面向對象分析方法在空調系統中的運用*

耿建平，周凡力

（桂林電子科技大學 電子工程與自動化學院，廣西 桂林 541004）

空調即空氣調節器，是為空間區域（一般為密閉）提供處理空氣的機組。它的功能是對該房間（或封閉空間、區域）內空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數進行調節，以滿足人體舒適或工藝過程的要求。

空調基本上已經是人們生活中的必須品，其更新換代也很快。因此在開發系統的時候需要有一套完整的方案，且開發出來的產品要有很強的拓展性，方便功能模塊的添加和系統移植。

1 空調功能分析

大部分民用空調分為掛機和柜機兩種機型，無論是哪一種機型都有室內機和室外機兩個機體。空調有兩種基本系統：單冷系統和冷熱兩用系統。詳細區分又有如下一些基本功能：

（1）制冷、制熱（單冷機不具備）、除濕、風速和風向控制功能。這是系統的最基本功能，是構成空調系統的基礎。

（2）空氣清理功能。此功能是空調發展的產物，將空氣清理器的功能集中到了空調中，主要作用是凈化室內環境，排除空氣中的有害物質。

（3）數據采集功能。作為空氣調節器，必須有實時的數據才能夠準確地把握調節的力度，此功能是系統完成各種運作的根本。

（4）信號接收與顯示功能。該功能是用戶控制系統的途徑。

2 空調系統工藝要求

空調系統要求要有“手動”和“自動”兩種運行模式。“自動”模式下系統可以根據室內空氣的情況判斷運行方式，整個過程不需要用戶的命令，系統將自動把室內環境調節到最佳；如果用戶對“自動”模式下調節的結果并不滿意，希望系統按照自己的意愿運行，則可以運用“手動”模式來操作系統，此時系統除電機保護運行方式外的所有運行都按照用戶的命令進行。在任一時刻，系統只能工作在一種模式下。系統中的電機都是相互配合的，不能孤立出來運行在另一種模式下，當系統中的基本電機設備（例如：壓縮機、四通閥、溫度傳感器等）出現故障時，系統要停止運行；如果是對整個系統的基本功能運行無阻礙的輔助設備出現故障（例如：顯示器，蜂鳴器等），系統可以繼續運行。

3 分析方案

要完成一個完整的系統設計必須要有一套完善、可行、細致的設計方案，方案中要明確系統功能、服務對象，充分考慮到用戶要求和產品的針對性。根據產品需要規劃出一套適合的硬件與軟件系統的設計方案，方案描述要明確、簡潔、易懂[1]。

面向對象分析方法是現在工程中使用最為廣泛的分析方法，無論是從認識論的角度還是與傳統的分析方法相比較，都有它顯著的優點，因此選用面向對象分析方法無疑是最適合的[2]。

一個完整的空調系統，首先要有能夠實現功能的基本設備（例如：壓縮機、四通閥、風機等），雖然種類比較多，但是在控制上的基本邏輯大多大同小異，因此運用面向對象的方法從這一系列的設備中抽象出一個類，并將其定義為“電機類”。電機類都有統一的屬性，在操作上可以采用統一的命令來控制不同的電機工作，實現對所有電機控制方式一致化。其次，要使電機配合運轉需要一個完整的控制體系和保護體系，而控制體系和保護體系同樣有著對象的特點，例如壓縮機被選中后，經過保護時間然后啟動、運行、關閉，以及壓縮機啟動后某個電機的聯鎖保護運作等。同樣運用面向對象的方法抽象出類：控制類和保護類。將與控制系統運作相關的控制都集中在控制類中，而與系統設備保護相關的控制都集中在保護類中。在系統運行的時候，控制類與保護類并不會直接作用在電機設備上，而是通過系統向設備對象發送指令來間接控制。如此與電機類一樣，控制類與保護類都由統一的命令來控制[3]。

根據以上分析可以得出一個空調系統結構如圖1所示。

圖1 空調系統結構圖

在進行具體的設計之前先要建立一個系統用例圖，用例建模是從用戶的角度描述系統功能，指出各個功能的操作者，實際上也就是規范了系統的功能模塊。在系統設計的初期進行用例建模是十分必要的，因為它能為程序研發提供約束和準繩[4]，可以確定系統的功能之間的關系空調系統用例圖如圖2所示。

圖2 空調系統用例圖

在圖2中可以看到當用戶下達命令后，系統會對命令進行分析然后判斷得到運行方案，這個過程屬于控制類；然后啟動電機保護，其控制過程屬于保護類；最后電機運作完成功能，此過程則屬于電機類，這個過程描述的是“手動”模式，但“自動”模式也只是少了用戶命令這一步，依然包括了功能判斷、保護措施和功能實現。

4 空調系統功能實現

空調系統的設計是以電機為基礎，由功能實現控制和電機保護兩種邏輯控制，也就是說系統可以分為兩個部分，一個是專門控制電機的基本部分，一個是用于判斷電機運行方式和保護措施的邏輯判斷部分，因此在硬件上可以采用雙MCU的形式來實現硬件功能[5]，如圖3所示。

圖3 空調系統組件圖

這兩個MCU分別負責系統的兩個部分：操作面板和電源板。操作面板指用于判斷電機運行方式和保護措施的邏輯判斷部分；電源板指專門控制電機的基本部分。兩個MCU通過相互之間通信來交換信息，如此實現系統功能。然后在硬件的基礎上來完成軟件設計。

在軟件設計中要具體考慮到空調的功能，根據一款空調的開發說明，本空調的主要功能有：制冷、制熱、除濕、空氣清理，此外還有很多的附加功能，例如定時、童鎖、調節風速等。系統運行接收到命令后如何反應，這就需要功能判斷來實現，然后根據運行模式來開啟電機保護功能，之后運行電機。系統序列圖如圖4所示。系統結構明朗、易懂[6]。

圖4 系統序列圖

在 “自動”模式下操作面板和電源板的工作序列不變。

以上設計方案已成功運用于企業空調開發設計。面向對象分析方法的使用使整個系統的實現變得簡單，程序也不會出現雜亂的情況，分工清晰，工作量少效率高，而且易讀且維護起來更加簡單。在同一系列的空調中往往是在某一個功能上有差別，采用面向對象分析方法設計出來的系統有很強的移植性、再組合性且修改起來也非常方便，因此適合企業生產系統產品時使用，可以大大節約開發的時間，提高效益，在電子產品設計中有很廣闊的應用前景。

[1]畢忠東，劉啟明.面向對象的軟件工程與面向對象的建模方法[J].福建電腦，2007（8）：54-55.

[2]許勇.面向對象的機電一體化系統原理方案表達[J].機械設計與研究，2010，26（6）：50-53.

[3]陳博通，劉松.面向對象的方法在風送控制系統中的應用[J].自動化儀表，2010，31（3）：29-31.

[4]王鍇.面向對象思想在PLC編程中的應用[J].山西科技，2010，25（6）：48-49.

[5]張輝，翟紅生.基于UML建模的通用傳感器測控系統開發[J].微計算機信息，2007，23（12）：147-149.

[6]周志鋒，徐博，孫廣富.UML建模的嵌入式系統開發方法研究[J].單片機與嵌入式系統應用，2011（1）：17-20.