智能新风系统算法设计

湖北民族学院信息工程学院 张远念 邱 达 黄 硕 龚美凤 罗 念

智能新风系统算法设计

湖北民族学院信息工程学院 张远念 邱 达 黄 硕 龚美凤 罗 念

为了降低基站能耗，设计了一套应用逻辑算法控制基站内的空调与风机配合动作，。利用算法可以有效的控制空调与风机的运行关系，以达到节能的效果。该系统具有对基站温度、湿度、空调开关等检测功能，具有风机几组、人机互动控制功能。设置离线模式保证基站的稳定运作。

新风系统；节能减排；离线模式

0　引言

随着我国通信事业的不断发展，通信基站数量快速增加，通信设备的数量也在逐渐增加。为了保证通信机房设备的正常运行，对其工作环境也提出了更高的要求。通信机房一般采用空调来调节温度，通信设备的增多，使得通信用电量快速增长，耗能升高。为了实现通信基站节能降耗的目的，通过智能新风系统，合理运用算法。它可以有效地减少或调节空调的运行时间，从而达到节能减排的目的[1]。

1　系统工作原理

新风系统在室内室外均安装了温度湿度感应器，可以根据核心控制器进行室内的温度湿度和室外的温度湿度进行测量显示，而后根据以设计好的逻辑算法进行判断，室外的新风是否达到标准，如果达到了就操控空调与风机，实现空调与风机联动配合，利用空气质量交换和能量交换原理，依靠大量通风有效地将基站内的热量迅速向外迁移，通过安装在机房的进风机将外界较冷的空气引入，实现室内散热，有效控制机房内部温湿度。该系统可根据不同的室内外温湿度及其他环境条件与空调联动，减少空调使用时间，减少或取消备用空调配置，实现节能降耗[2]。

2　新风系统红外算法学习模块

红外学习模块由红外发射、红外接收和红外存储等功能。空调发出红外载波由红外接收器接受再由存储器存储。当需要时从存储器读取相关代码对空调进行开关控制。

红外遥控信号采用二进制代码，利用代码信号去调制固定频率的载波信号,再利用此载波信号去控制红外信号的发送。经红外头接收、放大、检波、整形,得到TTL电平的代码信号,经单片机译码并执行,从而控制指定对象[3]。

NEC遥控指令的数据格式为同步码、地址码、地址反码、控制码、控制反码。同步码由一个 9ms的低电平和一个 4.5ms的高电平组成。地址码、地址反码、控制码、控制反码均是8位数据。按照低位在前，高位在后的顺序发送。反码增加传输的可靠性。

第一步：接收空调红外遥控器发出的红外信号，然后从引导码开始逐位的接收数据，每8位装到一个数组中，得到的32位数据就是空调开关数据之一。

第二步：将已经接收的一个开关数据装进存储器中，判断学习按键是否按下，如果按下，单片机将会把红外接收器接收到的信号写到存储芯片上。

第三步：当某台空调需要开启或关闭时，单片机会从数据存储中心选取它所对应的控制代码，进行读操作，然后进行发射操作，使用ATmega32模拟PWM波输出，可以得到38khz的载波，将存储器中取出的控制代码进行编辑，将它写到38khz上逐位的再发射出去。如图1所示。

图1　红外学习功能程序流程图

3　控制逻辑管理

图2　整体通讯图

IFCU1：室内温湿度检测TIO1、HO1

IFCU2：室外温湿度检测TIO2、HO2

EFCU1：室内进风口温度检测TEI1

EFCU2：室外排风口温度检测TEI2

表1　温度与新风系统状态对照表

逻辑控制要点：

（1）通信模块每轮询完一圈，计算一次室内温度，那么室内温度TIn =（TIo1+ TEI1）/2，室外湿度HIn=HO1 ，计算前先判断TIo1和TEI1的有效性（＞-30且＜50），无效值不进行计算；同理室外温度TO=（TIO2+ TEI2）/2，室外湿度HO=HO2 ，对室外温度有效性参照室内进行判断。

（2）系统逻辑控制采用状态机方式，空调和风机的动作就是在不同状态机之间运转，

空调状态机如下：

关闭空调：Status1(01)

开启一台空调制冷：Status2(02)

开启一台空调制热：Status3(03)

风扇状态机如下：

关闭风扇：Status1(01)

开启风扇：Status2(02)

（3）当室内温度从一个状态机进入一个新的状态机，连续判断5次，如果连续5次都处于新的状态机，进行相应动作，否则不动作。

（4）空调状态与风扇状态保持互锁，当空调不为关闭空调状态时，即Status1，风扇状态将一直保持为关闭风扇状态。

（5）系统设置开最小关机运行时间，本系统设置为10分钟，系统最小关机运行时间可设置为5～30分钟。

（6）本系统风机运行分为两个阶段

a)无级调速阶段

风机启动温度22℃，可将22℃～28℃温度区间均分为3个区间，当室内温度位于相应区间，就对风机转速进行相应调整。

b)全速运行阶段

当温度达到28℃风机开始全速运行。

4　离线工作模式

当系统中某一个单元通信断后，各单元板按照预先设计的工作模式工作，对风机和空调继续保持控制。离线工作模式有节能模式、安全模式与手动操作模式[4]。

TCU逻辑控制算法：当系统配置子单元中出现一个或多个通信断告警，设定10分钟的延时计数器，如果10分钟后通信断开的子单元未恢复正常通信则进入离线模式管理，通知未通信断的单元进入离线模式。

（1）节能模式

1）FCU与TCU通信断，TCU通知ACU进入离线

FCU在15分钟内没有收到MCU的数据，FCU根据自身温度传感器判断室温检测点温度大于25度时开启风机，小于20度时关闭风机；ACU收到TCU“进入离线模式”命令便立即关闭空调。

2）ACU与TCU通信断，TCU通知FCU进入离线

ACU在10分钟未收到TCU数据后，立即关闭空调；FCU收到TCU离线命令15分钟后，FCU根据自身传感器判断室温检测点温度大于25度时开启风机，小于20度时关闭风机。

（2）安全模式

1）ACU与TCU通信断，TCU通知FCU进入离线

ACU在10分钟内没有收到TCU的数据，ACU关闭所有空调30分钟；每4分钟检测一次空调状态，若有空调开机，则再次下发关空调的红外信号和输出干接点动作，30分钟重新计时；关闭空调30分钟后ACU根据空调口温度控制空调，若不需要开启空调，则再次进入关闭空调30分钟阶段；若需要开启空调，则开启后维持235分钟重复上面动作；FCU收到TCU进入离线模式命令则关闭风机。

2）FCU与TCU通信断，TCU通知ACU进入离线

FCU在10分钟内没有收到TCU的数据，FCU立即关闭风机；ACU收到TCU进入离线命令后，ACU关闭所有空调30分钟；每4分钟检测一次空调状态，若有空调开机，则再次下发关空调的红外信号和输出干接点动作，30分钟重新计时；关闭空调30分钟结束，ACU根据空调口温度控制空调，若不需要开启空调，则再次进入关闭空调30分钟阶段；若需要开启空调，则开启后维持235分钟，重复上面动作。

（3）手动模式

在紧急情况下，工作人员在基站内直接对空调或风机操作，优先级为最高。当基站出现风机故障时，空调状态为常开。

5　总结

本文对新风系统的算法进行分析设计，算法合理运用机房室内外温差形成热交换，依靠大量的通风有效地将机房内的温度降低，从而使基站能够正常工作。当室外温度较低时，使用新风节能系统将室外冷空气引入机房内对设备散热[5]。同时引入了温度、湿度、电压保护保证新风系统安全稳定的运行。引入了安全模式、节能模式和手动模式，通过减少空调的工作时间达到节能目的。根据不同机房环境能够节省机房空调能耗的40%～60%。

[1]范敦浩.移动通信基站的电源和环境监控[J].通信电源技术,2000(3): 25-28.

[2]饶中浩,张国庆,等.通信基站空调的智能型综合节能系统研究[J].电信工程技术与标准,2008,5(12):26-28.

[3]Report linker adds green mobile networks & base stations:Strategies Scenarios & Forecasts 2009-2014.2009,2.

[4]Report linker adds green mobile networks & base stations:Strategies Scenarios &Forecasts 2009-2014(2009,Dec 02).PR News wire.

[5]蒋青泉.通信网络能耗分析与节能技术应用[J].中南大学学报:自然科学版,2009,40(2):464-470.