专利名称:一种空调能耗监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种远程监测与控制技术，特别是通过GPRS无线网络和MBUS、RS-485有线网络相结合的分布式能耗监控系统，具体为空调能耗监控系统。
背景技术：
目前，应用于空调节能与控制的技术主要是将单个空调作为控制对象，通过红外人体感应设备、温度传感器等检测环境参数，对空调的运行状况进行自动调节，达到节电的目的。如公开号为CN101110097A的中国发明专利公开了一种通过窗户的开关控制空调设备或中央空调末端设备电源的通断进行节能控制的，该发明不大适合目前企事业单位对空调的量化管理，没有采集能耗数据的接口，也没有集中监控设备。还有以物联网、无线传感器网络技术为基础的节能控制系统，由于无线传感器网络信号范围较小，基站对终端的连接数有限制，一般少于10个，限制了其实用性。众所周知的RS-485总线网络，由于其通信信号电压在6. 8V以内，单个RS-485接口芯片理论上的最多设备连接数为128个，实际能够连接的设备的数量远小于该数，增加RS-485集线器可以解决连接数的问题，但对于设备总体分散，局部集中的结构，RS-485总线结构的监控网不能很好地适应。目前解决设备总体分散、局部集中的监控技术是GPRS与MBUS相结合的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于企事业单位的空调设备在地域上总体分散，局部相对集中，设备台件数量较多的空调能耗监控系统，为了达到良好的监控效果，本发明采用的技术方案是
一种空调能耗监控系统，包括监控室的PC机和GSM模块或手机，楼宇的GSM/MBUS转换器，被监控单元内的电能表、空调节能监控器和空调器。所述的GSM/MBUS转换器由MBUS总线接口、30V/15V电平转换电路、电流/电压转换电路、RS-232接口、GSM模块、带双串行口的MCU和220V转30V/5V电源模块组成。所述的空调节能监控器由电表脉冲输入接口、人体红外传感器输入接口、温/湿度传感器输入接口、红外遥控输出接口、MBUS总线接口、RS-485总线接口、EEPROM存储器接口、电磁继电器输出接口和220V/380V转12V/5V电源模块组成。
所述的GSM/MBUS转换器的MBUS总线接口、30V/15V电平转换电路、电流/电压转换电路、RS-232接口、GSM模块、带双串行口的MCU和220V转30V/5V电源模块依次电连接。
所述的空调节能监控器的电表脉冲输入接口、人体红外传感器输入接口、温/湿度传感器输入接口、红外遥控输出接口、MBUS总线接口、RS-485总线接口、EEPROM存储器接口、电磁继电器输出接口和220V/380V转12V/5V电源模块依次电连接。
所述的监控室的PC机通过其串行口或USB接口与所述的GSM模块相连接。
所述的楼宇的GSM/MBUS转换器通过移动或联通的GPRS网络与所述的监控室的GSM模块或与手机相连接。所述的楼宇的GSM/MBUS转换器通过MBUS总线连接到所述的被监控单元内的空调节能监控器，其它被监控单元内的空调节能监控器并联连接到MBUS总线上。
所述的被监控单元内的电能表带有RS-485接口时通过RS-485接口与所述的空调节能监控器相连接，所述的电能表带有脉冲输出接口时通过电表脉冲输入接口与所述的空调节能监控器相连接，所述的空调器的电源连接到所述的空调节能监控器的电磁继电器输出接口，所述的空调节能监控器的红外遥控输出接口引出两根双绞线、双绞线终端焊接红外发射管，安装于空调红外接收头的位置。
市电220V/380V电源首先流过所述的电能表，再流过所述的空调节能监控器，再流过所述的空调器。
一种空调能耗监控系统的节能控制方法是所述的空调节能监控器能够通过所述的温/湿度传感器输入接口采集室内的温/湿度数据，通过所述的人体红外传感器输入接口采集人员在否室内的环境状态，从而通过所述的红外遥控输出接口向空调发出升温、降温、工作模式转换、开/关等指令，实现对空调的自动调节；所述的监控室的PC机安装管理 程序，可以设置所述的各房间空调开启的时间条件、开启温度/湿度条件，进行集中管理和控制所述的空调节能监控器的电磁继电器的开关达到节能的目的，通过采集电能表的数据或累计脉冲数对用户电能消耗进行统计分析，并公示以约束用户节约用电。
本发明的有益效果
1、根据企事业单位电力监管部门的管理要求，对空调的开启设置时间条件和温/湿度条件，并可以对每个空调的能耗进行统计分析，实现集中管理的目的；
2、空调节能监控器能够采集房间内的温/湿度参数、人员在否参数，自动调节空调的工作状态，从而达到节能的目的；利用空调自身的开/关机功能，避免强制关电对空调压缩机造成的不利影响，延长空调的使用寿命；
3、空调节能监控器具有记忆先前空调的工作状态的功能，减少网络通信数据量，避免通信延迟造成的不利影响；
4、本发明利用GSM网络覆盖范围广、MBUS挂载设备数量多的特点，使系统结构简单、工作性能可靠，适用于地域上分散，但办公地点局部集中的学校、企业、事业单位。
附图I是本发明的拓扑图；
附图2是本发明GSM/MBUS转换器的模块结构图；
附图3是本发明空调节能监控器的模块结构图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施例做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
附图I展示了本发明实施例的硬件设备拓扑结构，地域上分布为两个区域监控室和被监控区。监控室由一台PC机和一个GSM模块组成，它们之间通过RS-232串口线或USB转串口线连接，GSM模块在工作时需要插入SM卡，被监控区指的是一栋相对独立的楼宇和楼宇房间内的空调设备，被监控区的GSM/MBUS转换器也插入SIM卡，两卡的号码不相同。房间(被监控单元)内的市电220V/380V电源首先连接到电能表，再连接到本发明的空调节能控制器，然后连接空调器。控制信号通过本发明的空调节能控制器的MBUS接口连接到本发明的GSM/MBUS转换器的MBUS总线，多个房间的空调节能控制器均连接到此MBUS总线，房间内的电能表带有RS-485接口时通过RS-485接口与空调节能监控器相连接，电能表带有脉冲输出接口时通过电表脉冲输入接口与空调节能监控器相连接，空调节能监控器的红外遥控输出接口引出两根双绞线、双绞线终端焊接红外发射管，安装于空调红外接收头的位置，用于发送控制空调的指令。
空调能耗监控系统的工作过程如下监控室PC机上安装的应用程序参考《DL/T645-2007多功能电能表通信协议》发送文本方式的短信，被监控区的GSM/MBUS转换器接收到此短信后，对短信进行分析，转换为《DL/T 645-2007多功能电能表通信协议》相应的二进制数据包，再通过MBUS总线发送出去，总线上的空调节能监控器接收到此数据包后，进行包完整性、正确性判断，再获取包中的地址、指令、数据项，只有地址匹配的空调节能监控器才回复此数据包，回复的数据包在GSM/MBUS转换器中进行转换，以文本的方式发送出去，监控室PC机的应用程序解析接收到的短信，并存储到数据库中，从而实现监控室对被监控区空调节能监控器的工作状态查询、开关状态查询和控制、能耗查询等功能。也可以通过用 户手机编写符合《DL/T 645-2007多功能电能表通信协议》的短信，并发送文本方式的短信，可控制被监控区空调节能监控器的工作状态，但回复的短信需要专业人员才能读懂。
附图2展示了本发明GSM/MBUS转换器的内部结构框图。GSM/MBUS转换器由MBUS总线接口、30V/15V电平转换电路、电流/电压转换电路、RS-232接口、GSM模块、带双串行口的MCU和220V转30V/5V电源模块组成。GSM模块可选择以SIEMENS TC35为核心的GSM模块，该模块提供RS-232电平的三线串口和TTL电平的三线串口，用于与MCU连接，当使用GSM模块的RS-232电平的三线串口与MCU连接时，需要加RS-232接口，用以转换RS-232/TTL电平，与MCU的第一串行通信口相连接。MCU选择宏晶STC12系列带双串行口的微控制器，该MCU的第二串行口的发送引脚连接30V/15V电平转换模块，构成MBUS的信号发送电路，30V/15V电平转换模块可采用7815三端稳压器和15V稳压管，构成，由MCU的第二串行通信口的发送引脚控制输出30V或是15V。该MCU的第二串行口的接收引脚连接电流/电压转换模块，构成MBUS的信号接收电路，电流/电压转换模块由分流电阻和比较器构成。MBUS总线接口串联分压电阻并引出两个接线端，连接双绞线构成MBUS总线。
GSM/MBUS转换器的工作过程是GSM模块接收到监控室发来的短信后，产生中断信号通知MCU，MCU通过其第一串行口发送读取短信的AT指令，读取此短信，提取发送方的电话号码并判断短信中数据包的完整性和正确性，然后将此数据包转换为二进制格式，从MCU的第二串行口发送到MBUS总线，MCU并监听MBUS总线上的回复，一旦有回复，首先判断回复包的完整性和正确性，然后转换成文本格式，通过MCU的第一串口发送AT指令，将此文本格式的数据包以短信方式发送出去。
附图3展示了本发明空调节能监控器的模块结构。空调节能监控器由电表脉冲输入接口、人体红外传感器输入接口、温/湿度传感器输入接口、红外遥控输出接口、MBUS总线接口、RS-485总线接口、EEPROM存储器接口、电磁继电器输出接口和220V/380V转12V/5V电源模块组成。MCU选择带有双串口的宏晶STC12C5A60S2微控制器，当采用输出脉冲的电能表时，空调节能监控器通过其电表脉冲输入接口连接到电能表，每接收到一个电能表的脉冲，MCU需要将脉冲的累计值存储于EEPROM中，表示电能的消耗。人体红外传感器选择以PIRD204B等型号为核心的模块，安装位置避免阳光直射和空调出风口，并尽可能照射到人员工作区，温/湿度传感器可选择DHll等数字温/湿度传感器，其测温范围为室温，精度达到TC即可。红外遥控接口通过双绞线连接红外发射管，红外发射管安装到空调的红外遥控接收头附近，以便于接收到空调节能监控器发送空调控制指令。MBUS控制接口可选择TSS721A芯片，该芯片专用于MBUS总线的信号收发。RS-485电表接口可选择MAX485芯片，EEPROM可选择24C08等型号，电磁继电器可选择工作电压为12V，触点工作电压为400V，电流达到15A的小功率电磁继电器。220V/380V转12V、5V电源可选择线性电源或开关电源。
本发明空调节能监控器的工作过程是空调节能监控器从MBUS总线接收到可以 开启空调指令后，接通电磁继电器，给空调器提供电能，并每隔I分钟读取电能表，以确定空调是否正在运行，如果正在运行，则检测人体红外传感器、温/湿度传感器，确定空调是否工作在温/湿度适宜、工作人员是否离开房间，并自动通过红外遥控接口自动向空调器发送工作模式转换指令，以达到自动控制温/湿度和节电的目的。如果从MBUS接收到关闭空调的指令，空调节能监控器首先检测电能表，确定空调正在运行，然后通过红外遥控接口发送关空调指令，等空调关闭工作完成后，断开继电器，停止向空调器供电。如果没有从MBUS接收到可以开启空调的指令，则断开继电器，使空调器断电禁止使用空调。空调节能监控器将空调的工作状态改变时将状态存入EEPR0M，以便被查询。
权利要求
1.一种空调能耗监控系统，包括监控室的PC机和GSM模块或手机，楼宇的GSM/MBUS转换器，被监控单元内的电能表、空调节能监控器和空调器，其特征是所述的GSM/MBUS转换器由MBUS总线接口、30V/15V电平转换电路、电流/电压转换电路、RS-232接口、GSM模块、带双串行口的MCU和220V转30V/5V电源模块组成；所述的空调节能监控器由电表脉冲输入接口、人体红外传感器输入接口、温/湿度传感器输入接口、红外遥控输出接口、MBUS总线接口、RS-485总线接口、EEPROM存储器接口、电磁继电器输出接口和220V/380V转12V/5V电源模块组成； 所述的GSM/MBUS转换器的MBUS总线接口、30V/15V电平转换电路、电流/电压转换电路、RS-232接口、GSM模块、带双UART的MCU和220V转30V/5V电源模块依次电连接； 所述的空调节能监控器的电表脉冲输入接口、人体红外传感器输入接口、温/湿度传感器输入接口、红外遥控输出接口、MBUS总线接口、RS-485总线接口、EEPROM存储器接口、电磁继电器输出接口和220V/380V转12V/5V电源模块依次电连接； 所述的监控室的PC机通过其串行口或USB接口与所述的GSM模块相连接； 所述的楼宇的GSM/MBUS转换器通过移动或联通的GPRS网络与所述的监控室的GSM模块或与手机相连接；所述的楼宇的GSM/MBUS转换器通过MBUS总线连接到所述的房间内的空调节能监控器； 所述的被监控单元内的电能表带有RS-485接口时通过RS-485接口与所述的空调节能监控器相连接，所述的电能表带有脉冲输出接口时通过电表脉冲输入接口与所述的空调节能监控器相连接，所述的空调器的电源连接到所述的空调节能监控器的电磁继电器输出接口，所述的空调节能监控器的红外遥控输出接口引出两根双绞线、双绞线终端焊接红外发射管，安装于空调红外接收头的位置； 市电220V/380V电源流过所述的电能表，再流过所述的空调节能监控器，再流过所述的空调器。
2.一种空调能耗监控系统的节能控制方法，其特征是所述的空调节能监控器能够通过所述的温/湿度传感器输入接口采集室内的温/湿度数据，通过所述的人体红外传感器输入接口采集人员在否房间内的环境状态，从而通过所述的红外遥控输出接口向空调发出升温、降温、工作模式转换、开/关等指令，实现对空调的自动调节；所述的监控室的PC机安装管理程序，可以设置所述的各房间空调开启的时间段条件、开启温度/湿度条件，进行集中管理和控制所述的空调节能监控器的电磁继电器的开关达到节能的目的，通过采集电能表的数据或累计脉冲数对用户电能消耗进行统计分析，并公示以约束用户节约用电。
专利摘要
本发明公开了一种空调能耗监控系统，该系统包括监控室的PC机和GSM模块或手机，楼宇的GSM/MBUS转换器，被监控单元内的电能表、空调节能监控器和空调器。GSM/MBUS转换器由MBUS总线接口、30V/15V电平转换电路、电流/电压转换电路、RS-232接口、GSM模块、带双串行口的MCU和220V转30V/5V电源模块组成。空调节能监控器由电表脉冲输入、人体红外传感器输入、温/湿度传感器输入、红外遥控输出、MBUS总线、RS-485总线、EEPROM存储器、电磁继电器输出接口和220V/380V转12V/5V电源模块组成。本发明适用于企事业单位办公室空调的集中监控。
文档编号F24F11/02GKCN102693625SQ201210202542
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月19日
发明者潘桃园 申请人:潘桃园导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan