摘　要：根據(jù)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的控制原理，設(shè)計(jì)選擇性控制系統(tǒng)。探討選擇性控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、控制流程、軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：溫濕度獨(dú)立控制  空調(diào)系統(tǒng)  選擇性控制

Design of Selective Control System for Independent Temperature and Humidity Control Air-conditioning System

Abstract：According to the principle of independent temperature and humidity control air-conditioning system，a selective control system is designed．The hardware design，control flow path and software design of the selective control system are discussed．

Key words：independent temperature and humidity control；air-conditioning system；selective control

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)(Temperature-humidity Independent Control Air Conditioning)是由我國(guó)學(xué)者率先倡導(dǎo)，并在國(guó)內(nèi)外得到應(yīng)用的一種空調(diào)系統(tǒng)。與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，分別調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，避免了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)熱濕聯(lián)合處理帶來(lái)的能量損失?？蓾M足不同區(qū)域或同一區(qū)域不同房間熱濕比不斷變化的要求，克服了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)難以同時(shí)滿足溫濕度參數(shù)的局限，避免了室內(nèi)空氣相對(duì)濕度過(guò)高(或過(guò)低)的現(xiàn)象^[1-3]。然而溫濕度獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)過(guò)渡季節(jié)的應(yīng)用有限、受地域條件影響較大、系統(tǒng)復(fù)雜、溫濕度難以同時(shí)滿足人體舒適度要求，因此應(yīng)用還不太廣泛。本文以室內(nèi)溫度作為優(yōu)先控制目標(biāo)，對(duì)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的選擇性控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1　瀑濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)原理

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)包括溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)采用水作為載冷(熱)介質(zhì)，末端裝置可采用輻射地板(墻)、干式風(fēng)機(jī)盤(pán)管。由于夏季采用高溫冷源，因此不存在換熱面結(jié)露的問(wèn)題，衛(wèi)生條件較好。濕度控制系統(tǒng)由新風(fēng)機(jī)組、末端裝置(可選擇置換通風(fēng)口、個(gè)性化通風(fēng)口等)組成，主要用于控制室內(nèi)空氣相對(duì)濕度，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

2　選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1　總體設(shè)計(jì)

選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是在優(yōu)先保證室內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值的前提下，調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣相對(duì)濕度以最大限度地降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。溫濕度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量室內(nèi)空氣的溫濕度，并通過(guò)串行接口將溫濕度信號(hào)傳至單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的溫濕度信號(hào)與內(nèi)部預(yù)置及計(jì)算的溫濕度范圍進(jìn)行比較判定，并將實(shí)時(shí)溫濕度信號(hào)通過(guò)通信接口上傳至上位機(jī)顯示。在單片機(jī)比較判定結(jié)束后，將控制信號(hào)傳遞給繼電器，繼電器通過(guò)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)在優(yōu)先滿足室內(nèi)溫度需要的前提下，進(jìn)行室內(nèi)空氣相對(duì)濕度調(diào)節(jié)^[4]。選擇性控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

2．2　硬件設(shè)計(jì)

硬件包括判定系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。溫度傳感器、溫濕度傳感器結(jié)合單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)判定系統(tǒng)，進(jìn)行溫濕度的測(cè)定和是否符合預(yù)置及計(jì)算范圍的判定。MAX232芯片與單片機(jī)連接同時(shí)與上位機(jī)內(nèi)部的執(zhí)行RS232協(xié)議的接口連接，構(gòu)成聯(lián)系上位機(jī)、單片機(jī)的通信系統(tǒng)。根據(jù)單片機(jī)的控制信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在優(yōu)先滿足室內(nèi)溫度需要的前提下，進(jìn)行室內(nèi)空氣相劉+濕度調(diào)節(jié)。

①單片機(jī)

STC89C52型單片機(jī)是由STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能產(chǎn)品。采用ATMEL高密度非易失儲(chǔ)存器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出引腳兼容。單片機(jī)核心電路見(jiàn)圖3。主要引腳功能：XTALl、XTAL2引腳為晶振接口，RST引腳為上電復(fù)位接口，P0系列引腳為上拉電阻接口，P21引腳為DHTll型溫濕度傳感器接口，P22引腳為DSl8820型溫度傳感器接口，URXD、UTXD引腳為與上位機(jī)的通信接口，其他引腳為備用。

②溫度傳感器

DSl8820型溫度傳感器是由美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字式智能溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55～125℃，具有獨(dú)特單總線(地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一條信號(hào)線)接口方式，僅需要一根信號(hào)線就可以與STC89C52型單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)雙向通信。DSl8820型溫度傳感器與單片機(jī)的連接見(jiàn)圖4。引腳1為地線接口，引腳2為數(shù)據(jù)通信線接口，引腳3為5 V電源線接口。

③溫濕度傳感器

DHTll型溫濕度傳感器(由于其測(cè)溫范圍較窄，精度欠佳，因此選擇性控制系統(tǒng)只利用其測(cè)相對(duì)濕度功能)是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的單總線制溫濕度傳感器。DHTl l型溫濕度傳感器包括1個(gè)電阻式感濕元件、1個(gè)NTC測(cè)溫元件^[5]。測(cè)量范圍：相對(duì)濕度20％～90％，溫度0～50℃。DHTll型溫濕度傳感器與單片機(jī)的連接見(jiàn)圖5。引腳1為地線接口，引腳2為數(shù)據(jù)通信線接口，引腳3為電源線接口。

④MAX232芯片

MAX232芯片是美信(MAXIM)公司專為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用5V單電源供電。通過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片將單片機(jī)TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的串行通信^[4]。MAX232芯片電路見(jiàn)圖6。MAX232芯片的Tl in、Rl out引腳與單片機(jī)連接，Rl in、Tl out引腳與Jl(與上位機(jī)的串行接口)連接，其他引腳為一般常見(jiàn)接法。

⑤執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由閥門(mén)控制器、比例調(diào)節(jié)閥(溫度比例調(diào)節(jié)閥、相對(duì)濕度比例調(diào)節(jié)閥)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由單片機(jī)的I／O口控制，當(dāng)判定系統(tǒng)認(rèn)定室內(nèi)溫濕度不符合設(shè)定的溫濕度要求后，判定系統(tǒng)將向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動(dòng)作命令，由閥門(mén)控制器控制兩種比例調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的調(diào)節(jié)。

2．3　控制流程

溫度傳感器和溫濕度傳感器在設(shè)定時(shí)間(1s)逐時(shí)測(cè)量室內(nèi)溫濕度，單片機(jī)以判斷溫度是否符合設(shè)定的理想溫度范圍為優(yōu)先級(jí)，如果超過(guò)溫度范圍，則判斷為溫度不符合要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)首先調(diào)節(jié)溫度比例調(diào)節(jié)閥使溫度達(dá)到設(shè)定的溫度范圍。而后根據(jù)設(shè)定的溫濕度數(shù)學(xué)關(guān)系，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算出經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)后的溫度所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度，若實(shí)際室內(nèi)空氣相對(duì)濕度超出計(jì)算值，則判斷為室內(nèi)相對(duì)濕度不符合要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將調(diào)節(jié)濕度比例調(diào)節(jié)閥使室內(nèi)相對(duì)濕度達(dá)到計(jì)算值。

當(dāng)選擇性控制系統(tǒng)進(jìn)入溫濕度調(diào)節(jié)狀態(tài)后，系統(tǒng)仍然實(shí)時(shí)采樣當(dāng)前的溫濕度信號(hào)，根據(jù)當(dāng)前的反饋電壓信號(hào)計(jì)算當(dāng)前閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)維持此時(shí)閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度。整個(gè)系統(tǒng)初始化后，重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)^[6]。

2．4　軟件設(shè)礦

①主控制程序

主控制程序是控制和管理的核心，主要完成在選擇性控制系統(tǒng)上電后進(jìn)行中斷處理操作的初始化。初始化主要完成對(duì)溫濕度的設(shè)定和檢查各元件的中斷禁止，并斷開(kāi)電源。初始化完成后，系統(tǒng)將開(kāi)始正常運(yùn)行，并進(jìn)行溫濕度檢測(cè)、比較、調(diào)節(jié)等操作，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)顯示。

②上位機(jī)軟件

上位機(jī)可以方便地實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的交互，實(shí)現(xiàn)操作可視化，更加直觀，便于實(shí)現(xiàn)保存數(shù)據(jù)等功能。上位機(jī)軟件采用Visual Basic 6．0編寫(xiě)。上位機(jī)軟件界面見(jiàn)圖7。在上位機(jī)的邏輯處理中，可以參照不同的要求，對(duì)溫濕度的處理時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行人為設(shè)定。步長(zhǎng)越小，調(diào)控越精密，越準(zhǔn)確。反之，步長(zhǎng)越大，調(diào)控較為粗略，但仍可以在人體的舒適范圍內(nèi)。

3　結(jié)語(yǔ)

選擇性控制系統(tǒng)通過(guò)溫濕度傳感器測(cè)得室內(nèi)實(shí)時(shí)溫濕度后，優(yōu)先滿足室內(nèi)溫度需求，通過(guò)與單片機(jī)計(jì)算的相對(duì)濕度范圍進(jìn)行比較，以最優(yōu)化調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣相對(duì)濕度的控制邏輯運(yùn)行，避免相對(duì)濕度的過(guò)度調(diào)節(jié)造成的能源浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉華，李震，江億．溶液全熱回收裝置與熱泵系統(tǒng)結(jié)合的新風(fēng)機(jī)組[J]．暖通空調(diào)，2004，34(11)：98-102．

[2]青青云，沈晉明，何婧．輻射供冷加新風(fēng)系統(tǒng)適用場(chǎng)所與運(yùn)行控制策略[J]．煤氣與熱力，2008，28(11)：Al9-A22．

[3]劉海，付祥釗．新風(fēng)與地板輻射聯(lián)合供冷系統(tǒng)的設(shè)汁研究[J]．煤氣與熱力，2012，32(2)：A23-A26．

[4]唐述宏．單片機(jī)構(gòu)成的環(huán)境溫濕度實(shí)時(shí)測(cè)控裝置設(shè)計(jì)[J]．國(guó)外電子元器件，2004(4)：21-24．

[5]馮顯英，葛榮雨．基于數(shù)字溫濕度傳感器SHTll的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)[J]．自動(dòng)化儀表，2006(1)：59-61．

[6]高云，黃騰，林寧．基于單片機(jī)的汽車(chē)油門(mén)選擇性制動(dòng)控制系統(tǒng)[J]．中國(guó)水運(yùn)，2009(10)：141-143．

本文作者：郭 睿  曾誠(chéng)  陳文華  鄧 國(guó)  鄭 潔

作者單位：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院

  重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院