基于PMV和視覺(jué)舒適度的家庭能耗管理

引言

節(jié)能是人類永恒的課題，是人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。事實(shí)證明，家庭用電業(yè)已成為能量消耗的很大一部分。研究并設(shè)計(jì)一套節(jié)能的家居系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)的意義。本文參考有關(guān)資料，建立視覺(jué)舒適度和光照度的定量關(guān)系的數(shù)學(xué)模型和熱舒適度模型。傳統(tǒng)的基于溫度和濕度控制的方法顯得粗糙，不能滿足人們對(duì)于熱舒適度的需求。因?yàn)橛绊懭梭w熱舒適性的因素除上述兩個(gè)之外，還包括風(fēng)速、平均輻射溫度、人體的新陳代謝率和衣服的熱阻。室內(nèi)是否呈現(xiàn)熱舒適性是這6個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。單純地控制溫度和濕度不能達(dá)到人們?cè)跓崾孢m性和節(jié)能方面的要求，而選擇熱舒適性指標(biāo)，即PMV控制指標(biāo)才能達(dá)到舒適性和節(jié)能的和諧統(tǒng)一。

在日常生活中，不同的活動(dòng)有不同的最適宜亮度，使眼睛處于舒適感的狀態(tài)，過(guò)亮或過(guò)暗的光照環(huán)境多少都會(huì)造成眼睛的不適，甚至視覺(jué)能力的損害，很多情況下都會(huì)增加家庭耗能。因此，研究家庭成員在各種場(chǎng)景中的最適光照亮度顯得很必要。影響視覺(jué)舒適度的因素很多，主要因素有光環(huán)境、色調(diào)、照度等?？紤]到視覺(jué)舒適度是心理感覺(jué)量，其數(shù)學(xué)模型以韋伯-費(fèi)昔勒定律為基礎(chǔ)。

1熱舒適度的評(píng)價(jià)指標(biāo)

PMV即預(yù)測(cè)平均投票數(shù)。它是丹麥科學(xué)家Fanger教授提出的表征人體感受冷熱溫度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，代表了同一個(gè)環(huán)境下大多數(shù)人的感受冷熱感覺(jué)的平均。PMV-PDD熱舒適模型確立人體體溫調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，其有7級(jí)感覺(jué)，分別是冷(一3)、涼(一2)、稍涼(一1)、中性(0)、稍暖(1)、暖(2)、熱(3)。PMV熱舒適模型將人體的冷熱感覺(jué)歸于6個(gè)因素。2個(gè)人為因素，包括人體的新陳代謝率和服裝熱阻。4個(gè)環(huán)境因素，包括空氣溫度、濕度、風(fēng)速和平均輻射溫度。PMV的公式模型是基于體溫調(diào)節(jié)和熱平衡理論得出的。如果將人看成是一個(gè)系統(tǒng)，那么人與環(huán)境之間的熱交換遵循熱力學(xué)第一定律，即：

S=M—W—R—C—E—Q

其中,S為人體蓄熱率,M為人體新陳代謝率，W為人體所作的有用功,R為著裝人體外表面與環(huán)境的輻射換熱量，C為著裝人體外表面與環(huán)境的對(duì)流換熱量,E是皮膚擴(kuò)散蒸發(fā)、汗液蒸

發(fā)和呼吸所造成的散熱量，最后的Q為熱舒適系統(tǒng)輸出能量。

人體的在環(huán)境中達(dá)到熱平衡，則人體的蓄熱率S=0。人體通過(guò)生理過(guò)程，比如發(fā)抖、出汗和調(diào)節(jié)皮膚血流量等過(guò)程，保持新陳代謝所產(chǎn)生的熱量和身體失熱量的平衡。在前人的基礎(chǔ)上，F(xiàn)anger選了很多人做樣本，進(jìn)行了很多的人體實(shí)驗(yàn)，得出了PMV熱舒適模型指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)系PMV指標(biāo)和預(yù)測(cè)不滿意百分率(PPD)的關(guān)系，把它們結(jié)合起來(lái)，用PMV-PPD指標(biāo)作為評(píng)價(jià)熱舒適性的指標(biāo)。PMV適用于溫度波動(dòng)不大、風(fēng)速較小，并且偏中性的熱環(huán)境中。事實(shí)證明這些環(huán)境下用PMV指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)熱環(huán)境的舒適度是完全正確的，是可取的。

1.1PMV指標(biāo)的計(jì)算

一般情況下，可以按下面的公式來(lái)計(jì)算PMV指標(biāo)：

PMV=[0.303exp(—0.036M)+0.0275]X

[(M—W)—H—Ec—Cres—Eres]

其中,M為人體新陳代謝率，決定于人體的活動(dòng)量大小，單位是W/m；W是人體做的有用功;H代表人體表面的對(duì)流、輻射所產(chǎn)生的熱損耗；Ec是皮膚上的散熱和出汗散熱量；Cres為呼吸中的顯熱損失量；Eres為呼吸中的潛熱損失量。下面是幾個(gè)分量的計(jì)算式：

H=3.96X10-8X々[(為+273)4—(t,+273)4]+/；XhcX(為一矽)

Ec=3.05X10-3X[5733—6.99(M—W)—

0.42X[(M—W)—58.15]

Cres=0.0014XMX(34—席

Eres=1.72X10-5XMX(5867—庭

婦=35.7—0.028(M—W)—以3.96X10-8Xf；伯+273)4—

(tr+273)4]+^fclXhcX(tcl—式中%—進(jìn)行迭代運(yùn)算；

h—對(duì)流熱交換系數(shù)，單位是W/(m2-K)；

婦—服裝的熱阻，單位是m2-K/W；

tr—平均輻射溫度，單位是。C；

Var風(fēng)速，單位是m/s；

t—人體周圍空氣溫度，單位是。C；

Pa—人體周圍空氣的水蒸氣分壓力，單位是Pa。

如果(2.38X(tcl-taP5212.1x/V)，則：

hc=2.38X(tci-t滬

否則:hc=12.1X鳳

如果0<0.078)，則:

f=1.00+1.29%否則:f=1.05+0.645I”

事實(shí)上，即使大多數(shù)人表示滿意的熱環(huán)境，由于人與人之間生理等方面的差別，仍然會(huì)有人感到不滿意。為了說(shuō)明這個(gè)關(guān)系，可用PPD指標(biāo)(預(yù)期限不滿意百分率)來(lái)表示對(duì)熱環(huán)境不滿意的百分率。PPD的計(jì)算公式為：

PPD=100—95Xexp[—(0.03353XPMV4+0.2179XPMV2)]

該公式是Fanger教授經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式。另外，F(xiàn)anger教授的最初實(shí)驗(yàn)對(duì)象是西方國(guó)家的近1400名受試者，教授在最近的文獻(xiàn)中指出，不同地區(qū)的人存在著差異，應(yīng)該乘以0.5~1.0的修正系數(shù)。對(duì)于中國(guó),該修正系數(shù)為0.7?，F(xiàn)在，PMV指標(biāo)的理論基礎(chǔ)非常成熟，且有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為考證，它是目前評(píng)價(jià)人體熱舒適度最完善的指標(biāo)，故在世界范圍內(nèi)迅速得到推廣[2]。

1.2環(huán)境因素對(duì)PMV的影響分析

假設(shè)著裝人體的服裝熱阻為0.5clo,人的新陳代謝率為1Met，利用Matlab，再根據(jù)PMV的計(jì)算公式，就可以畫(huà)出各個(gè)因素對(duì)PMV值的影響。圖1反映了PMV的變化。

(a)PMV在不同的平均輻射溫度下(b)PMV在不同的空氣溫度下

隨空氣溫度的變化曲線隨平均輻射溫度的變化曲線

(c)PMV在不同的空氣溫度下(d)PMV在不同的空氣溫度下

對(duì)濕度的變化曲線隨風(fēng)速的變化曲線

圖1PMV的變化情況示意圖

根據(jù)圖1可以得到，PMV隨著空氣溫度和平均輻射溫度的升高，而呈現(xiàn)線性的增長(zhǎng)，這兩個(gè)因素對(duì)PMV的影響效果幾乎相同,并且相當(dāng)明顯。相對(duì)濕度對(duì)PMV的影響相對(duì)不明顯,PMV的變化比較平緩，但隨著相對(duì)濕度的增加，還是會(huì)增大PMV,并且看到室內(nèi)平均溫度較高時(shí)(30。。)，相對(duì)PMV增長(zhǎng)越快，從曲線的陡峭程度可以看出。這說(shuō)明在氣溫較高時(shí),相對(duì)濕度這個(gè)因素變得更加重要。因此，在夏季氣溫較高時(shí),可以降低相對(duì)濕度，從而不需要大幅度地調(diào)低溫度值。這樣在讓人舒適上，它們的效果是一樣的。風(fēng)速對(duì)于PMV的影響從圖1中可以看到，當(dāng)室內(nèi)溫度較高時(shí)，風(fēng)速越大，會(huì)增加PMV。設(shè)想在高溫下，風(fēng)會(huì)帶動(dòng)暖氣流朝人撲打過(guò)來(lái)，人會(huì)不舒服，而在較低溫度下，風(fēng)速會(huì)使PMV減小。從曲線陡峭

程度看出，外界環(huán)境溫度越高，風(fēng)速對(duì)PMV的貢獻(xiàn)越?。欢鴾囟仍降?，風(fēng)速對(duì)熱舒適性的影響越大。

由上面的分析可以得知，空氣的溫度越高，相對(duì)濕度越大,平均輻射溫度越高，風(fēng)速越小，PMV就越大，人會(huì)感到越熱。反之，PMV越小，人會(huì)感到冷。各個(gè)環(huán)境因素對(duì)于PMV的貢獻(xiàn)不同，空氣溫度和平均輻射溫度對(duì)PMV影響最大，風(fēng)速的影響次之，而相對(duì)濕度的影響最小。根據(jù)人體的平時(shí)活動(dòng)量大小，不同季節(jié)穿衣服多少以及家庭成員的家庭活動(dòng)類型,粗略地進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，得到幾種場(chǎng)景下使PMV接近中性,即人體感到舒服狀態(tài)所要設(shè)定的室內(nèi)溫度、空氣溫度、平均輻射溫度、相對(duì)濕度和空氣流通速度(風(fēng)速)。

這里我們先做幾點(diǎn)假設(shè):

靜靜的平躺時(shí)人體新陳代謝率為1Met，即58.15m2-K/W；

一般情形，人的新陳代謝率為1.2Met，即69.78m2?K/W；

夏天，認(rèn)為人呆在室內(nèi)著裝的衣服熱阻為0.3clo,冬天為0.7clo；

房間內(nèi)的平均輻射溫度等于室內(nèi)的空氣溫度。

表1和表2分別是夏季和冬季場(chǎng)景中，在設(shè)定的相應(yīng)值情況下計(jì)算出的PMV，取值是使其盡量接近中性，即PMV的值在0附近。

表1夏季場(chǎng)景中各因素的假設(shè)值和設(shè)定

視覺(jué)舒適度是人處于一個(gè)視覺(jué)環(huán)境中，眼睛是否感到舒適的一個(gè)評(píng)價(jià)尺度。在照明工程中，往往需要確定視覺(jué)效果處在最佳范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的光照度水平標(biāo)準(zhǔn)值。生活中常出現(xiàn)燈光亮度比人眼所需要的光亮度大好多的情形，不但造成電能的浪費(fèi)，也不利于視覺(jué)的保護(hù)。視覺(jué)舒適度確定主觀感受量與客觀物理量之間的內(nèi)在關(guān)系。影響視覺(jué)舒適度的因素同樣有很多，考慮到視覺(jué)舒適度是心理感知量，其數(shù)學(xué)模型以韋伯-費(fèi)昔勒為基礎(chǔ)[7]。廣義的韋伯費(fèi)昔勒定律表示如下：

dS=kf(S)R

式中，S是感覺(jué)量的增量，是(S)感覺(jué)量的函數(shù)；R是產(chǎn)生感覺(jué)量的物理刺激量是常指數(shù)，隨著感覺(jué)量不同而不同。視覺(jué)舒適度的數(shù)學(xué)模型如下：

Z=a0+a1lnE+a2(lnE)2+…an(lnE)n+…

其中，a。、a]、a2…由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，n一般取3或者4。

2.2常見(jiàn)家庭活動(dòng)最佳視覺(jué)舒適度

利用公式并且結(jié)合參考文獻(xiàn)[8]中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所計(jì)算出

的8種情形下視覺(jué)舒適度和光照度關(guān)系的公式如下：

暖色調(diào)下看電視情形中視覺(jué)舒適度：

Z=22；51[367.1652-485.6503lnE+197.3185(lnE)2-

29.3424(lnE)3+1.2458(lnE)4]

冷色調(diào)下看電視情形中視覺(jué)舒適度：

乙=23102[3037.8-2768.5lnE+900.07(lnE)2-

120.84(lnE)3+5.4258(lnE)4]

暖色調(diào)下一般活動(dòng)中視覺(jué)舒適度：

乙=25387[4858.2-4064.9lnE+1228.6(lnEh-

156.73(lnE)3+6.9769(lnE)4]

冷色調(diào)下一般活動(dòng)中視覺(jué)舒適度：

Z,=22274[3518.5-2688lnE+716.8(lnE)2-

74.971(lnE)3+2.2271(lnE)4]

暖色調(diào)下會(huì)見(jiàn)客人時(shí)視覺(jué)舒適度：

乙=24J46-1477?2+1025.4lnE+299.09(lnEj+

43.67(lnEj-2.5768(lnE)4]

冷色調(diào)下會(huì)見(jiàn)客人視覺(jué)舒適度：

乙=24325[658.15+588.18lnE-522.19(lnE)2+

116.4(lnE)3-8.13(lnE)4]

暖色調(diào)下團(tuán)聚時(shí)視覺(jué)舒適度：

Z=25136[5820.8-3943.5lnE+971.99(lnEh-

102.35(lnE)3+3.8427(lnE)4]

冷色調(diào)下團(tuán)聚時(shí)視覺(jué)舒適度：

乙=29059[2935.9-1698.6lnE+321.23(lnE)2-

19.168(lnEh-0.11093(lnE)4]

因此，可以計(jì)算出冷暖色調(diào)下各種活動(dòng)取得最佳視覺(jué)舒適度時(shí)對(duì)應(yīng)的光照度?，F(xiàn)總結(jié)如下：

暖冷色調(diào)下看電視時(shí)當(dāng)光照度分別為58lx和70lx附近時(shí)，處于最佳視覺(jué)舒適度；

暖冷色調(diào)下一般活動(dòng)當(dāng)光照度分別為106lx和118lx附近時(shí)，處于最佳視覺(jué)舒適度；

暖冷色調(diào)下會(huì)客時(shí)當(dāng)光照度分別為203lx和240lx附近時(shí)，處于最佳視覺(jué)舒適度；

暖冷色調(diào)下團(tuán)聚時(shí)當(dāng)光照度分別為338lx和362lx附近時(shí)，處于最佳視覺(jué)舒適度。

3系統(tǒng)概述

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

關(guān)，可以驅(qū)動(dòng)3顆1W或1顆3W的LED。PWM調(diào)光原理是利用人的視覺(jué)殘留效應(yīng)，當(dāng)LED通斷的開(kāi)關(guān)電壓頻率大于100Hz時(shí)，人察覺(jué)不到燈閃爍。相比較模擬調(diào)光，PWM調(diào)光由于其恒流特性，能夠提供高質(zhì)量的白光，但其也存在著控制器比較復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)電路容易產(chǎn)生噪聲等缺點(diǎn)。本應(yīng)用中BP1360的DIM端接收pic單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)，可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)LED燈的亮度。本設(shè)計(jì)將LED亮度設(shè)置為5級(jí)，設(shè)定PWM信號(hào)的占空比。信號(hào)輸出的頻率一定，高電平持續(xù)時(shí)間分別為周期的1/5、2/5、3/5、4/5和1。恒流驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

本系統(tǒng)以s3c2440處理器作為控制中心，它是三星公司基于ARM920T內(nèi)核的嵌入式CPU，面向便攜式和低功耗的應(yīng)用。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)ZigBee技術(shù)，構(gòu)成自組網(wǎng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，與單片機(jī)進(jìn)行命令的傳輸和數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)采集家居環(huán)境的溫度和濕度，進(jìn)而計(jì)算出PMV值,作為家庭成員設(shè)置溫度、濕度的參考。另一方面，設(shè)置了溫度后計(jì)算的PMV值(接近于0)被認(rèn)為是家庭成員的最佳熱舒適感受值。通過(guò)對(duì)該值的多次統(tǒng)計(jì)，就能夠捕捉到不同人之間的冷熱感受，對(duì)PMV的設(shè)定值的統(tǒng)計(jì)主要靠一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平滑統(tǒng)計(jì)方法。對(duì)于亮度調(diào)節(jié)，上面已經(jīng)給出了各種家庭活動(dòng)下的最佳光照度值，系統(tǒng)時(shí)刻采樣房間的光環(huán)境，并通過(guò)PWM調(diào)光技術(shù)對(duì)光照進(jìn)行調(diào)節(jié)。PWM調(diào)光是通過(guò)單片機(jī)輸出不同的占空比的脈沖信號(hào)對(duì)光亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)的，或者通過(guò)開(kāi)啟或者關(guān)閉房間里的其他燈，達(dá)到最佳光環(huán)境的目的。

3.2光照度測(cè)量模塊和恒流PWM調(diào)光設(shè)計(jì)

測(cè)量房間的光照度選用BH1750照度測(cè)量芯片，該芯片具有體積小、精度高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)中的BP1360是一款連續(xù)電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源芯片，它能將直流電壓直接轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的恒流輸出，只需少許的電阻、二極管和電感就能構(gòu)成調(diào)光電路。輸出的電流最大能夠達(dá)到1.2A，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97%。該芯片內(nèi)置功率開(kāi)關(guān)，可以驅(qū)動(dòng)3顆1W或1顆3W的LED。PWM調(diào)光原理是利用人的視覺(jué)殘留效應(yīng)，當(dāng)LED通斷的開(kāi)關(guān)電壓頻率大于100Hz時(shí)，人察覺(jué)不到燈閃爍。相比較模擬調(diào)光，PWM調(diào)光由于其恒流特性，能夠提供高質(zhì)量的白光，但其也存在著控制器比較復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)電路容易產(chǎn)生噪聲等缺點(diǎn)。本應(yīng)用中BP1360的DIM端接收pic單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)，可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)LED燈的亮度。本設(shè)計(jì)將LED亮度設(shè)置為5級(jí)，設(shè)定PWM信號(hào)的占空比。信號(hào)輸出的頻率一定，高電平持續(xù)時(shí)間分別為周期的1/5、2/5、3/5、4/5和1。恒流驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

3.3一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平滑統(tǒng)計(jì)方法

對(duì)于采樣數(shù)據(jù)，往往要進(jìn)行存儲(chǔ)，這就需要有較大容量的存儲(chǔ)空間，而這種實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)的平滑統(tǒng)計(jì)方法，貝加以做到不需要存儲(chǔ)空間就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。這種方法包括如下步驟：

在第n+1次采樣點(diǎn)上獲取采樣數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值S(n+1)。

平滑統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)R(n+1)是根據(jù)上一次的平滑統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)R(n)、第n+1次采樣數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值S(n+1)和自行設(shè)定的統(tǒng)計(jì)特征時(shí)間K三個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接運(yùn)算得到。

R(n+1)=(1—exp(—1/K))S(n+1)+R(n)exp(—1/K)

由此看出，在每個(gè)采樣周期只需要利用上次的統(tǒng)計(jì)平均值和本次的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)算就能夠得到當(dāng)前統(tǒng)計(jì)平均值，而且平滑的效果令人滿意。該方法具有時(shí)間和空間開(kāi)銷小、能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)且平滑效果好的優(yōu)點(diǎn)。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1ZigBee無(wú)線傳輸

隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)得到了快速的發(fā)展。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在個(gè)人局域網(wǎng)中通過(guò)射頻方式在設(shè)備間進(jìn)行互相通信的方式與協(xié)議，支持低速率、低功耗、短距離無(wú)線通信的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議模型劃分為物理層(PHY)和媒體訪問(wèn)控制層(MAC)

兩個(gè)子層進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。而ZigBee協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。IEEE802.15.4無(wú)線線路運(yùn)行在866MHz,915MHz和2.4GHz三個(gè)頻帶上，而ZigBee運(yùn)行在2.4GHz頻道上。ZigBee技術(shù)適用于低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高安全無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星型、網(wǎng)狀型和簇狀型。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備根據(jù)其所扮演的角色分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、全功能設(shè)備(FFD)和精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行初始化網(wǎng)絡(luò)信息，并且分配網(wǎng)絡(luò)PID,另外還可以實(shí)現(xiàn)路由功能。全功能設(shè)備具有路由功能，精簡(jiǎn)功能設(shè)備則不具備路由功能。ZigBee能夠自組網(wǎng)，無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)能夠自我修復(fù)并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，保證整個(gè)系統(tǒng)仍能正常工作。相比較藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠最多容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域可以同時(shí)存在200多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，總共可以支持超過(guò)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中,cc2530作為ZigBee無(wú)線傳輸模塊，該模塊與pic單片機(jī)和控制中心2440的連接采用串口通信，可選的也用spi通信，都是簡(jiǎn)單的有線通信。

4.2功能設(shè)計(jì)軟件流程

本系統(tǒng)分為圖4所示的兩個(gè)功能模塊，圖4中的左半部分為室內(nèi)光照調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖，右半部分為基于PMV的室內(nèi)人體舒適度調(diào)節(jié)控制裝置的設(shè)計(jì)流程圖。

圖4調(diào)光系統(tǒng)和PMV控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

在調(diào)光系統(tǒng)中，嵌入式文件系統(tǒng)建立的config文件存儲(chǔ)有各種家庭活動(dòng)(如看電視、看書(shū)、一般性活動(dòng)等)的最適亮度的最小和最大值，每次系統(tǒng)讀取相應(yīng)的值，BH1750用以測(cè)量房間特定點(diǎn)的亮度，通過(guò)測(cè)量值與最適值的比較，BP1360進(jìn)行PWM調(diào)光，直到亮度達(dá)到最適人體活動(dòng)的設(shè)定值為止。

基于PMV的溫濕度控制系統(tǒng)則主要通過(guò)溫度，配合以與人體舒適度相關(guān)的其他5個(gè)要素，計(jì)算出實(shí)際的PMV值，又通過(guò)一種實(shí)時(shí)的平滑統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)最佳PMV值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用以作為設(shè)定的PMV值的參考。另一方面，人們能夠?qū)τ绊懯孢m度的其他不可控要素進(jìn)行直接設(shè)定，系統(tǒng)接收輸入值，也使結(jié)果更加接近于用戶的真實(shí)熱感覺(jué)。

5結(jié)語(yǔ)

本文基于PMV熱舒適度評(píng)價(jià)公式和利用廣義的韋伯-費(fèi)昔勒定理來(lái)評(píng)價(jià)視覺(jué)舒適度，從而為室內(nèi)溫度和照度調(diào)節(jié)控制算法提供一個(gè)可行的理論和實(shí)驗(yàn)參考。設(shè)計(jì)的基于PMV和視覺(jué)舒適度模型的家庭節(jié)能系統(tǒng)，則包括硬件電路實(shí)現(xiàn)和軟件程序編程設(shè)計(jì)方法。結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠有效地節(jié)約家庭空調(diào)和燈光的用電。

20211106_618647b15c606__基于PMV和視覺(jué)舒適度的家庭能耗管理