论文题目：基于ZigBee的楼宇智能化系统设计
摘要：进入新时期以来,建筑智能领域多样化趋势愈加显著,建筑楼宇内部的设施功能也愈发齐全,人们对于楼宇控制的关注点、聚焦点开始向智能化、便利性与如何实现高效、合理的运用转移。随着时代的进步、科技的发展,高楼大厦不断增多,传统的有线控制系统已经无法满足人们多样化的需要,无线的控制系统应运而生,但随之而来的能源消耗也日渐上升成为一个十分严峻的问题,降低楼宇的能耗,提升能源使用效率已经成为国内外研究热点。在智能楼宇建筑中,包括配电、照明、空调、电梯、给排水等系统,空调、照明系统能源消耗占比最大。针对高能耗问题,提出一种基于ZigBee的楼宇智能化系统设计,主要完成的研究工作如下:（1）针对传统的中央空调温度控制方法能够保持室内温度固定在某一值,但由于人为的操作设定,室内温度无法达到理想状态下的人体需求,且无法在线及时调整的问题。本文结合模糊控制器能够消除稳态误差和传统PID能够简易设置、及时调整的优点,提出了一种基于热舒适度指标（PMV）的模糊自适应整定PID控制器,在线整定PID参数,根据风速控制系统的实时输入,进行模糊推理,并进行运算。实验表明,模糊自适应整定PID控制器能够在5s内实现迅速稳定自我调节,无超调和振荡,控制效果有了显著提升。（2）针对传统的照明系统在人工控制的基础上,每盏LED灯的使用效率都达到了最大值（100%）,但未能实现能源节约的问题。本文提出一种改进的照明系统,即运用最优化方法对系统目标函数寻求最优解,求出极值,在满足照明需求的前提下,合理分配LED亮度,从而达到节能效果。并且能在多人场景下,找到最佳照明策略。实验证明,使用优化后的照明系统,可以有效节约能源,相比于传统的照明系统,提出的方法能够达到60%的能源节约效率。（3）针对夏季中央空调运行过程中,整个空调系统产生的能耗较多的问题。在特定负荷、一定户外温度和湿度条件下,本文提出采用非线性规划算法对系统目标函数以及约束条件进行了优化,并求解出使系统耗能最小化、性能最优化的各组件的运行参数。通过实验得出,与中央空调的稳定控流运行模式和变冷冻水控流运行模式比较后,优化后的系统具有明显的节能效果,能够节能10%以上。
关键词：楼宇;智能化;中央空调系统;风控系统;照明控制系统;ZigBee技术;PID
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 背景意义
1.2 研究现状
1.2.1 国内研究现状
1.2.2 国外研究现状
1.3 本文主要工作
1.4 本文结构安排
第2章 总体方案设计
2.1 智能化控制系统总体方案设计
2.1.1 照明子系统
2.1.2 风控子系统
2.2 无线通信技术
2.2.1 ZigBee 技术
2.2.2 ZigBee组网技术以及应用
2.2.3 ZigBee协议栈
2.3 智能照明技术
2.3.1 应用特点
2.3.2 调光技术
2.4 空调PMV控制技术
2.5 空调制冷系统
2.6 本章小结
第3章 基于PMV的风控系统设计
3.1 PMV指标控制影响参数分析
3.2 PMV指标控制方法
3.3 智能热湿环境解决方案
3.4 风控模块的设计
3.5 模糊自适应整定PID控制器设计优化
3.6 基于PMV指标的模糊自适应整定PID控制器的仿真研究
3.7 本章小结
第4章 基于最优模型的照明系统设计
4.1 照明系统总体结构设计
4.2 数据流
4.3 硬件节点结构和通讯接口
4.3.1 硬件设计
4.3.2 硬件节点结构
4.3.3 通讯接口
4.4 最优化模型的改进方案
4.4.1 智能照明算法的选择与优化
4.4.2 硬件节点
4.5 节点管理模块设计
4.5.1 节点管理
4.5.2 数据传输模块
4.6 数据库设计
4.6.1 逻辑设计
4.6.2 数据库表设计
4.7 最优化算法的改进与设计
4.8 实验验证
4.9 本章小结
第5章 基于全局能耗的中央空调系统设计
5.1 中央空调系统目标函数优化
5.2 独立变量的优化控制
5.3 目标函数求解的优化约束条件
5.3.1 部件的物理约束
5.3.2 部件间的相互约束
5.4 中央空调系统运行参数优化
5.4.1 优化算法
5.4.2 实验结果及其分析
5.5 本章小结
总结与展望
1 总结
2 展望
参考文献
致谢