基于行为分析的家居节能系统的研究与设计

【摘要】：家庭用电的节能应从主动节能和被动节能两方面入手，当前传统的家庭用电由电力公司单方面进行管理，虽然通过宣传教育和提高电价，可增强公民的主动节能意识，但由于大多数用户没有家庭能耗的详细分析数据，在节能上很多时候存在较大的不确定性和误区。家庭用电分为刚性需求和弹性需求两部分。通过研究两种需求的规律性，可进一步减少家庭用电的浪费。本文针对调温系统和照明系统等家庭主要用电对象，设计了一套能够智能调节空调温度和灯光亮度的方案，该方案采用PMV和视觉舒适度等评价指标来合理规范空调的温度输出和灯光的亮度。基于视觉舒适度的灯光控制系统根据家庭成员不同的家庭活动所需要的最适亮度作为调节的依据，包含了亮度采集和调光模块两个功能模块。在温度调节上，相比较传统的直接以温度为控制目标的方式，基于PMV评价指标的系统以人体的热感觉作为最终的考虑对象。 论文首先对生活中常出现的电能浪费现象进行了调查并分析了各种内在原因，分别从灯光照明、空调系统以及家用电器三个方面设计了优化的节能系统。通过对多个设计方案的比较，在灯光节能上，以韦伯-费希纳定律建立数学模型，利用已有的调查实验数据来确定多种家庭活动的最适照度范围，作为算法实现的基础。同时给出了相关控制系统的硬件设计方案，完成软硬件综合调试。此后针对空调控制系统，采用现今较为完善的PMV评价指标作为调节的算法依据，采用matlab对影响热感觉的6个因素进行仿真，分析各因素对PMV指标也就是人体热感觉的影响，然后给出了调温控制系统的硬件设计方案。 最后采用CS5463设计了一种电能测量装置。整个系统的传感器和设备采用分布式安装，利用ZigBee技术传输数据与控制命令，在控制中心上制作了一种简单的应用界面，以方便测试操作。 本系统应用了嵌入式技术、无线传感技术、主动节能技术和自动节能技术，结合空调调温以及灯光控制的节能算法，实现了一种智能节能新方案，为相关领域的研究提供了一种有益的参考。 【关键词】：PMV 视觉舒适度 智能节能 能耗检测
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM92;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的提出和意义10-11
• 1.2 课题的研究背景11-13
• 1.2.1 家庭节能相关的行为模式分析12-13
• 1.3 家庭节能在国内外的发展状况13-16
• 1.4 论文的主要内容和重难点16-17
• 1.5 论文结构安排17-18
• 第2章 基于视觉舒适度的灯光控制系统18-25
• 2.1 韦伯-费希纳定律18-19
• 2.1.1 韦伯-费希纳定律的提出18
• 2.1.2 古典的韦伯-费希纳定理18-19
• 2.1.3 广义的韦伯-费希纳定理19
• 2.2 视觉舒适度的评价指标19-20
• 2.2.1 视觉舒适度评价指标的提出19
• 2.2.2 最佳视觉舒适度的计算19-20
• 2.3 光照度测量装置20-22
• 2.3.1 数字照度传感器 BH1750FVI20-22
• 2.4 PWM 调光模块22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 基于 PMV 的温度调节系统25-33
• 3.1 热舒适度的评价指标25-29
• 3.1.1 PMV 指标的计算25-26
• 3.1.2 各种因素对 PMV 的影响仿真和分析26-29
• 3.2 温度测量模块29-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 嵌入式 Linux 中央控制器的功能实现33-55
• 4.1 系统的总体框架结构33-34
• 4.2 嵌入式系统简介34-39
• 4.2.1 嵌入式 linux 操作系统34-37
• 4.2.2 ARM 嵌入式 linux 系统37-39
• 4.3 嵌入式 ARM 处理器 S3C244039-43
• 4.4 QT 图形界面构建43-44
• 4.4.1 QT 介绍43
• 4.4.2 QT 工具介绍及环境搭建43-44
• 4.5 嵌入式数据库 SQLite44
• 4.6 一种实时数据的平滑统计方法44-45
• 4.7 p18f45k20 微控制器45-48
• 4.8 基于 CS5463 的电能计量装置48-54
• 4.8.1 电能计量装置硬件设计50-52
• 4.8.2 CS5463 的软件编程52-54
• 4.9 本章小结54-55
• 第5章 ZigBee 无线传感网络55-67
• 5.1 ZigBee 技术优势和应用55-56
• 5.2 ZigBee 的协议框架56-57
• 5.3 ZigBee 协议栈57-63
• 5.3.1 ZigBee 的服务原语59-61
• 5.3.2 基于 TI 的 z-stack 协议栈的应用开发61-63
• 5.4 ZigBee 无线传感网络芯片 cc253063-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 功能模块测试以及结果分析67-72
• 6.1 灯光节能测试结果67-69
• 6.1.1 灯光节能系统的不足及后期改进思考69
• 6.2 温度调节系统测试结果69-71
• 6.2.1 温度调节系统的不足及后期改进思考71
• 6.3 电能计量装置测试结果71-72
• 第7章 总结与展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 附录77

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