基于SET舒適指標(biāo)的控制器

粟燁嶺

1 概述

能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì),改善人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。能源的不足嚴(yán)重影響人類文明的進(jìn)步。隨著社會的不斷發(fā)展,能源在不斷消耗,不可再生資源越來越少,可再生資源不斷地被破壞,能源問題已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。全球50%的能源被消耗在建筑當(dāng)中,而空調(diào)在建筑中所消耗的能量在建筑能耗當(dāng)中占絕大部分。因此,如果可以減少空調(diào)的開啟時(shí)間,通過合理地利用自然通風(fēng)和電扇調(diào)風(fēng)來滿足室內(nèi)的舒適度,這樣節(jié)省的電量將是非常樂觀的,促使建筑節(jié)能的實(shí)現(xiàn)向前邁出了一大步。

在夏季,通過使用基于舒適指標(biāo)SET的控制器來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)熱舒適的控制,與傳統(tǒng)的單純依靠開啟空調(diào)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的熱舒適相比較,在滿足室內(nèi)熱舒適的前提下,該控制器的使用能夠很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2 舒適指標(biāo)SET控制器的模型建立

基于舒適指標(biāo)SET控制器是通過VB編程來實(shí)現(xiàn)的。控制器是以PC機(jī)為核心,主機(jī)與控制終端之間用串口傳輸數(shù)據(jù)。這是屬于上位機(jī)與下位機(jī)的通信,PC是上位機(jī),控制終端是下位機(jī)。

該控制器的控制模型具有以下兩個(gè)子系統(tǒng):

1)PC的程序系統(tǒng),用VB編程實(shí)現(xiàn),對舒適指標(biāo)SET進(jìn)行計(jì)算,輸出的控制信號通過串口傳輸?shù)娇刂平K端。

2)控制終端的信號接收系統(tǒng),通過串口適配器接收主機(jī)傳來的控制信號,并將各執(zhí)行命令傳輸給電扇和空調(diào)。

控制終端的模型包括兩個(gè)模塊:一部分是命令執(zhí)行模塊,另一部分是數(shù)據(jù)采集傳輸模塊。控制終端中的命令執(zhí)行模塊包括三部分電路:可控硅觸發(fā)電路、過零檢測電路和紅外發(fā)射電路。可控硅觸發(fā)電路是用于控制電扇的開啟以及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),當(dāng)單片機(jī)輸出高電平,光耦被觸發(fā),可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通,風(fēng)扇工作,輸出低電平則相反。過零檢測電路是對風(fēng)扇的調(diào)速起到協(xié)助控制的作用。紅外發(fā)射電路是用于控制空調(diào)的運(yùn)行狀況,單片機(jī)控制紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外信號,從而控制空調(diào)的運(yùn)行。控制終端中的數(shù)據(jù)采集傳輸模塊包括三部分電路:RS232通信電路、溫濕度檢測電路和風(fēng)速檢測電路。RS232通信電路是電平轉(zhuǎn)換電路,用于實(shí)現(xiàn)與PC的通信。溫濕度檢測電路是用于檢測室內(nèi)外的溫度和濕度,并將采集得到的信號傳輸給控制芯片,再由控制芯片通過RS232通信電路與PC實(shí)現(xiàn)通信。風(fēng)速檢測電路是用于檢測室內(nèi)外的風(fēng)速大小,并將采集得到的信號傳輸給控制芯片,再由控制芯片通過RS232通信電路與PC實(shí)現(xiàn)通信。

3 基于舒適指標(biāo)SET控制器參數(shù)的采集和控制原理

3.1 基于SET指標(biāo)控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過對基于SET指標(biāo)控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì),最終要實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù):空氣溫度、相對濕度、平均輻射溫度和風(fēng)速的測量和控制,用VB編程的SET計(jì)算程序計(jì)算室內(nèi)外的SET值,并由控制器發(fā)出指令,聯(lián)動控制電扇和空調(diào),并作出是否開窗引入自然通風(fēng)的指令。圖1,圖2分別是控制器的控制方式和控制策略。

3.2 基于SET指標(biāo)控制器系統(tǒng)的硬件組成

1)控制器與傳感器。中心控制PC機(jī)為Intel奔騰(R)Core(TM)2,CPU1.80 GHz,240 G硬盤,2 G內(nèi)存。SET控制器共用到兩組溫濕度傳感器、兩組風(fēng)速傳感器和兩組銅—銅鎳熱電耦。溫濕度傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測溫元件,并在同一芯片上,與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口實(shí)現(xiàn)無縫連接。溫濕度傳感器輸出電壓2.4 V～5.5 V;濕度可檢測范圍0%～100%,測量精度不大于±1.8%;溫度可檢測范圍-40℃～123.8℃,測量精度不大于±0.3℃。兩組風(fēng)速傳感器的測試原理都是基于熱膜風(fēng)速原理,風(fēng)速傳感器輸出電壓24 V DC,輸出為4 mA～25 mA標(biāo)準(zhǔn)信號,其中測試室內(nèi)風(fēng)速的風(fēng)速傳感器的可檢測范圍 0 m/s～3 m/s,測量精度±0.06 m/s;測試室外風(fēng)速的風(fēng)速傳感器的可檢測范圍0 m/s～10 m/s,測量精度±0.2 m/s。2)數(shù)據(jù)采集儀與熱電耦。銅—銅鎳熱電耦(T型熱電耦)是一種最佳的測量低溫的廉金屬的熱電耦。它的正極(TP)是純銅,負(fù)極(TN)為銅鎳合金。銅—銅鎳熱電耦是用于測試室內(nèi)外的平均輻射溫度,與安捷倫數(shù)據(jù)采集儀相連接,安捷倫數(shù)據(jù)采集儀再直接與中心控制機(jī)PC機(jī)通過串口連接。銅—銅鎳熱電耦的測量溫區(qū)為-200℃～350℃,測量精度±0.5℃。3)SET控制器。SET控制器采用高性能、低能耗的AVR ATmega8單片機(jī)。它是低功耗8位CMOS微控制器。ATmega8的數(shù)據(jù)吞吐量可以高達(dá)1 MIPS/MHz。先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)包括130條指令、32個(gè)8位通用工作寄存器、工作于16 MHz時(shí)性能高達(dá)16 MIPS等。它還具有23個(gè)可編程的I/O口,28引腳PDIP封裝,32引腳TQFP封裝,32引腳MLF封裝。工作電壓4.5 V～5.5 V,速度等級為 0 MHz～ 16 MHz。

3.3 控制系統(tǒng)軟件

基于SET指標(biāo)控制系統(tǒng)軟件采用Visual Basic 6.0可視化程序設(shè)計(jì)語言編程,軟件采用了Windows圖形界面的風(fēng)格,以多級菜單和窗口實(shí)現(xiàn)控制方式、控制對象、控制值的選擇和輸入。基于SET指標(biāo)控制器系統(tǒng)軟件操作界面見圖3,所測得的所有數(shù)據(jù)會以Excel的形式每5 s自動存儲下來。

4 結(jié)語

本課題通過對基于SET指標(biāo)控制器的制作,實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)熱環(huán)境的測量,通過自然通風(fēng)、電扇調(diào)風(fēng)以及空調(diào)的聯(lián)動控制實(shí)現(xiàn)熱舒適的控制,為節(jié)能的研究提供了重要條件。

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