基于物联网概念的家庭节能系统

吸烟往往都会导致室内的空气质量比较差，无线传感单元测量各点悬浮颗粒物数据，通过控制空调的换气出风系统，控制室内空气质量，保持室内空气清新；

3 照明系统光度监控：照明系统整个楼宇自动化中占有比较大比重，为了达到充分利用节点资源的目的，在本设计的节点上也进行了室内光照度的检测控制。

图2. 空调系统监测节点结构图

智能插头

家庭中家电的待机状态导致了大量的能源浪费，本设计中的智能插头通过检测电器设备的电流值，来判断当前电器的状态，并且根据一个待机时间阈值断开电源，从而保证满足节约能源和人们使用快捷性两个方面，

图3. 智能插座模块结构图

2.2.性能要求

依据方案中的模块设计，本方案应实现以下要求：

光照传感器TSL2550，工作温度：-25℃到85℃

温湿度传感器SHT11，工作温度：-40℃到123.8℃

常温下温度的精度：±0.5℃；湿度范围是：0到100%RH

三、方案设计

3.1.系统功能实现原理

系统主要是基于ATMEL公司的AVR单片机和RF为平台，进行对家庭用电的控制和使用的情况统计；在智能家居中，很多都将设计的重点放在如何让人们更方便的使用各种电器，而忽略了整体的低功耗性能，本次设计主要是针对整个系统的低功耗设计。当然对家庭中的一些能源浪费现象提出了可行的解决方案，下图是整个系统的平面图。

图4. 系统硬件结构框图

在节点的设计中，主要包括几类节点：其一、在大功率家电中的智能断电插头；其二是分布式的空调系统设计；其三、智能照明节点；其四、窗帘的智能开关控制；最后是整个系统的核心--中控器，其中，第三和第四功能为附加功能。

3.1.1智能插座的设计

智能插头主要是实现在家电处于长时间待机的情况下，自动将电器断电，从而达到家电节能的目的。以电视机为例，有过一项统计，一台电视机，不使用时如果不拔掉插头，每小时平均耗电7.8瓦。我国现有6亿台左右的电视机在使用，保守估计至少有2亿台电视机每天在待机中。按每台电视机每天待机16小时，每千瓦时0.6元计算，我国一年电视机待机耗费人民币54.66亿元。

这种智能插座可以监测电器的电流情况，当电流极低时，自动识别为待机状态，在超过10分钟仍未有操作时，自动切断电源；欲使用电器时，中控器向插座节点发送指令，节点根据指令接通电源。如此，打造真正地低碳生活。

3.1.2空调调控系统

此部分功能是此次设计的重要组成部分之一，空调作为家庭用电的主要电器设备。当空调运行时，空调的运行状态既可以通过人们手动的改变，还可通过空调内部的温度传感器检测当前的室内温度是否达到了使用者所设定的，但是这里就出现了一个弊端，空调的温度并不能准确的检测到整个房间的温度，可能整个房间的温度分布是一个如图5和图六这样的分布趋势，所以本文设计了一种分布式的温度检测系统，使得更准确的进行空调的控制。

图5. 制热时温度分布 图6. 制冷时温度分布

大多数挂机空调的温度控制精度都比柜式空调差,其主要原因是柜机的检测温度取样点约在1米范围内,人体感受到的温度与对空调设定的温度基本机同,而挂机的温度检测取样点在房间离地2.2米左右，这个靠近天花板的温度，要比1米高度的温度高出4~6℃。实验证明：当室外温度为35℃时，设定室内挂机制冷温度为22℃，半小时后挂机才在达到22℃温度后停机，此时测量房间内1米高度温度已低于18℃。如果再将挂机温度设定为18℃~20℃，那么该挂机将长时间运转不停机，其原因就是因为在固定挂机的2.2米高度上的空间温度很难达到18℃~20℃的低温。

尽管很多挂机温度控制加有温度补偿电路，使其在2.2米处温度探头所感受到的温度，经补偿后尽量与房内1米处温度相等，但因空调房间所处环境千变万化；例如房间六面隔热太差，居室位于顶楼，房内人过多等，这些都将导致室内高低层的温差增大，补偿电路是不能弥补的。将空调的温度监测模块置于人体周边，人体才能真实地感受到设定的舒适温度，这个要求对空调也许有些苛刻，但是通过必要的算法控制空调的运转，最大程度地使人感受到空调带来的舒适。

3.1.3终端设备设计

终端设备是系统的信息处理中心，在接收到来自各无线节点的信息后，MCU对信息进行处理，获得各节点处的温度、湿度和颗粒物状况数据或者电量信息，并将这些信息以图文形式在LCD上进行显示。在使用者欲使用手动形式对电器进行操作时，可以通过触摸屏进行操作，MCU获取操作信息，通过无线模块将具体指令发送到节点，节点根据指令进行相应动作，完