變風量空調末端控制器的設計與實現

宋艷芳 冷曉春

【摘要】變風量中央空調系統主要通過末端裝置調節室內溫度，末端裝置是中央空調系統熱交換的最后環節，更是系統中最能體現控制和節能效果的重要裝置之一。本文主要完成了：基于嵌入式系統設計VAV系統末端控制器，改善房間環境信息的采集方式和監控方式，以及智能控制策略在末端控制器中的應用。

【關鍵詞】嵌入式系統；變風量；末端控制器

一、引言

中央空調系統是依據房間內負荷變化或要求參數的變化，恒定送風溫度，全自動調節送風量，使空調房間內各主要參數達標的全空氣空調系統。其追求以較少的能耗來滿足室內空氣環境的要求，在節能、空氣質量、舒適性和靈活性等方面均有其獨特的優勢所在，因此在現代各類建筑中應用越來越廣泛。末端控制器是空調系統中最重要的裝置之一，其對空調系統的節能與控制都是至關重要的。

二、調系統末端控制器總體設計

中央空調末端控制器是中央空調系統熱交換的最后一個環節，更是中央空調系統中最重要的裝置之一。特別是對變風量空調系統而言，其對空調系統節能有重要意義。此外，無線、多點的數據采集方式可提高空調房間環境表征的靈活性和準確性，對于保持空調房間舒適度也有十分重要的意義。因此，設計一個能靈活、準確地表征空間環境特征，并在不同送風條件和負荷下達到節能、高效控制效果的末端控制器，是節能和保持舒適度的關鍵。

三、調系統末端控制器設計

（一）硬件系統設計

（1）嵌入式控制器硬件系統選型。為了使設計的空調系統嵌入式末端控制器達到實時檢測、實時運算、實時控制的多線程控制目標，并擁有友好的人機交互界面、良好的可靠性以及較低的成本，設計嵌入式控制器選用高集成度的TQ2440開發板。其具有豐富的外圍接口，且穩定性好、可擴展性強，能滿足VAV空調系統對中央控制器的系統可靠性、穩定性、數據存儲量、數據處理能力及網絡拓展等要求。

（2）無線傳感器網絡。常用的無線通信方式主要有調頻技術、紅外技術和藍牙技術。其中調頻技術頻段受限、抗干擾性差、可靠性低；紅外技術通訊距離短、擴展性差且遇障礙物時通訊中斷；而藍牙技術帶寬窄，抗干擾能力差，傳輸距離近。為此，本設計無線技術采用可靠、傳輸距離遠、抗干擾性強的Zigbee技術，并選用CC2430芯片作為無線采集節點的處理器。其自主休眠和快速喚醒特性，可降低能耗，延長工作時間，具有低成本、低功耗、抗干擾、高性能等優點。溫濕度傳感器選用數字式DHT10芯片，能將檢測到的溫濕度數據直接轉換為標定的數字信號，具有抗干擾、低功耗、數字信號輸出等特點。

（二）軟件系統設計

（1）DAC驅動程序設計。根據控制器需要使用的工具和所需設備資源，對系統內核進行配置、裁剪和移植。本系統除了要驅動串口、USB口、觸摸屏等已有設備以外，還需驅動DAC0832這一設備，而內核源碼中并未提供DAC0832驅動程序，因此，這里需自行編寫DAC驅動程序。無線采集得到的房間溫度與設定值作差得到的偏差，經模糊PID算法運算后得到了控制輸出值，并將其對應為2～10V模擬量，但是控制器只能輸出數字量。因此，要將控制輸出量映射到0～255的8位數字量，然后編寫DAC驅動程序，使控制器輸出的8位數字量通過DAC8032轉換為對應的2～10V模擬量。

（2）無線傳感器網絡應用程序設計。本系統借助Tiny OS操作系統組建無線傳感器網絡，無線傳感器網絡是通過無線通信的方式，將監測區域內大量的傳感器節點組建成一個自組織、多跳的無線網絡。其網絡內各終端節點可對覆蓋區域中被感知對象信息進行感知、采集并傳輸，最終將其匯聚到網絡協調器進行處理。

（3）溫濕度補償與數據融合程序設計。對于空間環境來說，溫、濕度是相互耦合量，因此為提高測量精度，在用DHT10傳感器測量空間溫濕度時，需要對其輸出的“相對濕度”進行溫度補償和線性補償后，才可得到較準確的濕度值。

（4）嵌入式TCP/IP網絡服務器程序設計。為進一步改善傳統VAV中央空調末端控制器通過觸摸屏監控房間溫濕度的方式，讓使用者更加便捷地無線查看房間中實時溫濕度值并設置溫度設定值，本設計采用無線TCP/IP網絡通信技術解決這一問題。

四、結論

本文應用無線傳感器網絡組建溫濕度采集網絡，改善目前中央空調末端控制器有線、單點的數據采集方式，充分利用其靈活性和可擴展性，使之能無線采集空調房間內多點溫濕度，以獲得更加準確的空間溫濕度，提高數據采集的靈活性與準確性。利用嵌入式系統的多線程任務管理機制，實現了多點溫濕度數據采集和溫度智能控制雙線程，大大提高了控制器的控制速度和精度。

參考文獻

[1]郭鵬.基于嵌入式技術的中央空調末端控制器的研究[D].西安：西安建筑科技大學，2008.

[2]李宗強.張九根.基于PIC單片機的中央空調智能溫度控制器設計[J].現代建筑電氣，2010（07）.

作者簡介：宋艷芳（1981.06—），山東協和學院機電工程學院，副教授，研究方向：自動化；冷曉春，山東協和學院自動化16-1班，學生。