專利名稱：基于無線傳感器網絡的空調節能系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及空調節能領域，具體地說是基于無線傳感器網絡的空調節能系統。技術背景目前，建筑能耗占國家總能耗的第一位。我國的建筑能耗約占總能耗的25%， 在一些發達國家可高達30% 40%，其中建筑能耗的30%來自空調，因此空調 節能具有非同一般的意義。現有的空調節能系統存在低成高、功耗高、安裝和維護麻煩的特點。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于無線傳感器網絡的空調節能系統。本發明要解決的是空調節能問題，具體是利用無線傳感器網絡技術設計一種 低成本、低功耗、安裝和維護方便、操作簡單的空調節能系統。本發明的技術方案是本發明是利用無線傳感器網絡技術建立起來的空調節 能系統，它由大量無線室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)、 無線空調節能控制器(2)和監控中心(1)組成；無線室外溫濕度檢測端機(3) 負責采集室外的溫濕度信息，無線室內溫濕度檢測端機(4)負責采集室內的溫濕度信息。這兩種無線檢測端機按照指定的時間間隔周期性的進行檢測，通過自組織形成的多跳無線路由將檢測結果上報給無線空調節能控制器(2);無線空調節能控制器(2)安裝與空調當中，負責連接到由監控中心(1)所組織的無線網絡中，并組織一個無線檢測網絡供無線室內外溫濕度檢測端機連接，負責無線室內外溫濕度檢測端機信息的收集、存儲、分析和轉發，同時根據檢測端機的信息 計算出合適的空調控制參數，并對空調進行控制，還同時轉發檢測端機的信息到 監控中心(1)并接收來自監控中心(1)的控制信息；監控中心(1)負責所有 信息的匯總、統計、分析和處理，實時顯示空調的運行情況和室內外溫濕度情況， 并接收來自用戶的強制控制信息，然后下發到無線空調節能控制器(2)，實現對 真個無線網絡的控制和空調的節能控制。本發明的基于無線傳感器網絡的空調節能系統可以實時準確對各個空調進 行節能控制的同時，還可以報告室內外溫濕度信息和空調的運行信息，使用戶能 夠隨時査看現場空調設備的運行情況，并根據統計信息和分析數據進行更優化的 控制和能源供應，從而提高能源管理水平、減少能源損耗、節約能源成本。
圖l為本發明的系統結構框圖；圖2為本發明的網絡工作流程圖；圖3為本發明中的監控中心工作流程圖；圖4為本發明的無線空調節能控制器工作流程圖；圖5為本發明的無線室內外溫濕度端機工作流程圖；圖6為本發明的數據傳輸過程說明圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。如圖所示，本發明由大量無線室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)、無線空調節能控制器(2)和監控中心(1)組成(見圖1)。無線 室外溫濕度檢測端機(3)負責采集室外的溫濕度信息，無線室內溫濕度檢測端 機(4)負責采集室內的溫濕度信息。這兩種無線檢測端機利用電池供電，按照 指定的時間間隔周期性的進行檢測，通過自組織形成的多跳無線路由將檢測結果 上報給無線空調節能控制器(2);無線空調節能控制器(2)是利用市場上的空 調節能控制器進行改造，使其具有無線通信、控制和存儲能力，安裝于空調當中， 負責連接到由監控中心(1)所組織的無線網絡中，并組織一個無線檢測網絡供 無線室內外溫濕度檢測端機連接，負責無線室內外溫濕度檢測端機信息的收集、 存儲、分析和轉發，同時根據檢測端機的信息計算出合適的空調控制參數，并對 空調進行控制，還同時轉發檢測端機的信息到監控中心(1)并接收來自監控中 心(1)的控制信息；監控中心(1)負責所有信息的匯總、統計、分析和處理， 實時顯示空調的運行情況和室內外溫濕度情況，并接收來自用戶的強制控制信 息，然后下發到無線空調節能控制器(2)，實現對真個無線網絡的控制和空調的 節能控制。上述系統組成的自組織的多跳無線傳感器網絡分為網路建立、網絡維護和數 據傳輸三個部分；在網絡建立以后，系統周期性的進行網絡維護，并在空閑時間 進行數據傳輸(見圖2)。監控中心(1)在上電初試化以后，建立一個以自己為管理中心的無線網絡， 并開始接納無線空調節能控制器(2)加入網絡。監控中心(1)按照指定時間周 期性的維護網絡，去除失效路由信息，添加新增路由信息，監控中心(1)接收 所有自身網路內的無線空調節能控制器(2)上報的數據，并進行數據的統計、 分析和處理，同時接收用戶的控制命令，將控制信息下發給無線空調節能控制器(2)。監控中心(1)最多可接納254個無線空調節能控制器(2)。(見圖3) 無線空調節能控制器(2)在上電初試化以后，嘗試與監控中心(1)或是其 周圍的已經加入網絡的無線空調節能控制器(2)通信，通過它們加入到網絡中， 當存在一個以上網絡可以加入時，則通過判斷周圍網路的連接性能進行選擇性加 入。無線空調節能控制器(2)在成功加入網絡后，允許接納周圍的室外溫濕度 檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)和其他未加入的無線空調節能控 制器(2)通過自身加入到網絡中，并負責中繼轉發來自由其接納加入網絡的無 線空調節能控制器(2)的需要上報至監控中心(1)的數據。(見圖4)室外溫濕度檢測端機(3)和無線室內溫濕度檢測端機(4)在上電初始化后， 嘗試與已經加入網絡的無線空調節能控制器(2)通信，通過它們加入到網絡中， 當存在一個以上網絡可以加入時，則通過判斷周圍網路的連接性能進行選擇性加 入。室外溫濕度檢測端機(3)和無線室內溫濕度檢測端機(4)在加入網絡以后， 負責按照指定的時間參數對溫濕度信息進行采集，并傳輸給所加入到的無線空調 節能控制器(2)上。(見圖5)室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)和無線空調節能控 制器(2)的布設數量為每個空調各一個，其中檢測端機布設在能夠相對測量出 室內外溫濕度的地方，無線空調節能控制器(2)布設在空調內部。監控中心(1)動態維護網絡拓撲，網絡系統具有很強的魯棒性、抗毀性。 當網絡中的某個無線空調節能控制器(2)失效時，原來需要經過該無線空調節 能控制器(2)中繼轉發數據的無線空調節能控制器(2)，可以自動選擇其它無 線空調節能控制器(2)為其中繼轉發數據；除了失效無線空調節能控制器(2) 外的其它所有無線空調節能控制器(2)均能繼續正常工作，網絡傳輸不會因為 一個無線空調節能控制器(2)的失效而癱瘓。室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)與無線空調節能 控制器(2)之間，無線空調節能控制器(2)與無線空調節能控制器(2)之間， 無線空調節能控制器(2)與監控中心(1)之間的無線傳輸采用數據確認機制。 數據的發送方在發送數據幀后，需要等待接收方返回的確認幀，以確認接收方收 到該數據幀。如果在規定時間內，發送方沒有收到接收方返回的確認幀，發送方 將重發該數據幀，直至收到接收方返回的關于該數據幀的確認幀。(見圖6)室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)與無線空調節能 控制器(2)之間，無線空調節能控制器(2)與無線空調節能控制器(2)之間， 無線空調節能控制器(2)與監控中心(1)之間的無線傳輸采用帶沖突避免的信 道偵聽機制來有效避免由于共用無線信道產生的碰撞沖突。在發送端發送數據 前，發送端先偵聽信道忙閑，如果信道空閑，則立即發送；如果信道為忙，則隨 機延遲一段時間之后再偵聽信道忙閑，如果信道空閑，則立即發送；如果信道仍 然為忙，則再隨機延遲一段時間之后偵聽信道忙閑，直至偵聽到信道空閑時進行 發送。(見圖4、 5、 6)系統采用了先進的功耗控制方法，最大程度地提高了系統的續航能力。在硬 件方面，系統采用低功耗處理芯片，電路板的設計也充分考慮了低功耗要求；在 軟件方面，除了采用休眠機制以外，還采用了先進的基于能量的路由轉發策略， 各無線檢測端機能夠根據本地的電池能量特性來工作，在增加了單個無線檢測端 機使用時間的同時，也延長了整個網絡的連續工作時間。上述系統中的設備所選用的射頻模塊工作頻率為433MHz，帶寬為64MHz，數據 傳輸速率及功率可調，最大傳輸速率500kbps，最大傳輸功率10dBm，布設在通 視時的無線傳輸距離最大可到300m。
權利要求
1.基于無線傳感器網絡的空調節能系統，其特征在于該系統為自組織的多跳的無線傳感器網絡系統，它由大量無線室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)、無線空調節能控制器(2)和監控中心(1)組成；無線室外溫濕度檢測端機(3)負責采集室外的溫濕度信息，無線室內溫濕度檢測端機(4)負責采集室內的溫濕度信息，這兩種無線檢測端機按照指定的時間間隔周期性的進行檢測，通過自組織形成的多跳無線路由將檢測結果上報給無線空調節能控制器(2)；無線空調節能控制器(2)安裝與空調中，負責連接到由監控中心(1)所組織的無線網絡中，并組織一個無線檢測網絡供無線室內外溫濕度檢測端機連接，負責無線室內外溫濕度檢測端機信息的收集、存儲、分析和轉發，同時根據檢測端機的信息計算出合適的空調控制參數，并對空調進行控制，還同時轉發檢測端機的信息到監控中心(1)并接收來自監控中心(1)的控制信息；監控中心(1)負責所有信息的匯總、統計、分析和處理，實時顯示空調的運行情況和室內外溫濕度情況，并接收來自用戶的強制控制信息，然后下發到無線空調節能控制器(2)，實現對真個無線網絡的控制和空調的節能控制。
2. 根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的空調節能系統，其特征在 于系統采用由監控中心(l)、無線空調節能控制器(2)、室外溫濕度檢測端機(3) 和無線室內溫濕度檢測端機(4)自組織建立的多跳無線傳感器網絡；監控中心(1)在上電初試化以后，建立一個以自己為管理中心的無線網絡， 并開始接納無線空調節能控制器(2)加入網絡；監控中心(1)按照指定時間周期性的維護網絡，去除失效路由信息，添加新增路由信息，監控中心(1)接收所有自身網路內的無線空調節能控制器(2)上報的數據，并進行數據的統計、 分析和處理，同時接收用戶的控制命令，將控制信息下發給無線空調節能控制器(2);監控中心(1)最多可接納254個無線空調節能控制器(2);無線空調節能控制器(2)在上電初試化以后，嘗試與監控中心(1)或是其 周圍的已經加入網絡的無線空調節能控制器(2)通信，通過它們加入到網絡中， 當存在一個以上網絡可以加入時，則通過判斷周圍網路的連接性能進行選擇性加 入。無線空調節能控制器(2)在成功加入網絡后，允許接納周圍的室外溫濕度 檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)和其他未加入的無線空調節能控 制器(2)通過自身加入到網絡中，并負責中繼轉發來自由其接納加入網絡的無 線空調節能控制器(2)的需要上報至監控中心(1)的數據；室外溫濕度檢測端機(3)和無線室內溫濕度檢測端機(4)在上電初始化后， 嘗試與已經加入網絡的無線空調節能控制器(2)通信，通過它們加入到網絡中， 當存在一個以上網絡可以加入時，則通過判斷周圍網路的連接性能進行選擇性加 入；室外溫濕度檢測端機(3)和無線室內溫濕度檢測端機(4)在加入網絡以后， 負責按照指定的時間參數對溫濕度信息進行采集，并傳輸給所加入到的無線空調 節能控制器(2)上；上述監控中心(1)、無線空調節能控制器(2)、室外溫濕度檢測端機(3)和 無線室內溫濕度檢測端機(4)在上電啟動后的一切工作，無需人工配置，網絡 自組織形成。室外溫濕度檢測端機(3)和無線室內溫濕度檢測端機(4)上報的數據只能 先發送到無線空調節能控制器(2)上，再由無線空調節能控制器(2)發送到監 控中心(1);無線空調節能控制器(2)所上發的數據可以直接到監控中心(1), 也可以經過其他的無線空調節能控制器(2)中轉到監控中心(1)，所以無線網 絡是多跳的。
3. 根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的空調節能系統，其特征在于 監控中心(1)動態維護網絡拓撲，使網絡系統具有很強的魯棒性、抗毀性；在 網絡中的某個無線空調節能控制器(2)失效時，原來需要經過該無線空調節能 控制器(2)中繼轉發數據的其他無線空調節能控制器(2)，可以自動選擇其它 無線空調節能控制器(2)為其中繼轉發數據；除了失效的無線空調節能控制器(2)外的其它所有無線空調節能控制器(2)均能繼續正常工作，網絡傳輸不會 因為一個無線空調節能控制器(2)的失效而癱瘓。
4. 根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的空調節能系統，其特征在于 室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)與無線空調節能控制 器(2)之間，無線空調節能控制器(2)與無線空調節能控制器(2)之間，無 線空調節能控制器(2)與監控中心(1)之間的無線傳輸釆用數據確認機制；數 據的發送方在發送數據幀后，需要等待接收方返回的確認幀，以確認接收方收到 該數據幀；如果在規定時間內，發送方沒有收到接收方返回的確認幀，發送方將 重發該數據幀，直至收到接收方返回的關于該數據幀的確認幀。
5. 根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的空調節能系統，其特征在于 室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)與無線空調節能控制 器(2)之間，無線空調節能控制器(2)與無線空調節能控制器(2)之間，無 線空調節能控制器(2)與監控中心(1)之間的無線傳輸采用帶沖突避免的信道 偵聽機制來有效避免由于共用無線信道產生的碰撞沖突；在發送端發送數據前， 發送端先偵聽信道忙閑，如果信遣空閑，則立即發送；如果信道為忙，則隨機延 遲一段時間之后再偵聽信道忙閑，如果信道空閑，則立即發送；如果信道仍然為 忙，則再隨機延遲一段時間之后偵聽信道忙閑，直至偵聽到信道空閑時進行發送。
全文摘要
本發明公開了一種基于無線傳感器網絡的空調節能系統，包括監控中心(1)、無線空調節能控制器(2)、無線室外溫濕度檢測端機(3)、無線室內溫濕度檢測端機(4)。本發明可根據室內外溫濕度的差異，及時地調節每個空調的運行參數，并且能夠實現對室內外溫濕度信息和空調運行信息的統計、分析和預警功能，方便用戶對空調使用情況進行統一比對，以便及時調整各個空調的運行參數，從而達到節能的目的，也能夠延長空調的使用壽命。
文檔編號H04L12/407GK101235998SQ20081006005
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月5日 優先權日2008年3月5日
發明者劉海濤, 波 吳, 周璐巍, 華 姜, 帆 張, 李中一, 李保海, 康 趙, 鮑星合 申請人:中科院嘉興中心微系統所分中心