基于ZigBee技术的智能家居采暖节能控制的应用研究

郭建兴

（长安大学，陕西西安,710064）

基于ZigBee技术的智能家居采暖节能控制的应用研究

郭建兴

（长安大学，陕西西安,710064）

本文介绍了建筑节能采用的主要措施，针对我国北方建筑中分户计量模式的供暖系统，采用STM32控制器和ZigBee模块，提出并设计了基于ZigBee技术的智能家居采暖节能控制系统，实现采暖用户对室内温度无线控制与远程控制。

建筑节能；ZigBee；STM32；智能家居

0 前言

随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，建筑的运营能耗也在不断增加，节能环保的问题已成为当前全社会关注的热点。物联网技术的应运而生为建筑节能开辟了创新型的有效途径，使人们在享受高新科技带来的便利的同时，也对能源进行了合理利用，减少了建筑能耗。

1 建筑节能措施

建筑节能是贯彻落实国家可持续发展战略的重要举措，是我国城镇化与城市发展的重要内容，旨在降低建筑能耗，减少环境污染，应对气候变化。

建筑节能的基本方法有建筑电气节能，建筑采暖节能及可再生能源有效利用。建筑电气节能主要是通过合理的规划设计，采用自动控制技术与物联网技术对建筑电气系统中的供配电系统、照明系统、暖通空调机组、给排水设备及送排风电机等设备运行状况进行实时监控，分析建筑机电设备的能量转换效率及运行数据，并且对电气设备的运行管理系统进行优化。最终达到提高建筑电气系统的能源综合利用率与减少系统能源消耗的目的，实现建筑节能的效果。

建筑采暖系统的节能是建筑节能最主要的方法之一，建筑采暖能耗在建筑总能耗中占很大比例。当前我国单位建筑面积的综合采暖能耗大约为气候相近的发达国家的两倍多。《节能中长期专项规划》中明确强调，大力开展北方采暖地区的建筑采暖节能，改变供热体制，推行建筑集中采暖按热表计量收费的模式。进而通过物联网技术及自动控制技术对采暖系统进行智能全自动调节控制和远程控制，将更加提高建筑节能的效果。

2 智能家居采暖节能控制系统的设计

2.1 控制系统总体结构

智能家居采暖节能控制系统由ZigBee无线通讯模块、主控制器与远程通信系统组成，系统框图如图1所示。智能家居采暖节能控制器是整个节能控制系统的核心，主要负责接收通过手机或Internet发来的控制信息，并将控制信息转换成相应的控制命令通过由ZigBee节点组成的无线网络发送到ZigBee终端模块，ZigBee终端模块再将控制命令传输给与其连接的阀门控制器，阀门控制器根据指令驱动电动控制阀转动相应角度，从而实现暖气片热流量的控制。

图1 智能家居采暖节能控制系统框图

智能家居节能控制系统的ZigBee模块选用TI的ZigBee芯片CC2530，该模块主要由ZigBee芯片、晶振、天线与扩展引脚组成。智能家居系统的内部通信是由ZigBee节点组成的无线网络，该无线网络功能由协调器、路由器及终端节点组成。其中协调器与主控制器连接，行使网关的功能，负责无线网络的建立及配置，接收终端节点发来的数据并反馈到主控制器，转发主控制器的控制命令到指定的终端节点。终端节点本身也是网络的路由器，可以传输网络数据信息，同时接收主控制器的命令。

智能家居采暖节能控制系统可以实现用户通过手机或互联网对家里采暖阀门的远程控制。如果在家里没人的情况下，室内不需要很高温度，用户可以通过控制器将采暖阀门关小；如果在家里有人的情况下，可以根据室内不同房间的使用情况及温度，对不同房间内的暖气片阀门进行合理控制，使室内温度最终达到一定的范围。通过对采暖系统的合理控制，实现了室内热量的有效利用，提高了能源利用率，不仅减少了用户的采暖费用，也达到了建筑节能的效果。

2.2 控制器结构设计

智能家居采暖节能控制器是整个节能控制系统的核心，本系统选用ST Microelectronics 公司设计的STM32作为节能控制系统的主控制器。STM32是一个基于ARM Cortex-M3内核的控制器，可提供最大72MHz的工作频率，配备了32～512KB的Flash存储器和6～64KB的SRAM静态随机存储器，是一款具有多种数据接口和功能齐全的精密通用外设，包括低功耗与可扩展性强等优点的控制器。

ZigBee网络协调器通过USB接口与控制器连接，主要作用是接收控制器发来的指令并发送到ZigBee终端节点。手机用户和控制器之间通过GPRS网络进行短信通信。该控制器配有以太网接口，载入了操作系统与应用程序，使用者可以通过Internet互联网实现与控制器的通信，从而实现对智能家居采暖系统的远程控制。

图2 控制器硬件结构

3 结语

本文利用物联网技术，对建筑中每个家庭的分户计量模式供暖系统的运行状态进行实时远程监控，实现了对能源的合理利用，并且减少了单位面积建筑的采暖能耗。随着建筑节能相关的有利政策的不断出台，物联网技术的不断发展，建筑节能的方法会更加方便和高效。

[1]刘洋.居住建筑能耗动态模拟研究与能耗计算软件的开发[D].天津大学,2004.

[2]纪祥和.物联网环境下家庭节能控制装置研究与实现[D].山东建筑大学,2014.

Research on heating energy saving control of smart home based on ZigBee technology

Guo Jianxing
(Chang’an University, Xi’an Shaanxi,710064)

Aiming at the heating system of household metering mode in the north of china, this paper introduces the main measures of building energy saving. STM32 controller and ZigBee module are used in the paper. The paper proposes and designs a heating energy saving control system for smart home based on ZigBee technology, which can realize the wireless control and remote control of indoor temperature for users.

building energy saving; ZigBee；STM32; smart home