基于NB-IoT的空调智能管控系统的研发与设计

邵检江 周涛鸣

摘要：针对高校空调系统智能化程度低和能耗较高问題，设计开发了基于NB-IoT的空调智能管控系统，从主要硬件模块和主要软件功能两方面介绍了系统的设计，实现了空调系统高效节能智能化管理。

关键词：空调智能管控系统;NB-IoT;智能管理

引言

十三五期间，随着国家财政不断地加大教育事业的投入，各高校办学条件不断提高，多媒体课室、学生宿舍、实验室、办公室和图书馆等场所，基本上都安装了空调。空调作为高校教学工作和生活学习的必需品，由于在建设初期没有充分考虑到空调能耗的重要性，采购安装的空调一般为能效等级较高的产品，空调能耗占到生均用电能耗的50%以上，空调能耗已成为公共建筑耗能的第一大用户，随着国家公共机构节能降耗的要求越来越严格，如何有效降低空调的能耗，提高其使用效率和智能科学的监控管理，成为高校亟需解决的问题。

一、空调系统运行管理中存在的问题

（一）节能意识不高

高校安装空调体量大使用频繁，用能浪费严重。在日常使用空调过程中，存在很多不好的习惯。课室下课后、离开实验室后，人走空调常开;不随手关门、打开窗户在办公室使用空调;人少的时候，多台空调照样开启，不按实际情况使用空调等。学生宿舍空调常年每天24小时不停机运转;一开空调就把温度调成16度最大冷度，经常披着厚外套使用空调;根据相关测试数据显示，空调制冷每调低1度，能耗就增加1度。

（二）空调管理智能化程度低

高校采购的空调一般为定频空调，空调系统不能自动调节温度和控制风量，没有智能控制管理功能模块，需要人工操作进行启停控制;空调安装的范围比较广，红外遥控器在师生手上，使用比较随意，很难形成有效的监管;空调没有相关的计量管理功能，运维管理工作一般采用人工巡查、人工抄录管理模式;空调线路与其他动力设备、照明线路并在一起，不能实时单独采集用能数据;所有空调为单机模式，空调分布范围比较散乱，没有进行联网管理，能耗数据、能耗分析、节能改造、能源管理等无法实现精准管理，进而无法建立统一的空调智能监管平台。

二、基于NB-IoT的空调智能管控系统

NB-IoT（窄带物联网），是一种新兴的物联网技术，在全世界范围内覆盖广，相比现有物联网技术，在同等频段下，覆盖能力提升数十倍;移动蜂窝网络支持十万级以上设备连接数，低延时安全可靠;NB-IoT终端模块功耗低架构优，待机时间长达数年;模块化设计，大大降低企业研发成本。基于NB-IoT的空调智能管控系统，集电能数据采集计量、温度感应和控制、移动网络智能控制、预付费管理、网速风量控制、远程通讯和能耗数据统计分析等功能为一体。

（一）系统实现主要功能

电能数据采集计量，根据功率因素、电流电压、使用状态等实现电能数据采集和计量;实现手机App智能控制设备、定时开关机、监测设备运行状态、风速控制和定制课程表模式;NB-IoT无线通讯，实现网络充值支付、实时抄表、实时控制、定时管理、温度感应和控制等;空调智能控制器具有自主学习、发送功能，兼容适匹市面上所有主流机型;能耗数据统计分析，具备能耗数据采集实时上传、高低峰数据分析、用电量统计和在线网络管理等功能;通过智能控制，合理配置，使每一台定频空调运行能耗降低5%以上。

（二）系统主要硬件模块设计

系统硬件平台主要由ARM高频处理器模块、NB-IoT无线通讯模块、红外控制模块、温控模块、DDR内存和Flash存储模块组成。ARM高频处理器模块采用基于ARM Cortec-A35四核1.2GHz频率的处理器，能满足高性能的数据运算和高效率的智能控制;NB-IoT无线通讯模块具有连接设备数多、覆盖范围广、低延时低成本的特点;红外控制模块与空调进行无缝连接控制，当进行远程控制空调时，能够以99%的准确率反馈红外指令结果;温控模块可进行16至30度的温度控制;16M DDR内存和大容量Flash存储模块能够满足运算和存储的需求;设备支持最大功率4000W，额定电压250V，最大电流16A;内置设备编码库，兼容适匹市面上所有的主流空调设备。

（三）系统主要软件功能设计

基于B/S三层架构设计，研发空调智能控制器，搭建空调智能管控平台。进入智能管控系统，系统会自动显示空调设备分布位置和自动识别运行状态;进入某一台空调时，系统实时显示设备的当前电流、当前功耗、当前电压和用电量;在线可以进行定时开机、定时关机、温度调节、风速设置等操作;后台通过对空调数据的分析诊断，判断空调是否节能或存着故障，一旦发现异常情况，会立即发送信息提醒用户;系统能精确地统计空调每日、每月和每年的用电量，准确检测空调的实时功率、温度和频率等参数，并自动上报数据到后台;通过手机即可查看当前和历史用电数据，;根据教室课表设置定时课表任务，课前自动开空调，课后自动关空调，既能保障师生们舒适的学习环境，又能节约用电。

三、结语

系统部署上线后，性能高效稳定，用户反映方便实用，取得了不错的节能效果，大大减轻的能源管理人员的工作量，同时提高了能源管理水平。

参考文献：

[1]朱宝旺，秦聪，孙浩，赵树磊，丛文霞，李道勇.基于ZigBee的智能空调温湿度控制系统的设计[j].科技视界，2019（6）：127-129

[2]徐亚玲.一种中央空调智能控制与管理系统的设计与实现，2019（32）：119-120