空調(diào)控制系統(tǒng)的ＥＤＡ實(shí)現(xiàn)

[摘要] 本文介紹了一種空調(diào)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)室溫變化控制空調(diào)自動(dòng)制冷或制熱。系統(tǒng)采用VHDL語(yǔ)言描述電路功能，利用EDA技術(shù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，通過(guò)了仿真測(cè)試，并給出了仿真波形圖。

[關(guān)鍵詞] EDA技術(shù) 空調(diào)控制系統(tǒng) VHDL語(yǔ)言 仿真

引言

空調(diào)控制系統(tǒng)是智能建筑樓宇自動(dòng)控制的一個(gè)重要組成部分。系統(tǒng)占據(jù)整個(gè)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的30%以上的監(jiān)控點(diǎn)，而且空調(diào)的能耗也占整個(gè)建筑物能耗的50%以上。因此，空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，也是節(jié)電節(jié)能的重點(diǎn)，特別對(duì)于大型建筑而言，更是如此。本文設(shè)計(jì)一種新型空調(diào)控制器，并采用了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)，用目前廣泛應(yīng)用的VHDL硬件電路描述語(yǔ)言，在Altera公司的MAX+PLUSⅡ集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行綜合、仿真，并下載到可編程邏輯器件中，以實(shí)現(xiàn)控制功能。

一、空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，首先由傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度，并將采集來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的預(yù)處理單元，在預(yù)處理單元將采集來(lái)的溫度信號(hào)與設(shè)定值相比較，來(lái)判斷當(dāng)前的狀態(tài)（太熱、太冷或適中），然后將處理結(jié)果傳輸?shù)娇刂茊卧詈笥蓤?zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制單元輸出的控制信號(hào)，控制室內(nèi)空調(diào)。

二、控制單元的EDA實(shí)現(xiàn)

1.控制單元的芯片功能

控制芯片如圖2，有三個(gè)輸入端時(shí)鐘端clk，temp_high和temp_low，兩個(gè)輸出端heat和cool，高電平有效。如果室內(nèi)溫度正常， temp_high和temp_low均為‘0’，則輸出端heat和cool均為‘0’。如果室內(nèi)溫度過(guò)高，temp_high為‘1’，temp_low為‘0’，則heat和cool分別為‘1’和‘0’，空調(diào)制冷。如果室內(nèi)溫度過(guò)低，temp_high為‘0’，temp_low為‘1’，則heat和cool分別為‘0’和‘1’，空調(diào)制熱。

2.控制單元芯片的VHDL代碼

VHDL(Very-High-Speed integrated Circuit Hardware Description Language)是IEEE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言，是隨著可編程邏輯器件(PLD)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。這種用語(yǔ)言描述硬件電路的方式，容易修改和保存，且具有很強(qiáng)的行為描述能力，所以在電路設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。以下是描述控制單元VHDL代碼.

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity air_conditioner is

port (clk:in std_logic;--時(shí)鐘輸入信號(hào)

temp_low:in std_logic; --過(guò)冷傳感器輸入信號(hào)

temp_high:in std_logic;--過(guò)熱傳感器輸入信號(hào)

heat:out std_logic;--制熱輸出信號(hào)

cool:out std_logic); --制冷輸出信號(hào)

end air_conditioner;

architecture style_b of air_conditioner is

type state_type is (just_right，too_cold，too_hot);

attribute sequential_encoding :string;--定義state_type的屬性sequential_encoding

attribute sequential_encoding of state_type:type is\"00 01 10\";

signal stvar:state_type;

attribute state_vector:string; --定義stvar的屬性state_vector

attribute state_vector of style_b:architecture is \"stvar\";

begin

controller1:process

--clk是該進(jìn)程的敏感信號(hào)，當(dāng)clk變?yōu)椤?’時(shí)，激活進(jìn)程

Begin

--等待clk變?yōu)椤?’

wait until clk=’1’;

--根據(jù)temp_low和temp_high的值決定stvar的值

if (temp_low=‘1’) then stvar<=too_cold;

elsif (temp_high=‘1’) then stvar<=too_hot;

else stvar<=just_right;

end if;

--根據(jù)stvar的值決定heat和cool的值，從而控制空調(diào)制冷、制熱或保持不變

case stvar is

when just_right=>heat<=’0’;cool<=’0’;

when too_cold=>heat<=’1’;cool<=’0’;

when too_hot=>heat<=’0’;cool<=’1’;

end case;

end process controller1;

end style_b;

3.控制單元芯片的功能仿真

控制單元芯片系統(tǒng)采用ALTERA公司的EPF8282ALC84-2芯片，所有程序在MAX+PLUSⅡ中開(kāi)發(fā)。設(shè)計(jì)輸入完成后，進(jìn)行整體的編譯和邏輯仿真，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換、布局、布線，延時(shí)仿真生成配置文件，最后下載至FPGA器件，完成結(jié)構(gòu)功能配置，實(shí)現(xiàn)其硬件功能。控制芯片的系統(tǒng)邏輯功能仿真波形如圖3所示。各信號(hào)的邏輯功能和時(shí)序配置完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的空調(diào)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)室溫的變化控制空調(diào)制冷或制熱，起到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，特別是大大降低了空調(diào)的能耗。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)方便，成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯伯亨:VHDL硬件描述語(yǔ)言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999

[2]吳萬(wàn)慶等:人工智能技術(shù)在中央空調(diào)節(jié)能控制中的應(yīng)用探討[J].智能建筑與城市信息，2007(4）：29～32

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。