基于嵌入式系統的智能水循環控制裝置研究

李棚+陳醇+宋成章+黃曉東

摘要：隨著中國節能標準不斷的提高和能源消耗的增加，制冷裝置的耗能引起了廣泛重視。本文針對制冷裝置的耗能與智能化進行了調研。利用水比熱容值大的特性設計水循環控溫裝置，并且使該裝置通過物聯網獲取使用地天氣信息，從而對使用環境的溫度進行智能調節；在控制系統上利用PID算法實現對水流和風扇的轉速以及冷凝器工作的面積進行控制，從而使室內溫度維持在限定范圍內。

關鍵詞：物聯網 智能調節 PID算法

中圖分類號：TE683 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0030-02

傳統的制冷空調制冷原理是通過壓縮機將氣態的氟利昂壓縮為高溫高壓的液態氟利昂，然后送到冷凝器（室外機）散熱后成為中溫中壓的液態氟利昂。盡管這些方法對制冷的效果能夠實現，但是在技術不斷革新潮流中，相繼出現了其它的制冷方式，在此，設計的控溫方式是利用水的特性來實現控溫效果，這不僅能夠控制能耗，使能量利用率最大化；該種裝置可通過連接互聯網獲取天氣信息，以該信息為主，通過算法可以實現全天候對裝置內的風扇的轉速、水流、以及冷凝器工作面積調控，從而達到節能的目的。

1 裝置組成

該裝置組成部件主要是由可控電機、冷凝器、毛細導管、水箱、感應元器件、網絡設備等組成，各部件之間用毛細導管連接，形成一個封閉的循環系統。通過電機使導管內管的制冷液送到扇熱器，通過扇熱器上的風扇把箱內的低溫“吹”在的室內，而達到控溫效果。

2 制冷模式

如圖1所示，該控溫系統采用的是可選擇循環控溫系統，可根據對本地區的氣溫變化或室內溫度變化進行調控，根據室溫變化幅度可進行并列式控溫方式，將控溫效果達到最大化；同樣當室溫變化幅度達到平衡時，可以降低運行速率，這樣使能耗保持在有效范圍內，其優勢是能夠控制能耗，使能量利用率達最高。

3 其制冷系統程序控制流程圖

如圖2所示制冷裝置工作的流程，根據分析該制冷可分為制冷模式、睡眠模式、自然風模式、溫度測量，其中溫度測量與其他三種模式相互結合，時刻向外展示室內溫度變化趨勢。

4 裝置優點

物聯網：在水循環制冷系統裝置設置一個網絡接口，可以連通網絡，通過互聯網得知相關天氣信息預先在裝置的控制系統中將天氣狀況以數據化處理，并及時預報和控制控溫量。其優勢是可以根據天氣的情況實現時刻智能化控溫釋放量，從而達到有效降低能耗，在控溫方面上可利用PID算法來實現智能化。

5 PID算法（PID控制器）

實現智能化，通常采用PID算法實現對溫度高效的控制，所謂的PID分別指的是P（偏差比例）、I（積分）、D（微分）進行控制的PID控制器是一種自動控制器。PID控制器=P+I+D，也就是說把微分、積分、比例三種特定作用相互結合起來，而產生一個新的方程，這就是PID算法的核心。其算法組成部分如表1所示。

為了進一步改善調節器的工作性能，可以把微分、積分、比例三種特定作用相互結合起來，而產生一個有智能意義的方程，這就是PID調節器的核心。其理想PID微分方程為：

其PID調節器對階躍響應特性曲線圖，如圖3所示。

可根據其數學模型，在該制冷裝置上進行實驗測試，并將測試的結果顯示出來。該圖顯示的是在某一時間段內，通過限定制冷所要達到溫度范圍后，裝置所自動進行制冷的效果圖，在這里0～T0時表示的在控制下所達到制冷溫度范圍的反應時間和溫度變化。這些都符合設計要求。其測試的結果由圖1顯示。

6 結語

本文對嵌入式基礎上的智能化控制水循環制冷系統裝置進行了分析與設計，建立了數學模型，對空調在市場上的情況做了相關的調查，對空調主要制冷劑進行相關的分析；對水循環制冷系統的工作原理及其可行性進行闡述。

參考文獻

[1]王述彥，師宇，馮忠緒.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].機械科學與技術，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建寧，張勝.數字PID控制技術在多功能真空離子鍍膜設備中的應用[J].真空電子技術，2010，（6）：P59-63.

[3]李建興，涂光備，涂岱聽.多泵并聯水系統的技術經濟分析[J].流體機械，2004，32（10）：P38-41.

[4]楊曉平.暖通空調優化控制技術研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2005.

[5]宋曉輝，王興武，任宗艷，等.循環水系統的優化設計[J].中國給水排水，2004，20（12）：P67-69.

摘要：隨著中國節能標準不斷的提高和能源消耗的增加，制冷裝置的耗能引起了廣泛重視。本文針對制冷裝置的耗能與智能化進行了調研。利用水比熱容值大的特性設計水循環控溫裝置，并且使該裝置通過物聯網獲取使用地天氣信息，從而對使用環境的溫度進行智能調節；在控制系統上利用PID算法實現對水流和風扇的轉速以及冷凝器工作的面積進行控制，從而使室內溫度維持在限定范圍內。

關鍵詞：物聯網 智能調節 PID算法

中圖分類號：TE683 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0030-02

傳統的制冷空調制冷原理是通過壓縮機將氣態的氟利昂壓縮為高溫高壓的液態氟利昂，然后送到冷凝器（室外機）散熱后成為中溫中壓的液態氟利昂。盡管這些方法對制冷的效果能夠實現，但是在技術不斷革新潮流中，相繼出現了其它的制冷方式，在此，設計的控溫方式是利用水的特性來實現控溫效果，這不僅能夠控制能耗，使能量利用率最大化；該種裝置可通過連接互聯網獲取天氣信息，以該信息為主，通過算法可以實現全天候對裝置內的風扇的轉速、水流、以及冷凝器工作面積調控，從而達到節能的目的。

1 裝置組成

該裝置組成部件主要是由可控電機、冷凝器、毛細導管、水箱、感應元器件、網絡設備等組成，各部件之間用毛細導管連接，形成一個封閉的循環系統。通過電機使導管內管的制冷液送到扇熱器，通過扇熱器上的風扇把箱內的低溫“吹”在的室內，而達到控溫效果。

2 制冷模式

如圖1所示，該控溫系統采用的是可選擇循環控溫系統，可根據對本地區的氣溫變化或室內溫度變化進行調控，根據室溫變化幅度可進行并列式控溫方式，將控溫效果達到最大化；同樣當室溫變化幅度達到平衡時，可以降低運行速率，這樣使能耗保持在有效范圍內，其優勢是能夠控制能耗，使能量利用率達最高。

3 其制冷系統程序控制流程圖

如圖2所示制冷裝置工作的流程，根據分析該制冷可分為制冷模式、睡眠模式、自然風模式、溫度測量，其中溫度測量與其他三種模式相互結合，時刻向外展示室內溫度變化趨勢。

4 裝置優點

物聯網：在水循環制冷系統裝置設置一個網絡接口，可以連通網絡，通過互聯網得知相關天氣信息預先在裝置的控制系統中將天氣狀況以數據化處理，并及時預報和控制控溫量。其優勢是可以根據天氣的情況實現時刻智能化控溫釋放量，從而達到有效降低能耗，在控溫方面上可利用PID算法來實現智能化。

5 PID算法（PID控制器）

實現智能化，通常采用PID算法實現對溫度高效的控制，所謂的PID分別指的是P（偏差比例）、I（積分）、D（微分）進行控制的PID控制器是一種自動控制器。PID控制器=P+I+D，也就是說把微分、積分、比例三種特定作用相互結合起來，而產生一個新的方程，這就是PID算法的核心。其算法組成部分如表1所示。

為了進一步改善調節器的工作性能，可以把微分、積分、比例三種特定作用相互結合起來，而產生一個有智能意義的方程，這就是PID調節器的核心。其理想PID微分方程為：

其PID調節器對階躍響應特性曲線圖，如圖3所示。

可根據其數學模型，在該制冷裝置上進行實驗測試，并將測試的結果顯示出來。該圖顯示的是在某一時間段內，通過限定制冷所要達到溫度范圍后，裝置所自動進行制冷的效果圖，在這里0～T0時表示的在控制下所達到制冷溫度范圍的反應時間和溫度變化。這些都符合設計要求。其測試的結果由圖1顯示。

6 結語

本文對嵌入式基礎上的智能化控制水循環制冷系統裝置進行了分析與設計，建立了數學模型，對空調在市場上的情況做了相關的調查，對空調主要制冷劑進行相關的分析；對水循環制冷系統的工作原理及其可行性進行闡述。

參考文獻

[1]王述彥，師宇，馮忠緒.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].機械科學與技術，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建寧，張勝.數字PID控制技術在多功能真空離子鍍膜設備中的應用[J].真空電子技術，2010，（6）：P59-63.

[3]李建興，涂光備，涂岱聽.多泵并聯水系統的技術經濟分析[J].流體機械，2004，32（10）：P38-41.

[4]楊曉平.暖通空調優化控制技術研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2005.

[5]宋曉輝，王興武，任宗艷，等.循環水系統的優化設計[J].中國給水排水，2004，20（12）：P67-69.

摘要：隨著中國節能標準不斷的提高和能源消耗的增加，制冷裝置的耗能引起了廣泛重視。本文針對制冷裝置的耗能與智能化進行了調研。利用水比熱容值大的特性設計水循環控溫裝置，并且使該裝置通過物聯網獲取使用地天氣信息，從而對使用環境的溫度進行智能調節；在控制系統上利用PID算法實現對水流和風扇的轉速以及冷凝器工作的面積進行控制，從而使室內溫度維持在限定范圍內。

關鍵詞：物聯網 智能調節 PID算法

中圖分類號：TE683 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0030-02

傳統的制冷空調制冷原理是通過壓縮機將氣態的氟利昂壓縮為高溫高壓的液態氟利昂，然后送到冷凝器（室外機）散熱后成為中溫中壓的液態氟利昂。盡管這些方法對制冷的效果能夠實現，但是在技術不斷革新潮流中，相繼出現了其它的制冷方式，在此，設計的控溫方式是利用水的特性來實現控溫效果，這不僅能夠控制能耗，使能量利用率最大化；該種裝置可通過連接互聯網獲取天氣信息，以該信息為主，通過算法可以實現全天候對裝置內的風扇的轉速、水流、以及冷凝器工作面積調控，從而達到節能的目的。

1 裝置組成

該裝置組成部件主要是由可控電機、冷凝器、毛細導管、水箱、感應元器件、網絡設備等組成，各部件之間用毛細導管連接，形成一個封閉的循環系統。通過電機使導管內管的制冷液送到扇熱器，通過扇熱器上的風扇把箱內的低溫“吹”在的室內，而達到控溫效果。

2 制冷模式

如圖1所示，該控溫系統采用的是可選擇循環控溫系統，可根據對本地區的氣溫變化或室內溫度變化進行調控，根據室溫變化幅度可進行并列式控溫方式，將控溫效果達到最大化；同樣當室溫變化幅度達到平衡時，可以降低運行速率，這樣使能耗保持在有效范圍內，其優勢是能夠控制能耗，使能量利用率達最高。

3 其制冷系統程序控制流程圖

如圖2所示制冷裝置工作的流程，根據分析該制冷可分為制冷模式、睡眠模式、自然風模式、溫度測量，其中溫度測量與其他三種模式相互結合，時刻向外展示室內溫度變化趨勢。

4 裝置優點

物聯網：在水循環制冷系統裝置設置一個網絡接口，可以連通網絡，通過互聯網得知相關天氣信息預先在裝置的控制系統中將天氣狀況以數據化處理，并及時預報和控制控溫量。其優勢是可以根據天氣的情況實現時刻智能化控溫釋放量，從而達到有效降低能耗，在控溫方面上可利用PID算法來實現智能化。

5 PID算法（PID控制器）

實現智能化，通常采用PID算法實現對溫度高效的控制，所謂的PID分別指的是P（偏差比例）、I（積分）、D（微分）進行控制的PID控制器是一種自動控制器。PID控制器=P+I+D，也就是說把微分、積分、比例三種特定作用相互結合起來，而產生一個新的方程，這就是PID算法的核心。其算法組成部分如表1所示。

為了進一步改善調節器的工作性能，可以把微分、積分、比例三種特定作用相互結合起來，而產生一個有智能意義的方程，這就是PID調節器的核心。其理想PID微分方程為：

其PID調節器對階躍響應特性曲線圖，如圖3所示。

可根據其數學模型，在該制冷裝置上進行實驗測試，并將測試的結果顯示出來。該圖顯示的是在某一時間段內，通過限定制冷所要達到溫度范圍后，裝置所自動進行制冷的效果圖，在這里0～T0時表示的在控制下所達到制冷溫度范圍的反應時間和溫度變化。這些都符合設計要求。其測試的結果由圖1顯示。

6 結語

本文對嵌入式基礎上的智能化控制水循環制冷系統裝置進行了分析與設計，建立了數學模型，對空調在市場上的情況做了相關的調查，對空調主要制冷劑進行相關的分析；對水循環制冷系統的工作原理及其可行性進行闡述。

參考文獻

[1]王述彥，師宇，馮忠緒.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].機械科學與技術，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建寧，張勝.數字PID控制技術在多功能真空離子鍍膜設備中的應用[J].真空電子技術，2010，（6）：P59-63.

[3]李建興，涂光備，涂岱聽.多泵并聯水系統的技術經濟分析[J].流體機械，2004，32（10）：P38-41.

[4]楊曉平.暖通空調優化控制技術研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2005.

[5]宋曉輝，王興武，任宗艷，等.循環水系統的優化設計[J].中國給水排水，2004，20（12）：P67-69.