基于無線通信技術的熱泵供熱控制系統的研究

薛蕊

摘要：節能環保是現今社會發展的重要主題，并有更多的新技術得到了開發與應用。其中，熱泵技術是目前較為新興的制熱技術，具有高效、免維護以及節能等優點。在文章中，將就基于無線通信技術的熱泵供熱控制系統進行一定的研究。

關鍵詞：無線通信技術；熱泵供熱；控制系統

一、引言

供熱是建筑建設中的重要工作內容，只有實現供熱的穩定性，才能夠對建筑居民的居住要求進行實現。在傳統建筑的供熱方式中，其僅僅是對整個建筑進行供熱，不僅不能夠單獨實現單獨的房間溫度控制，且不能夠實現溫度的及時調整。而隨著近年來我國科學技術的發展，對該類問題的解決提供了可能。通過無線技術的應用，則能夠以無線控制的方式對熱泵供熱實現控制，在根據人們意愿對溫度進行控制的同時對人們的居住需求進行滿足。

二、無線網絡控制系統設計

（一）系統結構

在該無線控制系統中，其可以分為兩個模塊：無線集控器以及溫控器模塊。其中，無線溫控器同無線網絡終端節點設備相對應，通過溫度傳感器的應用對室內溫度進行檢查，在做好設定值溫度的相關運算之后，通過無線傳輸模塊的應用對信息進行傳輸，使其能夠發送到系統的控制模塊當中。而當控制模塊對相關的信息完成接收之后，則會向外圍設備對控制指令進行發揮，以此對室內溫度的控制功能進行實現。無線集控器方面，則同網絡的協調器節點相對應，在實際應用中，無線路由設備將對室內溫度信息進行發出，這部分信息在通過RS232傳輸到計算機之后由其對相關數據實現處理。同時，在計算機以及電控板模塊間，也通過串口的方式進行連接，在對PC發出命令進行接收的同時對熱泵機組的運行進行控制。

（二）硬件設計

硬件設計方面，無線集控器以及溫控器分部隸屬于不同的功能設計，對此，各自在硬件設計基礎上面也具有較大的不同。節點設計方面，主要由無線通信、電源模塊、微控制器以及數據采集等模塊組成。在該系統中，無線節點可以說是非常重要的一項內容，其運行的穩定與否將直接對網絡的可靠運行產生影響，對此，就需要保證其能夠具有可靠、簡單的特征。在本系統中，對Atemga128L芯片進行了應用，能夠在對相關數據進行存儲、處理的同時做好數據的發送。射頻方面，使用的為CC2420芯片，對系統的網絡通信功能進行實現，即對于數據的收發以及采集。電源模塊的功能則是對模塊能量進行提供與管理，保證能源應用的最大化。

（三）軟件設計

在該系統中，其主程序可以分為三個部分，即不同節點類型的配置以及應用源文件、協議棧源程序以及其他文件類型。源文件方面：第一，SymboTime.c，為系統定時器中斷以及時間設定功能；第二，Zapl.h，即協議棧對應用層所提供的接口類型文件，是該程序中的協議棧源文件；第三，zAPS.c.h，為系統APS層的協議源文件。應用源文件方面：第一，RFD.c、Router.c，為系統不同類型節點的應用源文件；第二，myZigBee，為節點能量、簡單、網絡模式以及定義節點描述符的值；第三，ZigBee.def，其中對節點的基本信息常量進行了定義，如節點類型、節點地址以及其波特率等。其他源文件方面：第一，Compile.h，編譯器相關定義；第二，Console.c.h，串行接口代碼；第三，Generic.h，部分類型以及常量定義。

在該系統實際設計中，在對不同ZigBee節點進行開發時，都嚴格對以下步驟進行了遵循：第一，對需要應用的配置文件進行確定；第二，對應用端口結構進行確定；第三，對應用工程目錄進行建立，將同本工程具有聯系的協議棧文件放入到該目錄當中；第四，對基于設備設置、端口類型以及設備類型的文件進行創建；第五，對主程序進行編寫。在該環節中，首先對協議棧、硬件以及其他變量進行初始化，之后，使全局在終端的情況下進入到無限循環當中，對ZigBeeTasks子程序進行執行，根據執行過程對原語狀態進行改變，并在進入到不同協議棧層級中對相應的操作進行執行。

三、熱泵機組設計

（一）機組控制過程

對于熱泵技術來說，其基于逆卡諾循環處理，可以說是一種能量提升裝置，能夠以此使熱量從較低的溫度對較高溫度的物體進行傳遞，即在從周圍環境對熱量進行吸取后向對象進行傳遞。在該研究中，通過空氣源熱的方式對供暖進行實現，對于該熱水器設備來說，在卡諾循環原理的基礎上通過壓縮機對做功進行實現，使熱媒因此產生氣-液-氣的物理相變，并在該種循環的過程中對放熱以及吸熱進行實現，在對空氣中存在的熱能進行吸取的同時使冷水逐步升溫。

（二） 機組采集系統設計

1. 硬件設計

在本研究的采集系統中，將AD7793作為ADC模塊，具有著低噪音以及低功耗的特點，能夠較為完整的實現前段模擬，其中，具有一個低噪音特征的AD，具有3個差分模擬，并通過低噪音儀表放大器的繼承能夠對信號的直接輸入進行實現，非常適合應用在高精度測量工作當中。同時，其內部具有著低漂移、低噪聲的基準電壓源，且能夠對外部差分基準電壓進行采用，其他特性方面，則具有著熔點電流、可編程激勵電流等。AD7793在運行中，能夠對外部時鐘以及內部時鐘工作進行應用，且能夠通過軟件編程的方式對輸出數據進行設置，即在4.18Hz至460Hz間調整。同時，其能夠對2.5V電壓進行提供，以此對相關數據傳輸的可靠以及精確性進行了保證，同時，該系統以兩片模擬開關的應用對信號采集的多通道進行了實現，并對采集通道進行了增加，能夠對一片芯片對多組參數進行采集的要求進行了滿足。

2. 軟件設計

軟件方面，通過寄存器讀寫命令的應用，則能夠對相關數據從AD7793中的寫入以及讀出進行實現。在數據讀寫方面，即通過通信寄存器的讀寫配置對其進行實現，在該過程中，移位寄存器是非常重要的一個環節，相關數據需要在其中對控制以及轉換功能進行實現。而在實際開展讀寫之前，也需要做好寄存器的配置工作，在對指令進行寫入之后，需要及時做好24位數據的跟進，之后對24個連續的串行始終脈沖進行跟進。

（三）電子膨脹閥PID控制

1. 性能研究

在本文的系統設計中，節流元件為電子膨脹閥，對于該設備來說，其在應用中能夠對制冷劑進入到設備的量進行控制，可以說直接關系實際系統的制冷效果。雖然熱力膨脹閥作為一種節流元件類型在現今系統中得到了較多的應用，但電子膨脹閥同其相比具有更多的優勢：第一，其動作速度更快，僅僅需要幾秒鐘就能夠實現從關閉到全部打開的操作，且在運行中不存在過熱度問題；第二，對低溫度具有較好的適應性，而對于熱力膨脹閥來說，如果其所處的環境溫度較低，其感溫介質在壓力變化方面則逐漸減小，并因此對其調節性能產生了較大的影響。同其相比，電子膨脹閥在較低的溫度環境下也能夠以快速、準確的方式進行過熱度變化，進而實現流程的科學調節；第三，其過熱度設定值可以調整，能夠根據實際需求對相應的設定值進行改變。

2. 硬件設計

通過對電子膨脹閥的控制，也就是對步進電機控制的實現。對于電子膨脹閥來說，其由傳感器、控制器以及執行器這幾部分組成，即先對傳感器采集獲得的數據進行計算，在處理完成后向電控板對控制指令進行發出，之后再由電控板經驅動電路向電子膨脹閥輸出電信號來驅動電子膨脹閥動作。在本系統中，所使用的驅動電路為MAX504，具有低功耗的特征，在上電過程中，其內部DAC將復位為0，而當CLR處于低電平狀態時，寄存器也將置0。在實際設計中，可以將BIPOFF同AGND實現連接，在將RFB同VOUT進行連接的同時配置成增益為2的模式，在該模式下，MAX504不僅能夠以單電源的方式開展工作，也可以雙電源同時完成工作任務。

四、結語

在上文中，我們對基于無線通信技術的熱泵供熱控制系統進行了一定的研究，需要在實際設計中能夠把握重點，更好的發揮系統功能。

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（作者單位：大唐保定供熱有限責任公司）