室内暖气智能调温器的研究

陈方俊 王海波

摘 要：本文介绍了一种集中供暖的自动调温技术及其实现，运用无线通信技术和微控制器技术，研究设计出了一套可实现智能自动调温的水暖温控阀控制系统。它集温度检测、逻辑控制、无线通信技术于一体，动作快速、节约能源、操作方便，可以根据用户需要调节室内温度，节约能源，而且能满足不同用户的舒适度要求。该技术可以实现对家庭供暖系统实时检测、分房定温、远程控制等功能，充分体现了智能调温器的人性化、自动化，具有重要的社会意义和经济意义。

关键词：自动调温暖气阀；PLC控制系统；无线通信

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

1 引言

在寒冷的冬天，供暖公司决定了北方地区人民室内的温度。为了补偿供暖过程中热量散失，供暖公司会将供暖水温适当升高，以保证温度。而传统的供暖气管不能根据个人喜好实现智能调温。温度完全由供暖公司决定，供暖公司势必无法满足每个家庭对温度的要求，因此部分家庭会因供暖水温温度升高，导致室内温度过高，给人民生活造成不适的同时还造成巨大的资源浪费。

2 背景技术

现在百分之九十的家庭所用的暖气片暖气阀都是那种传统的机械式的，非地热式家庭甚至连机械式的旋钮的没有，基本都没有智能调温的功能，都是通过手动旋转阀门控制暖气管热水流量大小来调节室温。这完全是基于人工操作，调节温度全凭主观感受，只要水温和室内环境发生变化，就需要时刻调节阀门，十分繁琐。

3 PLC的硬件组成

此调温器的硬件组成由温度检测模块、温度控制模块、执行模块以及人机界面模块构成。如下图：

（1）系统硬件及原理。PLC采用日本三菱公司的FX2N–**MT型号，为了获得快速性能输出采用晶体管输出；选择FX2N–4AD/TC型温度传感器；选择三菱FX2N–4DA型数模转换器，它有四通道的D/A输出，转换速度2.1ms，总体精度+1%。人机界面是为了显示和设置运行参数，例如温度、时间及报警提示等，选用三菱GT1000型触摸屏；选择J型热电偶温度传感器。

（2）调温原理。热电偶将检测到的温度通过转换变成PLC可以处理的数字量输入到PLC。PLC将所检测到的温度与温度设定值进行比较并按某种控制规律对误差值进行运算，将运算之后的结果送给模拟量输出模块，通过D/A转换器变成模拟量信号，驱动执行机构调温阀门动作。从而实现对温度的闭环控制。

（3）控制规律。FX系列PLC的PID指令采用的是位置式输出的增量式PID算法，为了使得该指令比普通的PID算法具有更优的控制效果，在这里我们采用PID指令与模拟量输入/输出模块结合使用，并且在控制算法中使用了反馈量的一阶惯性滤波、反馈量微分和不完全微分等措施。

4 系统程序设计

程序的第一步是进行初始化。接着是检查特殊功能模块是否正常。然后根据目标温度、偏置温度、确认时间和滞回带的设置。当目标温度（温度设定值sv）与偏置温度之和小于等于室内温度（温度当前值pv），并且这种状态持续1分钟时，PID调节输出数字量，再经过D/A模块将数字量转化为模拟量驱动调温阀关闭；当目标温度sv与偏置温度之和再减去滞回带温度的值大于室内温度pv，同样这种状态持续1分钟时，PID调节输出数字量，经D/A模块转换成模拟量控制调温阀打开。

5 人机交互界面

人机交互界面是用于实现参数设置和室内温度的监控。人机界面触摸屏可以选择三菱GT1000，不仅适应于三菱产品的PLC，还与欧姆龙等产品通用。

6 无线通信

发射器和接收器是红外遥控器的两个组成部分。发射器的组成分别是指令键、指令信号发生電路、调制电路、驱动电路和红外发射器；接收器的组成是红外线接收器件、前置放大电路、解调电路、信号检出电路、记忆及驱动电路和执行电路。一旦红外线接收器件接收到发射器的红外指令信号时，它将红外信号转换成电信号并输送到前置放大电路进行放大，又经过解调电路后，通过信号检出电路把指令信号检出，最后实现各种操作由记忆电路和驱动及执行电路完成。

参考文献：

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作者简介：陈方俊（1994-），男，安徽安庆人，本科，电气工程及其自动化专业。