室內暖氣智能調溫器的研究

陳方俊 王海波

摘 要：本文介紹了一種集中供暖的自動調溫技術及其實現，運用無線通信技術和微控制器技術，研究設計出了一套可實現智能自動調溫的水暖溫控閥控制系統。它集溫度檢測、邏輯控制、無線通信技術于一體，動作快速、節約能源、操作方便，可以根據用戶需要調節室內溫度，節約能源，而且能滿足不同用戶的舒適度要求。該技術可以實現對家庭供暖系統實時檢測、分房定溫、遠程控制等功能，充分體現了智能調溫器的人性化、自動化，具有重要的社會意義和經濟意義。

關鍵詞：自動調溫暖氣閥；PLC控制系統；無線通信

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.133

1 引言

在寒冷的冬天，供暖公司決定了北方地區人民室內的溫度。為了補償供暖過程中熱量散失，供暖公司會將供暖水溫適當升高，以保證溫度。而傳統的供暖氣管不能根據個人喜好實現智能調溫。溫度完全由供暖公司決定，供暖公司勢必無法滿足每個家庭對溫度的要求，因此部分家庭會因供暖水溫溫度升高，導致室內溫度過高，給人民生活造成不適的同時還造成巨大的資源浪費。

2 背景技術

現在百分之九十的家庭所用的暖氣片暖氣閥都是那種傳統的機械式的，非地熱式家庭甚至連機械式的旋鈕的沒有，基本都沒有智能調溫的功能，都是通過手動旋轉閥門控制暖氣管熱水流量大小來調節室溫。這完全是基于人工操作，調節溫度全憑主觀感受，只要水溫和室內環境發生變化，就需要時刻調節閥門，十分繁瑣。

3 PLC的硬件組成

此調溫器的硬件組成由溫度檢測模塊、溫度控制模塊、執行模塊以及人機界面模塊構成。如下圖：

（1）系統硬件及原理。PLC采用日本三菱公司的FX2N–**MT型號，為了獲得快速性能輸出采用晶體管輸出；選擇FX2N–4AD/TC型溫度傳感器；選擇三菱FX2N–4DA型數模轉換器，它有四通道的D/A輸出，轉換速度2.1ms，總體精度+1%。人機界面是為了顯示和設置運行參數，例如溫度、時間及報警提示等，選用三菱GT1000型觸摸屏；選擇J型熱電偶溫度傳感器。

（2）調溫原理。熱電偶將檢測到的溫度通過轉換變成PLC可以處理的數字量輸入到PLC。PLC將所檢測到的溫度與溫度設定值進行比較并按某種控制規律對誤差值進行運算，將運算之后的結果送給模擬量輸出模塊，通過D/A轉換器變成模擬量信號，驅動執行機構調溫閥門動作。從而實現對溫度的閉環控制。

（3）控制規律。FX系列PLC的PID指令采用的是位置式輸出的增量式PID算法，為了使得該指令比普通的PID算法具有更優的控制效果，在這里我們采用PID指令與模擬量輸入/輸出模塊結合使用，并且在控制算法中使用了反饋量的一階慣性濾波、反饋量微分和不完全微分等措施。

4 系統程序設計

程序的第一步是進行初始化。接著是檢查特殊功能模塊是否正常。然后根據目標溫度、偏置溫度、確認時間和滯回帶的設置。當目標溫度（溫度設定值sv）與偏置溫度之和小于等于室內溫度（溫度當前值pv），并且這種狀態持續1分鐘時，PID調節輸出數字量，再經過D/A模塊將數字量轉化為模擬量驅動調溫閥關閉；當目標溫度sv與偏置溫度之和再減去滯回帶溫度的值大于室內溫度pv，同樣這種狀態持續1分鐘時，PID調節輸出數字量，經D/A模塊轉換成模擬量控制調溫閥打開。

5 人機交互界面

人機交互界面是用于實現參數設置和室內溫度的監控。人機界面觸摸屏可以選擇三菱GT1000，不僅適應于三菱產品的PLC，還與歐姆龍等產品通用。

6 無線通信

發射器和接收器是紅外遙控器的兩個組成部分。發射器的組成分別是指令鍵、指令信號發生電路、調制電路、驅動電路和紅外發射器；接收器的組成是紅外線接收器件、前置放大電路、解調電路、信號檢出電路、記憶及驅動電路和執行電路。一旦紅外線接收器件接收到發射器的紅外指令信號時，它將紅外信號轉換成電信號并輸送到前置放大電路進行放大，又經過解調電路后，通過信號檢出電路把指令信號檢出，最后實現各種操作由記憶電路和驅動及執行電路完成。

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作者簡介：陳方俊（1994-），男，安徽安慶人，本科，電氣工程及其自動化專業。