空調控制系統的ＥＤＡ實現

[摘要] 本文介紹了一種空調控制系統，可以根據室溫變化控制空調自動制冷或制熱。系統采用VHDL語言描述電路功能，利用EDA技術進行電路設計，通過了仿真測試，并給出了仿真波形圖。

[關鍵詞] EDA技術 空調控制系統 VHDL語言 仿真

引言

空調控制系統是智能建筑樓宇自動控制的一個重要組成部分。系統占據整個樓宇自動化系統的30%以上的監控點，而且空調的能耗也占整個建筑物能耗的50%以上。因此，空調控制系統的設計是整個樓宇自控系統設計的重點之一，也是節電節能的重點，特別對于大型建筑而言，更是如此。本文設計一種新型空調控制器，并采用了電子設計自動化（EDA）技術，用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，在Altera公司的MAX+PLUSⅡ集成開發環境下進行綜合、仿真，并下載到可編程邏輯器件中，以實現控制功能。

一、空調控制系統結構

空調控制系統結構如圖1所示，首先由傳感器檢測室內溫度，并將采集來的數據傳輸到控制系統的預處理單元，在預處理單元將采集來的溫度信號與設定值相比較，來判斷當前的狀態（太熱、太冷或適中），然后將處理結果傳輸到控制單元，最后由執行機構接受控制單元輸出的控制信號，控制室內空調。

二、控制單元的EDA實現

1.控制單元的芯片功能

控制芯片如圖2，有三個輸入端時鐘端clk，temp_high和temp_low，兩個輸出端heat和cool，高電平有效。如果室內溫度正常， temp_high和temp_low均為‘0’，則輸出端heat和cool均為‘0’。如果室內溫度過高，temp_high為‘1’，temp_low為‘0’，則heat和cool分別為‘1’和‘0’，空調制冷。如果室內溫度過低，temp_high為‘0’，temp_low為‘1’，則heat和cool分別為‘0’和‘1’，空調制熱。

2.控制單元芯片的VHDL代碼

VHDL(Very-High-Speed integrated Circuit Hardware Description Language)是IEEE工業標準硬件描述語言，是隨著可編程邏輯器件(PLD)的發展而發展起來的。這種用語言描述硬件電路的方式，容易修改和保存，且具有很強的行為描述能力，所以在電路設計中得到了廣泛應用。以下是描述控制單元VHDL代碼.

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity air_conditioner is

port (clk:in std_logic;--時鐘輸入信號

temp_low:in std_logic; --過冷傳感器輸入信號

temp_high:in std_logic;--過熱傳感器輸入信號

heat:out std_logic;--制熱輸出信號

cool:out std_logic); --制冷輸出信號

end air_conditioner;

architecture style_b of air_conditioner is

type state_type is (just_right，too_cold，too_hot);

attribute sequential_encoding :string;--定義state_type的屬性sequential_encoding

attribute sequential_encoding of state_type:type is\"00 01 10\";

signal stvar:state_type;

attribute state_vector:string; --定義stvar的屬性state_vector

attribute state_vector of style_b:architecture is \"stvar\";

begin

controller1:process

--clk是該進程的敏感信號，當clk變為‘1’時，激活進程

Begin

--等待clk變為‘1’

wait until clk=’1’;

--根據temp_low和temp_high的值決定stvar的值

if (temp_low=‘1’) then stvar<=too_cold;

elsif (temp_high=‘1’) then stvar<=too_hot;

else stvar<=just_right;

end if;

--根據stvar的值決定heat和cool的值，從而控制空調制冷、制熱或保持不變

case stvar is

when just_right=>heat<=’0’;cool<=’0’;

when too_cold=>heat<=’1’;cool<=’0’;

when too_hot=>heat<=’0’;cool<=’1’;

end case;

end process controller1;

end style_b;

3.控制單元芯片的功能仿真

控制單元芯片系統采用ALTERA公司的EPF8282ALC84-2芯片，所有程序在MAX+PLUSⅡ中開發。設計輸入完成后，進行整體的編譯和邏輯仿真，然后進行轉換、布局、布線，延時仿真生成配置文件，最后下載至FPGA器件，完成結構功能配置，實現其硬件功能?？刂菩酒南到y邏輯功能仿真波形如圖3所示。各信號的邏輯功能和時序配置完全達到設計要求。

三、結束語

本文設計的空調控制系統，可以根據室溫的變化控制空調制冷或制熱，起到調節室內溫度的作用，特別是大大降低了空調的能耗。本系統具有結構簡單、性能穩定、實現方便，成本低的優點，因此極具市場競爭力。

參考文獻：

[1]侯伯亨:VHDL硬件描述語言與數字邏輯電路設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，1999

[2]吳萬慶等:人工智能技術在中央空調節能控制中的應用探討[J].智能建筑與城市信息，2007(4）：29～32

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。