农业与技术第３３卷第１２期２０１３年１２月 建筑设备中央空调控制系统设计与应用 孙雪景 （吉林建筑大学，吉林长春１３０１１８） 摘要：本文采用ＳＴＣ系列增强型单片机对中央空调系统进行硬件和软件设计。硬件部分以ＳＴＣ１１Ｆ０８ＸＥ为控制主体，温湿度传感器、 调节阀和各类电机为外部设备，完成中央空调的对楼宇内部的温湿度控制。软件部分由Ｐｒｏｔｄ９９ＳＥ软件进行相关原理图绘制，单片机 开发工具Ｋｅｉｌ ｕｖｉｓｉｏｎ４和ＳＴＣ—ＩＳＰ对ＳＴＣ单片机完成程序编写烧录，实现中央空调的温湿度控制和ＰＩＤ参数优化。 关键词：中央空调；ＳＴＣｌｌＦ０８ＸＥ；ＰＩＤ参数优化；红外线控制 中图分类号：ＴＭ９２５．１２ 在智能建筑高速发展的今天，中央空调是成为楼宇自动化 系统的主要监控对象之一。由于中央空调系统庞大，反应速度 较慢，滞后较为严重，致使其每年的耗电量约占建筑物总用电 量的５０％～６０％左右 】。目前中央空调系统应用越来越广泛， 几乎所有大型新建建筑都设有中央空调系统，其发展也越来越 往节能、健康方向过度。如何采用先进技术对中央空调进行控 制，使其更好地克服耗电量大，滞后严重已然成为面临的首要 问题之一。本文针对传统单片机片内资源少，性能及工作速度 慢的缺陷，采用ＳＴＣ系列增强型８０５１单片机对中央空调进行 硬件设计和软件设计。 １中央空调控制系统硬件设计 １．１设计原理 中央空调调节室内温湿度是人们获得较舒适的办公环境。 当室内人们有需求时，通过红外线遥控装置对中央空调内部核 心ＳＴＣ单片机进行指示，单片机通过调节温度传感器、湿度 传感器对新风口、回风口温湿度进行检测，当调节阀收到检测 的反馈信号时，会自动调节其开度大小。此时，新进入的新风 将同室内的回风混合，形成混合风。当风管内混合风温度过高 时，电机会带动表冷器对其进行降温处理，冷热水进行ＰＩＤ调 节。当风管内混合风体湿度不够时，喷淋泵对其进行加湿，此 过程都有变频器参与。当中央空调内混合风温湿度差较大时， 负荷量随之将变大，变频器自动增加水泵转速。反之，减少其 转速。变频器的加入使中央空调的各个泵组和冷却塔风机的运 行跟随负荷的变化而同步变化，可以在能够保证负荷需求的前 提下，实现中央空调的的最大节能。经过调节的混合风送达送 风口时，温湿度传感器会再一次进行检测，来确定送入室内风 体的温湿度。经过Ａ／Ｉ）转换，将其具体温湿度值显示在液晶显 示屏上供人们确认。中央空调设计原理如图１所示。 图１中央空调系统图 １．２硬件选型 此次设计的硬件选型主要包括微控制器、温度传感器、湿 度传感器、调节阀、变频器和风阀执行器等相关硬件的选型。 其硬件选取清单如表１所示。 ２５０ ６挖＾ 觇殁 Ｅ 加ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＪｒ 文献标识码：Ａ 表１中央空调硬件选取清单 微控制器 ＳＴＣ１１Ｆ０８ＸＥ 温度传感器 ＤＳ１８ｂ２０ 湿度传感器 ＳＨＴ１ｌ 变频器 ＭＩＣＲ０ＭＡＳＴＥＲ４３０ 调节阀 Ｄａｎｆｏｓｓ 风阕执行器 ＧＢＢ１６１．２Ｅ 本次设计选用的微控制器为ＳＴＣ１１ＦＯ８ＸＥ，相比传统的 ８０５１内核单片机而言，在片内资源、性能以及工作速度上都 有很大的改进，尤其是采用了基于Ｆｌａｓｈ的在线系统编程ＩＳＰ 技术。同时选择片内资源时也自动遵循“够用”原则，保证了 单片机系统的高性能和可靠性。ＳＴＣ１１ＦＯ８ＸＥ单片机集成了增 强型８０５１ＣＰＵ、８ＫＢ Ｆｌａｓｈ程序存储器、１２８０字节的ＲＡＭ、全 双工异步串行接口ＵＡＲＴ和ＭＡＸ８１０专用复位电路及硬件看 门狗。温度传感器ＤＳ１８ｂ２０是全数字温度转换及输出的传感 器。具有先进的单总线数据通信，最高分辨率可达到ｌ２位。 可选用寄生的工作方式，方便多机挂接，可以适应不同的硬 件系统。湿度传感器ＳＨＴ１ １是一款数字湿度传感器，其高度 集成，可将湿度感测、信号变换、ＡＩＤ转换和加热器等功能集 成一体，可提供湿度补偿测量值和高质量的露点计算功能。 ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ４３０变频器模型具有６个可编程的带电位隔离 数字输入，２个模拟输入，２个可编辑的模拟输出，３个可编 辑的触电器输出，具有启动和滑差补偿的功能，内置的高级 ＰＩＤ调节器。混水机调节开度反馈和冷水调节开度反馈选用的 是Ｄａｎｆｏｓｓ调节阀。Ｄａｎｆｏｓｓ调节阀的驱动器可接收４～２０ｍＡ的 控制信号，输出信号为０ １０Ｖ，输入信号具有分段功能。阀门 带有行程自检功能，能够自动检测阀杆的最高位和最低位，并 分配给相应电压信号。同时，阀位还具有现实开度位置的功能。 风阀执行器ＧＢＢ１６１．２Ｅ中带有内置选项，同时具有偏差、定 位信号、阀位显示、反馈电位计以及可调的辅助开关。 ２中央空调控制系统软件设计 本次软件设计的主要部分是中央空调的温湿度控制。其 流程图如图３所示。所以对电机控制和模数转换温湿度检测 进行软件编程。用Ｐｔｏｔｅｌ软件绘制设计原理图，主要包括： 主电路部分、ＵＳＢ下载部分、外扩引脚部分和电源部分；选取 Ｋｅｉｌ ｕｖｉｓｉｏｎ软件对温湿度控制进行编程，包括温度检测、湿 度检测、ＰＩＤ调节和各个电机的启动停止等；使用ＩＳＰ—ＳＴＣ烧 录软件将编辑好的程序烧录到计算机中。在ＩＳＰ—ＳＴＣ中选定 单片机型号，点击“打开文件”并在对话框内找到编译好的 程序文件进行下载，手动按下电源开关便即可把可执行文件 写人单片内部。最终与焊接好的硬件版相连，板上的液晶显 示器显示当前室内温湿度，本设计的软件部分采用ｃ语言与 汇编语言相结合编程。 建筑设备中央空调控制系统设计与应用 孙雪景 电璐 卜ｌ 驱 黜 动 Ｉ 红辨接ｌｌ堑Ｉ 屯路单片 ● 电 ● 机 叠鍪 ｒ－－—卞 图３红外线遥控设计框图 ５结语 本文以ＳＴＣ１１ＦＯ８ＸＥ单片机为控制核心对央空调进硬件与 软件设计。在控制上采取传统ＰＩＤ调节与嵌入式蚁群仿生算 法相结合的方法对中央空调的冷热水调节和温湿度检测进行控 制。红外线远程遥控机组动作，液晶屏显示中央空调控制结果。 通过本文的中央空调系统控制研究为办公楼宇中央空调的智 能化控制奠定了一定的理论和实验基础。 图２中央空调控制系统软件设计流程图 ３遥控与显示部分设计 ｆ１１祁增慧，赵艳秋．基于ＬｏｎＷｏｒｋｓ的中央空调ＰＩＤ控制系统的设计 本次设计也选用红外线遥控来控制中央空调中ＳＴＣ１ １ＦＯ８ＸＥ 【Ｊ１．电气应用，２０１１，３０（１５）：７５—７７． 单片机运行即电机启停和温湿度检测。当然此红外线遥控上需 ［２】梁庆君，民用商住楼中央空调施工设计中存在的问题与对策［ｎ科 配备一个红外线发射管，当与电器的红外线接收端形成对射的 技创新导报，２０１３（５）：１２０—１２２． 状态时，就会达到遥控的作用。此次红外遥控采用５５５电路产 参考文献 生脉冲信号，其振荡电路所产生的特有的频率脉冲会通过驱动 工业控制计算机，２００７，２０（１１）：２０—２１． 红外线发射管所发出的相同频率的信号，来实现红外线控制。 ［４］范兴龙．冰蓄冷地源热泵中央空调设计及经济分析［Ｊ］．发电与空调， 其设计框图如图４所示。当中央空调将调节好的新风由送风口 送人室内时，前风量的温湿度会由液晶显示屏显示。液晶显示 ２０１２，３３（５）：８０－８３． 【３】王振臣．ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线与模糊ＰＩＤ控制在空调系统中的应用【Ｊ】． 屏有两块板构成，当给其内部液晶施加一个电场，会改变其内 部分子排列，从而使液晶层中的液滴形成屏幕上的像素。此次 设计将液晶显示屏与温湿度检测电路板相连，配合软件编程可 读出室内当前温湿度。 ［５］朱勇．中央空调［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００９． 作者简介：孙雪景（１９７９一），讲师，在读博士，主要从事建筑设 备工程方面教学与研究工作。 （上接第５１页） 传送带带绕上分离辊处，这时传送带带做旋转运动，由于刺苞 受到离心力与自身重力的复合作用，使得刺苞掉落到刺苞收集 处，分离效率可达９０％以上。板栗从传送带上掉落的过程中， 会有一些没有被传送带分离，并与板栗同时掉落的细小毛刺， 这时在板栗收集处旁配备风机，通过风机将毛刺吹走，使毛刺 与板栗分离，最终分离率可达９９％以上。 ４．２脱苞与筛选装置方面 运用双刀轴与挤压轴组合加工，使得脱苞效率高，脱苞率 可达９９％以上，板栗破损率小，可控制在１％以内，筛选效果好， 对刺苞的清选率可达９９％以上，与其他机器相比，此机器的 脱苞、清选呈现出很大的优越性。 ４．３工作效率与加工成本方面 本机器设备工作效率高，生产率可达２００ｋｇ／ｈ，加工成本 ３技术经济指标 此板栗剥苞机的配套功率为１．５ｋＷ，剥苞率可达９９％以 可控制在０．１５元／ｋｇ以内，此设备不仅效率高，加工成本低， 上，板栗的损伤率可控制在１％以内，板栗与刺苞的分离率可 而且还大大减轻人的劳动强度，降低人力资源消耗，具有重要 达９９％以上，生产效率可达２００ｋｇ／ｈ，加工成本可控制在０．１５ 的应用价值和现实意义。 元／ｋｇ以内，机器占地面积小，操作简单。 ４结语 参考文献 板栗剥苞的机械设备虽然很多，但很多在脱苞结构或在筛 选结构上设计的不很理想，不是脱苞不完全、脱刺过程中对板 栗造成损伤，就是在筛选阶段不能将板栗和刺苞进行彻底的分 离，很难把两者完美的结合实现最理想的效果，甚至是机械设 备在工作时消耗能量大，加工成本高，使消费者承受过多的经 济压力。因此，针对我国目前的板栗剥苞器械的实际发展状况， 运用国内的科学技术，研究出了一种新的板栗脱刺机器，该机 器的特点是： ４．１外型方面 ［１１郑传祥．锥栗脱壳去衣技术研究［Ｊ］．农机化研究，２００３：５３—５５． 『２１刘万隆．金寨县板栗剥苞机推广现状及对策［Ｊ］．现代农业科技 ２０１０：２１７－２１９． ［３］板栗刺球脱壳机［Ｐ］．ＺＬ２００８２０１２６５５０． ［４】板栗脱壳机［Ｐ］．ＺＬ２００４２０１１３７８５．５． 作者简介：李阳（１９８８一），男，汉族，河北张家口人，甘肃农 业大学工学院在读硕士。研究方向：机械设计及理论。 机器占地面积小、灵活、结构简单、操作方便。 ＡＧＲＩＣＵｌ ＵＲＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ２５１