530是德州仪器公司开发的一款ZigBee片上系统（Soc）芯片，集成有8051内核、RF射频模块和串口等外设。以CC2530为硬件支持，CC2591为前端功率放大，结合业界领先的ZigBee协议栈Z-StackTM，通过操作系统抽象层（OSAL）进行任务调度，完成系统ZigBee网络的开发。

3、系统硬件设计

（1）节点设计

该控制系统包括末端温控器节点、路由器节点和控制中心。末端温控器节点作为单个无线节点，分别安装在智能楼宇的不同位置，得到相应的数据信息。然后再通过Zigbee无线传输网络把得到的信号传输给相应的路由器节点。路由器节点接收到数据并存储在存储器中，最后通过因特网传到控制中心。控制中心根据得到的数据进行分析，对循环机（双功率电动机）做出合理的功率转换来实现节能的效果。

1）末端温控器节点

末端温控器节点安装在智能楼宇的各个区域，它的主要功能是实时采集智能楼宇内的不同区域的温湿度信息，并通过Zigbee无线通信网络传输到相应的路由器节点。

2）和路由器节点设计

路由器节点主要功能是接收各个末端温控器节点采集的数据，并存储在存储器中。将一定时间和区域内的数据通过因特网传输到控制中心。

（2）双功率高效节能电动机

跟据负载变化自动改变输出功率的双功率节能电动机。即利用负载检测器在线监测负载功率的大小，当该功率大于某一设定值时可通过接触器自动将三相绕组连接成三角形，输出较大的功率；而当负载功率小于某一设定值时，将三相绕组转换为延边三角形，电动机输出较小的功率。实现了两种功率的自动转换，节约了电能。

二、实验测试

为了验证系统的可行性和可靠性，采用1个协调器节点、1个路由节点、5个终端节点（温控器），组成1个Zigbee区域网络。每个终端节点挂有温度传感器和风机盘管电动阀，相距（5～10）m，中間有墙体阻挡，进行实验测试，测试结果如图1所示。根据实验结果，智能楼宇监控中心能够接收到末端温控器自动上传的房间内温湿度等信息，查询末端温控器的运行参数，对其远程控制时间延迟少于1 s，实测证明该系统ZigBee网络能够稳定运行。

结束语

随着科技的发展，智能楼宇建筑已是大势所趋，在智能楼宇节能系统中中央空调系统的节能成为整个系统节能的关键，该课题通过建立Zigbee无线组网，采集各个区域的温、湿度的数据信息来实现选程控制，以达到优化中央空调系统的目的，该课题结合Zigbee技术实现对末端温控器的实时在线监控，通过改变双功率电动机的功率来实现节能的目的。

参考文献：

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