基于無線通信技術(shù)的熱泵供熱控制系統(tǒng)的研究

薛蕊

摘要：節(jié)能環(huán)保是現(xiàn)今社會發(fā)展的重要主題，并有更多的新技術(shù)得到了開發(fā)與應(yīng)用。其中，熱泵技術(shù)是目前較為新興的制熱技術(shù)，具有高效、免維護(hù)以及節(jié)能等優(yōu)點。在文章中，將就基于無線通信技術(shù)的熱泵供熱控制系統(tǒng)進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù)；熱泵供熱；控制系統(tǒng)

一、引言

供熱是建筑建設(shè)中的重要工作內(nèi)容，只有實現(xiàn)供熱的穩(wěn)定性，才能夠?qū)ㄖ用竦木幼∫筮M(jìn)行實現(xiàn)。在傳統(tǒng)建筑的供熱方式中，其僅僅是對整個建筑進(jìn)行供熱，不僅不能夠單獨實現(xiàn)單獨的房間溫度控制，且不能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的及時調(diào)整。而隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對該類問題的解決提供了可能。通過無線技術(shù)的應(yīng)用，則能夠以無線控制的方式對熱泵供熱實現(xiàn)控制，在根據(jù)人們意愿對溫度進(jìn)行控制的同時對人們的居住需求進(jìn)行滿足。

二、無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在該無線控制系統(tǒng)中，其可以分為兩個模塊：無線集控器以及溫控器模塊。其中，無線溫控器同無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點設(shè)備相對應(yīng)，通過溫度傳感器的應(yīng)用對室內(nèi)溫度進(jìn)行檢查，在做好設(shè)定值溫度的相關(guān)運算之后，通過無線傳輸模塊的應(yīng)用對信息進(jìn)行傳輸，使其能夠發(fā)送到系統(tǒng)的控制模塊當(dāng)中。而當(dāng)控制模塊對相關(guān)的信息完成接收之后，則會向外圍設(shè)備對控制指令進(jìn)行發(fā)揮，以此對室內(nèi)溫度的控制功能進(jìn)行實現(xiàn)。無線集控器方面，則同網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點相對應(yīng)，在實際應(yīng)用中，無線路由設(shè)備將對室內(nèi)溫度信息進(jìn)行發(fā)出，這部分信息在通過RS232傳輸?shù)接嬎銠C(jī)之后由其對相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)處理。同時，在計算機(jī)以及電控板模塊間，也通過串口的方式進(jìn)行連接，在對PC發(fā)出命令進(jìn)行接收的同時對熱泵機(jī)組的運行進(jìn)行控制。

（二）硬件設(shè)計

硬件設(shè)計方面，無線集控器以及溫控器分部隸屬于不同的功能設(shè)計，對此，各自在硬件設(shè)計基礎(chǔ)上面也具有較大的不同。節(jié)點設(shè)計方面，主要由無線通信、電源模塊、微控制器以及數(shù)據(jù)采集等模塊組成。在該系統(tǒng)中，無線節(jié)點可以說是非常重要的一項內(nèi)容，其運行的穩(wěn)定與否將直接對網(wǎng)絡(luò)的可靠運行產(chǎn)生影響，對此，就需要保證其能夠具有可靠、簡單的特征。在本系統(tǒng)中，對Atemga128L芯片進(jìn)行了應(yīng)用，能夠在對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理的同時做好數(shù)據(jù)的發(fā)送。射頻方面，使用的為CC2420芯片，對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能進(jìn)行實現(xiàn)，即對于數(shù)據(jù)的收發(fā)以及采集。電源模塊的功能則是對模塊能量進(jìn)行提供與管理，保證能源應(yīng)用的最大化。

（三）軟件設(shè)計

在該系統(tǒng)中，其主程序可以分為三個部分，即不同節(jié)點類型的配置以及應(yīng)用源文件、協(xié)議棧源程序以及其他文件類型。源文件方面：第一，SymboTime.c，為系統(tǒng)定時器中斷以及時間設(shè)定功能；第二，Zapl.h，即協(xié)議棧對應(yīng)用層所提供的接口類型文件，是該程序中的協(xié)議棧源文件；第三，zAPS.c.h，為系統(tǒng)APS層的協(xié)議源文件。應(yīng)用源文件方面：第一，RFD.c、Router.c，為系統(tǒng)不同類型節(jié)點的應(yīng)用源文件；第二，myZigBee，為節(jié)點能量、簡單、網(wǎng)絡(luò)模式以及定義節(jié)點描述符的值；第三，ZigBee.def，其中對節(jié)點的基本信息常量進(jìn)行了定義，如節(jié)點類型、節(jié)點地址以及其波特率等。其他源文件方面：第一，Compile.h，編譯器相關(guān)定義；第二，Console.c.h，串行接口代碼；第三，Generic.h，部分類型以及常量定義。

在該系統(tǒng)實際設(shè)計中，在對不同ZigBee節(jié)點進(jìn)行開發(fā)時，都嚴(yán)格對以下步驟進(jìn)行了遵循：第一，對需要應(yīng)用的配置文件進(jìn)行確定；第二，對應(yīng)用端口結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定；第三，對應(yīng)用工程目錄進(jìn)行建立，將同本工程具有聯(lián)系的協(xié)議棧文件放入到該目錄當(dāng)中；第四，對基于設(shè)備設(shè)置、端口類型以及設(shè)備類型的文件進(jìn)行創(chuàng)建；第五，對主程序進(jìn)行編寫。在該環(huán)節(jié)中，首先對協(xié)議棧、硬件以及其他變量進(jìn)行初始化，之后，使全局在終端的情況下進(jìn)入到無限循環(huán)當(dāng)中，對ZigBeeTasks子程序進(jìn)行執(zhí)行，根據(jù)執(zhí)行過程對原語狀態(tài)進(jìn)行改變，并在進(jìn)入到不同協(xié)議棧層級中對相應(yīng)的操作進(jìn)行執(zhí)行。

三、熱泵機(jī)組設(shè)計

（一）機(jī)組控制過程

對于熱泵技術(shù)來說，其基于逆卡諾循環(huán)處理，可以說是一種能量提升裝置，能夠以此使熱量從較低的溫度對較高溫度的物體進(jìn)行傳遞，即在從周圍環(huán)境對熱量進(jìn)行吸取后向?qū)ο筮M(jìn)行傳遞。在該研究中，通過空氣源熱的方式對供暖進(jìn)行實現(xiàn)，對于該熱水器設(shè)備來說，在卡諾循環(huán)原理的基礎(chǔ)上通過壓縮機(jī)對做功進(jìn)行實現(xiàn)，使熱媒因此產(chǎn)生氣-液-氣的物理相變，并在該種循環(huán)的過程中對放熱以及吸熱進(jìn)行實現(xiàn)，在對空氣中存在的熱能進(jìn)行吸取的同時使冷水逐步升溫。

（二） 機(jī)組采集系統(tǒng)設(shè)計

1. 硬件設(shè)計

在本研究的采集系統(tǒng)中，將AD7793作為ADC模塊，具有著低噪音以及低功耗的特點，能夠較為完整的實現(xiàn)前段模擬，其中，具有一個低噪音特征的AD，具有3個差分模擬，并通過低噪音儀表放大器的繼承能夠?qū)π盘柕闹苯虞斎脒M(jìn)行實現(xiàn)，非常適合應(yīng)用在高精度測量工作當(dāng)中。同時，其內(nèi)部具有著低漂移、低噪聲的基準(zhǔn)電壓源，且能夠?qū)ν獠坎罘只鶞?zhǔn)電壓進(jìn)行采用，其他特性方面，則具有著熔點電流、可編程激勵電流等。AD7793在運行中，能夠?qū)ν獠繒r鐘以及內(nèi)部時鐘工作進(jìn)行應(yīng)用，且能夠通過軟件編程的方式對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，即在4.18Hz至460Hz間調(diào)整。同時，其能夠?qū)?.5V電壓進(jìn)行提供，以此對相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽恳约熬_性進(jìn)行了保證，同時，該系統(tǒng)以兩片模擬開關(guān)的應(yīng)用對信號采集的多通道進(jìn)行了實現(xiàn)，并對采集通道進(jìn)行了增加，能夠?qū)σ黄酒瑢Χ嘟M參數(shù)進(jìn)行采集的要求進(jìn)行了滿足。

2. 軟件設(shè)計

軟件方面，通過寄存器讀寫命令的應(yīng)用，則能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)從AD7793中的寫入以及讀出進(jìn)行實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)讀寫方面，即通過通信寄存器的讀寫配置對其進(jìn)行實現(xiàn)，在該過程中，移位寄存器是非常重要的一個環(huán)節(jié)，相關(guān)數(shù)據(jù)需要在其中對控制以及轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行實現(xiàn)。而在實際開展讀寫之前，也需要做好寄存器的配置工作，在對指令進(jìn)行寫入之后，需要及時做好24位數(shù)據(jù)的跟進(jìn)，之后對24個連續(xù)的串行始終脈沖進(jìn)行跟進(jìn)。

（三）電子膨脹閥PID控制

1. 性能研究

在本文的系統(tǒng)設(shè)計中，節(jié)流元件為電子膨脹閥，對于該設(shè)備來說，其在應(yīng)用中能夠?qū)χ评鋭┻M(jìn)入到設(shè)備的量進(jìn)行控制，可以說直接關(guān)系實際系統(tǒng)的制冷效果。雖然熱力膨脹閥作為一種節(jié)流元件類型在現(xiàn)今系統(tǒng)中得到了較多的應(yīng)用，但電子膨脹閥同其相比具有更多的優(yōu)勢：第一，其動作速度更快，僅僅需要幾秒鐘就能夠?qū)崿F(xiàn)從關(guān)閉到全部打開的操作，且在運行中不存在過熱度問題；第二，對低溫度具有較好的適應(yīng)性，而對于熱力膨脹閥來說，如果其所處的環(huán)境溫度較低，其感溫介質(zhì)在壓力變化方面則逐漸減小，并因此對其調(diào)節(jié)性能產(chǎn)生了較大的影響。同其相比，電子膨脹閥在較低的溫度環(huán)境下也能夠以快速、準(zhǔn)確的方式進(jìn)行過熱度變化，進(jìn)而實現(xiàn)流程的科學(xué)調(diào)節(jié)；第三，其過熱度設(shè)定值可以調(diào)整，能夠根據(jù)實際需求對相應(yīng)的設(shè)定值進(jìn)行改變。

2. 硬件設(shè)計

通過對電子膨脹閥的控制，也就是對步進(jìn)電機(jī)控制的實現(xiàn)。對于電子膨脹閥來說，其由傳感器、控制器以及執(zhí)行器這幾部分組成，即先對傳感器采集獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，在處理完成后向電控板對控制指令進(jìn)行發(fā)出，之后再由電控板經(jīng)驅(qū)動電路向電子膨脹閥輸出電信號來驅(qū)動電子膨脹閥動作。在本系統(tǒng)中，所使用的驅(qū)動電路為MAX504，具有低功耗的特征，在上電過程中，其內(nèi)部DAC將復(fù)位為0，而當(dāng)CLR處于低電平狀態(tài)時，寄存器也將置0。在實際設(shè)計中，可以將BIPOFF同AGND實現(xiàn)連接，在將RFB同VOUT進(jìn)行連接的同時配置成增益為2的模式，在該模式下，MAX504不僅能夠以單電源的方式開展工作，也可以雙電源同時完成工作任務(wù)。

四、結(jié)語

在上文中，我們對基于無線通信技術(shù)的熱泵供熱控制系統(tǒng)進(jìn)行了一定的研究，需要在實際設(shè)計中能夠把握重點，更好的發(fā)揮系統(tǒng)功能。

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（作者單位：大唐保定供熱有限責(zé)任公司）