基于嵌入式的氣候補償器在集中供熱系統的設計

陳明淑，段金英，趙婧（西京學院，陜西西安，710123）

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基于嵌入式的氣候補償器在集中供熱系統的設計

陳明淑，段金英，趙婧
（西京學院，陜西西安，710123）

摘要：氣候補償器在集中供熱系統中的應用，能夠有效降低能耗，能夠促進生態文明建設。氣候補償器可以科學有效地解決集中供熱系統中換熱站處的控制以及管理問題。文中主要研究了氣候補償器的工作原理、作用，并以設計以AMR9 S3C2410為基礎的硬件設計與軟件設計。

關鍵詞：嵌入式；氣候補償器；硬件設計；軟件設計

氣候補償器是用于安裝在供熱系統換熱站外的節能自動控制器。通過氣候補償器能夠根據室外溫度的高低以及供熱用戶對室內溫度的具體需求，通過自主計算得到合適的換熱站二次供水、回水溫度，在得到二次供水溫度的基礎上能夠主動改變一次管網電動調節閥的開度實現調節進入換熱站熱水流量的多少，因此，實現了二次管網供水溫度隨著室內外溫度的高低而進行改變實現自動氣候補償，最終實現了室內溫度能夠保持在一個設定的范圍之內。

1 氣候補償器的工作原理

圖1是基于氣候補償器的供熱系統結構圖。當供熱的室外溫度發生變化的時候，為了能夠確保供熱室內的溫度在相應的規定范圍之內，就需要對供暖系統的二次供水溫度進行相應的調整。如果室外溫度降低，為了保持室內溫度的恒定，供暖系統的二次供水溫度應該進行變大，這個時候，氣候補償在進行工作時就會主動變大調動調節閥的閥門力度，使流入換熱器的熱水量增加，通過換熱器的熱量交換后，這個時候室內溫度也就會上升。當室外溫度上升的時候，為了確保室內溫度恒定就需要通過氣候補償器就會主動減少進入熱水換熱器的流量，這樣直接從電動調節閥分水管流會一次管網的水量增加，這時供熱爐的回水溫度高，可以降低鍋爐機組輸出負荷，能夠實現節能。

圖1 基于氣候補償器的供熱系統結構圖

在基于氣候補償器的供熱系統當中，輸入量指的是室外的溫度、二次供水溫度以及二次回水溫度，其中執行具體操作的是系統當中的電動調節閥，控制量指的是為二次網供水溫度、測量元件為鉑熱電阻。在整個系統當中溫度船度氣的作用只是簡單地進行溫度測量，確保室內溫度能夠在觸摸屏上顯示出來，并成為系統設計過程中的重要依據。系統設計中的電動調節閥是電動三通閥，通過一個電動執行結構對兩個出口的比例進行控制，當閥門的開度較大時，流經的熱水的流量比較大，反之則比較小，閥門的變化不會對電動三通閥入水管的熱力工況造成任何影響。

2 嵌入式氣候補償器在供熱系統中設計的整體設計

2.1 嵌入式系統設計的設計方法

按照供熱系統的要求按照嵌入式系統的設計目標對系統組成部分以及系統的整體模塊進行功能設計，以及其在系統的彼此之間的關系和作用，構成了系統的整體設計，一般而言嵌入式系統設計主要包括了需求分析、體系結構設計、硬件設計、軟建設計、系統集成和系統測試等幾個方面。文中在對嵌入式氣候補償器進行研究的過程中，主要分析了嵌入式氣候補償的體系結構設計、系統硬件設計以系統軟件設計。

2.2 微處理器的選擇

當前，在微處理器市場當中AMR微處理器占據的市場份額不較大，這主要是由AMR處理的在處理速度、產品功耗、數據傳輸的效率以及在DSP功能方面都要明顯領先于其他微處理器，并且AMR處理器具有完善的基礎體系結構。在進行系統設計的過程中，在進行微處理器的選擇上，文中在進行系統研究的過程中主要選擇了三星公司設計、出售的S3C2410。該型號微處理器的能耗較低、具有高集成度，在進行系統設計的過程中文中選用了S3C2410微處理器作為芯片級支持，并且MMU確保了嵌入式操作系統能夠進行的運轉。這一處理器的最高主頻能夠達到203MHz，這樣能夠確保系統中的上位機和S3C2410之間能夠進行良好的數據通信工作。相比于其他的微處理器，S3C2410的性價比比較高。

2.3 操作系統選擇文中在進行系統設計的過程中，選取了Linux 嵌入式操作系統。該操作系統的主要優勢主要體現在以下幾個方面：1.微內核能夠直接提供網絡支持功能，而不必在采取協議包TCP/IP。2.Linux具有十分高的繼承性，在系統設計的過程中也能夠能加容易的添加其他部件。2.4在進行系統設計的過程中Linux能夠免費獲取，并且其源代碼也是開放的。4.有多種硬件平臺適用Linux，因此Linux具有更強的適用性。5.配置選擇方面具有隨意性，Linux可以不同與商家或許可證有合作關系。6.Linux能夠在臺式機上進行應用，這保證了該操作系統會有更加廣闊的應用空間。

2.4 系統的整體設計

在供熱系統中的氣候補償器主要是由三部分構成，這三部分分別是：氣候補償器的硬件系統、氣候補償器的軟件系統以及氣候補償器的中間件。在整個氣候補償器的系統當中，其中硬件系統主要是由AMR9核S3C2410存儲器組成和各種的接口電路共同構成的，系統當中的軟件子系統主要是由操作系統以及各種應用層軟件構成的，氣候補償其中的中間部分主要是由硬件驅動程序等一些底層軟件構成的（見下表1）。

表1

3 系統硬件和軟件設計

3.1 系統硬件整體設計

在集中供熱系統中氣候補償器能否順利運行主要是由氣候補償其系統當中硬件子系統決定。在進行硬件設計的過程中，文中主要選取了三星公司出品的AMR9 S3C2410微處理器，系統在進行工作的過程中，能夠通過系統中的信號采集電路，將系統中傳感器所獲取的不同的溫度信號提供給系統中的處理器，通過系統處理器的處理工作，通過控制電路對供熱系統的中的調動調節閥進行控制，通過調整調節閥的開度，能夠實現對集中供熱系統的熱水流量的控制，實現對室內溫度的有效調節。文中在進行硬件系統設計時，采用了模塊化設計理念，從而將整個系統劃分為最小系統模塊、信號采集模塊、系統控制模塊、網絡通信模塊、LCD觸摸屏模塊。硬件系統的模塊化設計能夠確保硬件系統具有可擴展性可高度可靠性的特點，并且通過模塊化進行系統設計，也能夠根據集中供熱系統用的需求對硬件系統進行升級和改造。

3.2 系統軟件設計

在進行系統軟建設計的過程中，文中設計的氣候補償器的軟件平臺主要是由物理層、操作系統和應用層三個系統層次組成的，其中系統軟件層當中的物理層是由Bootloader啟動代碼編寫和硬件驅動等底層設計軟件組成的；在進行系統設計時，操作系統層主要是由Bootloader啟動代碼移植、操作系統內核移植和文件移植三個系統組成的；系統中的應用層主要的組成部分主要包括信號采集處理、電動調節閥控制、網絡通信、狀態顯示等應用程序。

4 結語

在社會建設的過程中，我國環境、生態問題進一步突出，伴隨著現代科學技術的不斷發展，改善供熱系統，提高供熱效率，實現供熱系統的計算機自動監控，減少資源能源浪費是我國城市集中供熱的發展趨勢。因此，加強基于氣候補償器的供熱控制系統的研究，不僅具有良好的社會價值，也同時具有良好的生態價值。文中主要對供熱系統中的氣候補償器的自動控制進行了分析和設計，并詳細論述了氣候比長期的工作原理以及整體架構和軟硬件設計。

參考文獻

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［3］袁閃閃，徐偉.熱用氣候補償技術的研究進展及應用效果分析［J］. 建筑科學，2015（06）.

［4］白旭東，張杰，耿欣.氣候補償器在供熱系統中的應用［J］.科技創新與應用，2012（30）.

Design of the central heating system based on the embedded climate compensator

Chen Mingshu，Duan Jinying，Zhao Jing
（Xijing University，shaanxi xi’an，710123）

Abstract：The application of climate compensator in central heating system can effectively reduce energy consumption and promote the construction of ecological civilization.Climate compensator can effectively solve the scientific control in central heating system heat transfer station and the management problems. This paper mainly studies the working principle and function of climate compensator， and designs the hardware design and software design based on S3C2410 AMR9.

Keywords：embedded；climate compensator；hardware design；software design

文獻標識碼：中圖分類好： TU833.1A