基于无线传感器网络的中央空调末端节能控制系统研究

【摘要】：随着我国能源对外依存度越来越高,能源安全问题已不容忽视,如何有效的提高能源利用率成为当前的研究热点问题,而建筑物中的中央空调作为耗能大户,具有巨大的节能潜力。目前,在大型公共建筑中的中央空调设备普遍采用的是楼宇自控系统(BAS),该系统仅针对中央空调的各个子设备实行分别监控,很难实现全局的优化控制,无法获得最佳的节能效果。 本文在分析原有大型公共建筑中央空调节能控制不足的基础上,以中央空调全局节能为目标,建立一套基于无线传感器网络的中央空调末端节能控制系统,提高建筑物内中央空调的运行效率,以达到节约能源的目的。 首先,将系统能效理论推广到空调末端系统,建立起一套空调末端系统能源利用效率的评价机制。在保证空调始终保持高能效运行的基础上,本文提出将大型公共区域划分为不同的温度控制区域,并在各区域采用不同的控制策略,再结合人体舒适性指数作为控制参数,确立系统所要达到的最终控制目标。 其次,对几种应用较为广泛的短距离无线通信技术进行了介绍,通过对其性能参数进行对比,选择ZigBee作为设计系统的无线传感器网络通信方式。在此基础上,设计了系统的总体结构框架,阐述了系统的工作原理。 最后,对系统中的主要功能模块进行硬件设计和软件设计。硬件方面：主控制器选用了低功耗的16位MSP430F149处理器；无线通信收发模块采用CC2520+CC2591组合方案,提高系统的通信距离和信号稳定性；另外,本文还对温湿度数据采集模块、开关量控制输出模块、RS485通信模块和电源模块进行了设计。软件方面：对ZigBee初始组网的程序流程进行设计,给出ZigBee网络中的协调器节点、路由节点、终端节点的应用程序设计流程以及温湿度数据采集的设计流程。 【关键词】：中央空调 无线传感器网络 系统能效 末端节能 ZigBee
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB657.2;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景与实际意义9-10
• 1.2 空调节能控制的国内外研究现状10-12
• 1.3 无线传感器网络的研究概述12-14
• 1.3.1 无线传感器网络国内外发展现状12-13
• 1.3.2 无线传感器网络的体系结构和特点13-14
• 1.4 论文的主要内容及结构14-16
• 第2章 空调末端系统的节能评价体系16-31
• 2.1 空调系统能效理论的引入16
• 2.2 空调末端系统能效模型的建立与验证16-25
• 2.2.1 空调末端系统能效的定义16-18
• 2.2.2 空调末端系统冷负荷的计算18-22
• 2.2.3 模型的建立与验证22-25
• 2.3 人体舒适性指数的计算25-27
• 2.4 空调末端系统的控制策略27-30
• 2.4.1 区域能效的分块管理27-28
• 2.4.2 空调末端系统的控制策略28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 空调末端节能控制系统的总体方案设计31-41
• 3.1 无线传感器网络数据通信方式的选择31-34
• 3.1.1 几种短距离无线通信技术介绍31-33
• 3.1.2 无线通信方案选择33-34
• 3.2 ZigBee协议框架与组网技术分析34-38
• 3.2.1 ZigBee协议的架构34-37
• 3.2.2 ZigBee组网技术37-38
• 3.3 空调末端节能控制系统的总体框架设计38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 空调末端节能控制系统的硬件设计41-54
• 4.1 处理器模块的设计41-44
• 4.2 无线通信模块的设计44-47
• 4.3 数据采集模块的设计47-50
• 4.3.1 温湿度传感器的设计47-49
• 4.3.2 热释电红外传感器的设计49-50
• 4.4 开关量控制输出模块的设计50-51
• 4.5 RS485串口通信模块的设计51-52
• 4.6 电源模块的设计52-53
• 4.7 本章小结53-54
• 第5章 空调末端节能控制系统的软件设计54-71
• 5.1 末端节能控制系统的总体软件框架54-55
• 5.2 ZigBee初始组网的软件设计55-63
• 5.2.1 网络协调器创建新网络的软件设计55-57
• 5.2.2 路由节点关联入网的软件设计57-62
• 5.2.3 终端节点入网的软件设计62-63
• 5.3 ZigBee网络节点通信的程序设计63-68
• 5.3.1 网络协调器节点的程序设计64-66
• 5.3.2 路由节点的程序设计66-67
• 5.3.3 终端节点的程序设计67-68
• 5.4 温湿度采集的程序设计68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 研究展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76

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