变风量空调末端控制器的设计与实现

宋艳芳 冷晓春

【摘要】变风量中央空调系统主要通过末端装置调节室内温度，末端装置是中央空调系统热交换的最后环节，更是系统中最能体现控制和节能效果的重要装置之一。本文主要完成了：基于嵌入式系统设计VAV系统末端控制器，改善房间环境信息的采集方式和监控方式，以及智能控制策略在末端控制器中的應用。

【关键词】嵌入式系统；变风量；末端控制器

一、引言

中央空调系统是依据房间内负荷变化或要求参数的变化，恒定送风温度，全自动调节送风量，使空调房间内各主要参数达标的全空气空调系统。其追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要求，在节能、空气质量、舒适性和灵活性等方面均有其独特的优势所在，因此在现代各类建筑中应用越来越广泛。末端控制器是空调系统中最重要的装置之一，其对空调系统的节能与控制都是至关重要的。

二、调系统末端控制器总体设计

中央空调末端控制器是中央空调系统热交换的最后一个环节，更是中央空调系统中最重要的装置之一。特别是对变风量空调系统而言，其对空调系统节能有重要意义。此外，无线、多点的数据采集方式可提高空调房间环境表征的灵活性和准确性，对于保持空调房间舒适度也有十分重要的意义。因此，设计一个能灵活、准确地表征空间环境特征，并在不同送风条件和负荷下达到节能、高效控制效果的末端控制器，是节能和保持舒适度的关键。

三、调系统末端控制器设计

（一）硬件系统设计

（1）嵌入式控制器硬件系统选型。为了使设计的空调系统嵌入式末端控制器达到实时检测、实时运算、实时控制的多线程控制目标，并拥有友好的人机交互界面、良好的可靠性以及较低的成本，设计嵌入式控制器选用高集成度的TQ2440开发板。其具有丰富的外围接口，且稳定性好、可扩展性强，能满足VAV空调系统对中央控制器的系统可靠性、稳定性、数据存储量、数据处理能力及网络拓展等要求。

（2）无线传感器网络。常用的无线通信方式主要有调频技术、红外技术和蓝牙技术。其中调频技术频段受限、抗干扰性差、可靠性低；红外技术通讯距离短、扩展性差且遇障碍物时通讯中断；而蓝牙技术带宽窄，抗干扰能力差，传输距离近。为此，本设计无线技术采用可靠、传输距离远、抗干扰性强的Zigbee技术，并选用CC2430芯片作为无线采集节点的处理器。其自主休眠和快速唤醒特性，可降低能耗，延长工作时间，具有低成本、低功耗、抗干扰、高性能等优点。温湿度传感器选用数字式DHT10芯片，能将检测到的温湿度数据直接转换为标定的数字信号，具有抗干扰、低功耗、数字信号输出等特点。

（二）软件系统设计

（1）DAC驱动程序设计。根据控制器需要使用的工具和所需设备资源，对系统内核进行配置、裁剪和移植。本系统除了要驱动串口、USB口、触摸屏等已有设备以外，还需驱动DAC0832这一设备，而内核源码中并未提供DAC0832驱动程序，因此，这里需自行编写DAC驱动程序。无线采集得到的房间温度与设定值作差得到的偏差，经模糊PID算法运算后得到了控制输出值，并将其对应为2～10V模拟量，但是控制器只能输出数字量。因此，要将控制输出量映射到0～255的8位数字量，然后编写DAC驱动程序，使控制器输出的8位数字量通过DAC8032转换为对应的2～10V模拟量。

（2）无线传感器网络应用程序设计。本系统借助Tiny OS操作系统组建无线传感器网络，无线传感器网络是通过无线通信的方式，将监测区域内大量的传感器节点组建成一个自组织、多跳的无线网络。其网络内各终端节点可对覆盖区域中被感知对象信息进行感知、采集并传输，最终将其汇聚到网络协调器进行处理。

（3）温湿度补偿与数据融合程序设计。对于空间环境来说，温、湿度是相互耦合量，因此为提高测量精度，在用DHT10传感器测量空间温湿度时，需要对其输出的“相对湿度”进行温度补偿和线性补偿后，才可得到较准确的湿度值。

（4）嵌入式TCP/IP网络服务器程序设计。为进一步改善传统VAV中央空调末端控制器通过触摸屏监控房间温湿度的方式，让使用者更加便捷地无线查看房间中实时温湿度值并设置温度设定值，本设计采用无线TCP/IP网络通信技术解决这一问题。

四、结论

本文应用无线传感器网络组建温湿度采集网络，改善目前中央空调末端控制器有线、单点的数据采集方式，充分利用其灵活性和可扩展性，使之能无线采集空调房间内多点温湿度，以获得更加准确的空间温湿度，提高数据采集的灵活性与准确性。利用嵌入式系统的多线程任务管理机制，实现了多点温湿度数据采集和温度智能控制双线程，大大提高了控制器的控制速度和精度。

参考文献

[1]郭鹏.基于嵌入式技术的中央空调末端控制器的研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.

[2]李宗强.张九根.基于PIC单片机的中央空调智能温度控制器设计[J].现代建筑电气，2010（07）.

作者简介：宋艳芳（1981.06—），山东协和学院机电工程学院，副教授，研究方向：自动化；冷晓春，山东协和学院自动化16-1班，学生。