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智能多功能空调器的设计与实现

摘要—本文介绍了一种智能多功能空调器（SMAC）的机械、电气和电子设计。除了三种供电方式外，SMAC还有三种任务和三种控制方式。第一个任务是在紧急情况下工作，如果房间发生火灾，有一个传感器将检测到烟雾，然后空气吸入将工作。第二个任务是利用水空调的原理对空气进行冷却。第三项任务是使用直流电加热器加热空气，所有先前的三项任务都可以使用三种电源（电池、太阳能电池板和普通电），普通电力将从交流电转换为直流电作为空调的输入，因为这种空调系统的所有工作都与直流工作。有三种控制方式，第一种是手动控制，用键盘控制，第二种是远程控制，第三种是互联网控制。上述所有场景和任务都已成功测试和验证。

关键词——Arduino，空调，智能，热控制，空调，物联网。

I.导论

每一个生物都在努力维持它的生存自然的存在，根据自然和气候与多种可变因素有关的条件根据地理和时间的不同，这是必要的。生物体要在生理上适应或者改变自然，如果他没有做到其中任何一点他的命运不可避免地走向死亡，而且有很多选择。在过去的几年里，死亡率极少增加，特别是在儿童之间。这是由于来自电传水引起的电击它也是能量增加的结果。而且，在大多数国家，供应缺乏连续性。导致温度成本损失的国家因供应中断而产生的调节剂。其他问题包括（温度变化与自然风化，水泵因水损坏部分地区短缺，超期使用不到位冬季）。

II.物联网的定义

IEEE互联网倡议将物联网定义如下：“物联网是一个网络连接唯一可识别的“物”到互联网。“物”有传感/驱动和潜在可编程性通过开发独特的识别和感知，关于“东西”的信息可以收集和改变“物”的状态

无论何时何地，无论何事“.[1]东西这个词包括无生命的物体和有生命的东西。对象。[2]传感器/执行器可以使用各种类型的局部区域连接，如射频识别，NFC，无线保真，蓝牙和传感器还可以具有广域连接，如如GSM、GPRS、3G和LTE。

III.研究方法

SMAC应支持三种功能的空调，加热器和排气管，用于火灾和烟雾。系统的这些功能是由两个方向设计的直流电动机，加热和冷却的一个方向和排气管的另一个方向，机械门设计用于控制进出房间的空气流量。四叶片风扇附在马达上移动空气。

设计了三种控制SMAC的方法操作，手动使用键盘[3]，远程使用IR具有红外接收机的系统[4]，远程使用物联网。在加装Lm35温度传感器[5]为了感觉到房间的温度用于温度控制。此外，水位控制采用水位传感器来控制和调节水位。保护泵。SMAC被设计为三个工作模式。电源类型，12伏直流电池，太阳能电池，和交流源，最后一个还没有实现。空调系统和调系统的计算方法太阳能组件，主负荷系统包括除加热器外，还包括水泵和电动机，以及将计算这些载荷的容量。

A- 在冷却情况下

B- 冷却过程产生的总负荷为水泵和风扇的负荷被过滤。除了使用的容量之外，电子零件，等于120瓦。

第一，计算消耗功率：120 w * 9 h = 1080 w hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip; (4-1)

第二，要产生的能量：1080 w * 1.3 =1040 w hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;(4-2)

第三，计算需要的太阳能电池板的能量：太阳能电池板的能量=将要产生的能量/太阳能城市辐射率hellip;hellip;hellip;(4-3)

软管的太阳辐射率是5.1倍太阳能电池板的能量= 1404 w / 5.1 = 275w

第四，太阳能电池板数=太阳能电池板的能量/需要单板的容量 hellip;hellip; (4-4)

我们使用150瓦太阳能电池板为一个板的数量太阳能电池板= 275/150 = 1.8 asymp; 2 hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;(4-5)

第五，计算电池的容量：电池容量= (要生成的功率* 1.3) 电压hellip;hellip; (4-6)

电池容量= (1404 * 1.3) / 12 = 152A

电池的数量=152/200=0.76asymp;1 hellip;(4-7)

第六，计算太阳能调节器的尺寸：所使用的电池类型的客舱电路的电流为8.9安培。太阳能调节器的尺寸= 小组数目* 1.3 *短路电流= 2 * 1.3 *8.9 = 23A hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip; (4-8)

C- 在加热情况下

该系统只在加热情况下工作5个小时。主电源是电池。

IV.电气设计

电气设计已在“图1”中示出。说明硬件配置的主要原理及实现ESP8266，主控制器为Arduino。

图一 电气设计

V. 硬件设计

系统的硬件设计如图2所示。包括硬件单元和接口的设计在这些单元之间，主要的硬件部分是：数据数据采集、数据处理、数据传输、传感器、继电器和机架结构。

图二 硬件电路图

A. Arduino Mega 2560

Arduino Mega是一个基于ATmega 1280[6]，如图3所示。它有54个数字输入输出引脚（其中14个可用作PWM输出），16个模拟输入，4个UARTs（硬件串行端口），一个16兆赫的水晶振荡器，一个USB接口，一个电源一个ICSP头和一个重置按钮。它包含支持微控制器所需的一切；简单地说用USB线将其连接到计算机上，或使用交直流适配器或电池开始，它也有许多其他组件[7].

图三 Arduino Mega

B. ESP8266

ESP8266Wi-Fi模块是一个独立的SOC，具有以下特性集成的TCP/IP协议栈，可以给任何微控制器访问您的Wi-Fi网络，如图5.

正如在[8]，ESP8266具有以下特点：

·802.11 b/g/protocol。

·Wi-Fi Direct(P2P)，软件-AP。

·综合的TCP/IP协议栈。

·1Mb闪存

·集成的低功耗32位CPU可以用作应用处理器

图四 通用算法

图五 ESP8266模块

C. PUMP

如“图6”所示的seaflo 350GPH泵用于以下特点

泵的特点：

-安静操作。

-温度限制为110华氏度（43摄氏度）。

-不锈钢轴

-达到或超过SGS和ISO标准。

-传统开关或浮控开关操作。

-完全潜水。

图六 Seaflo泵

VI.软件设计

Arduino IDE已被用于为控制器编程执行图4所示的算法。对于物联网服务器远程控制SMAC系统或Blynk软件。使用的算法如图7所示。

图七 SMAC物联网流程图

Blynk是一个平台，有IOS和Android的应用程序，以控制Arduino，树莓派，和喜欢超过这是一个数字仪表盘，你可以在那里建立一个图形界面为您的项目简单拖动和删除部件。“图8”显示的主要组件在站台。

图八 Blynk组件

VII. 机械设计（框架）

框架的设计使用坚实的工作CAD软件来实现支持空调器操作的功能“图9”显示空调器的主要设计，“图10”显示空调器的主要设计。显示了内部设计。然而，设计不是在紧急情况下使用任何软件进行验证。风扇后面有两扇门。在有火和风扇向后旋转时关闭。从楼上的门、楼上的门把烟拔出来

在“图11”中显示。在冷却的情况下，它可以很好地工作。通常采用水气条件原理。在采暖情况有两个直流加热器在每边，空气将每个加热器传递到抽热空气的风扇上对于房间，心脏如图10所示。

图九 展示主要设计

图十 展示内部设计

图十一 展示外观

A. SOLAR CELLS

太阳能电池是光伏转换器，直接转换为它们是半导电的光敏感，周围有前后电的许多技术已经被开发为通过连续过程生产太阳能电池化学、物理和电气处理，形式为自凝机理或高自凝机理多种已开发出制造太阳能的材料。以硅等元素形式或以硅的形式存在的细胞镓、砷等化合物，具有应用前景的材料多晶硅太阳能电池如图13所示，在这个项目中使用。

图十三 多晶硅

B. BATTERIES

电池的功能是储存电能在太阳的亮度期间由面板产生白天。这种电能存储在晚上没有太阳也可以使用。深循环如图14所示的电池用于设计。

图十四 深循环电池

图十五 SMAC供电方法

VIII. 结果和讨论

由机械框架组成的SMAC系统如图9所示，电气和电子系统分别如图15，图2所示，系统已实现成功核实如下：

·成功地实施了冷却过程；冷却的范围是（18-35）摄氏度。冷却至23℃。

·成功地实施了加热过程；冷却的范围是（18-35）摄氏度。

·出现情况成功已执行。

·控制方式几乎成功实现了手动、远程和物联网。

·成功实施了太阳能电池板，并计算。我们需要2个太阳能电池板。150瓦

·成功实施了电池；计算，我们需要一个面糊150A，9小时冷却和5小时加热。

IX. 结论

这个项目的主要目的是设计和实现智能多功能空调三用模式，这些模式是冷却，加热和，在工作中出现的情况拉出了烟雾。还有有三种方法可以通过遥控器手动控制控制和基于网络的应用，有三种方法提供能源（太阳能电池板，电池和公共设施）该系统已在实验室实施和测试，并成功地工作。虽然，设计已在苏丹知识产权局注册为显示在[9].

参考文献

[1] R. Minerva, A. Biru and D. Rotondi, 'Towards a definition of the Internet of Things (IoT),' IEEE Internet Initiative, Torino, Italy, 2015.

[2] S. Haller, 'The things in the internet of things,' IoT 2010, Tokyo, Japan, 2010.

[3] Parallax, 4x4 Matrix Membrane Keypad (#27899), 4x4 Matrix, Revised Dec 2011.

[4] Vishay Semiconductors, IR Receiver Modules for Remote Control Systems, TSOP382, Revised Jan 2009.

[5] Texas Instruments, LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors, LM35 data sheet, AUGUST 1999–REVISED

DECEMBER 2017.

[6] Atmel, “8-bitAVRMicrocontroller”, Atmel ATmega640/V-1280 datasheet, Revised February 2014.

[7]https://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega. [3/5/2017]

[8] Espressif, ESP8266, ESP8266EX data sheet, Revised February 2018.

[9] Patented “ Multi Function Air Conditioning AC- DC”, 3479,

Mohammed Ibrahim [ February , 2017].

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