基于嵌入式系統(tǒng)的智能水循環(huán)控制裝置研究

李棚+陳醇+宋成章+黃曉東

摘要：隨著中國節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了調(diào)研。利用水比熱容值大的特性設(shè)計水循環(huán)控溫裝置，并且使該裝置通過物聯(lián)網(wǎng)獲取使用地天氣信息，從而對使用環(huán)境的溫度進(jìn)行智能調(diào)節(jié)；在控制系統(tǒng)上利用PID算法實現(xiàn)對水流和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以及冷凝器工作的面積進(jìn)行控制，從而使室內(nèi)溫度維持在限定范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能調(diào)節(jié) PID算法

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

傳統(tǒng)的制冷空調(diào)制冷原理是通過壓縮機(jī)將氣態(tài)的氟利昂壓縮為高溫高壓的液態(tài)氟利昂，然后送到冷凝器（室外機(jī)）散熱后成為中溫中壓的液態(tài)氟利昂。盡管這些方法對制冷的效果能夠?qū)崿F(xiàn)，但是在技術(shù)不斷革新潮流中，相繼出現(xiàn)了其它的制冷方式，在此，設(shè)計的控溫方式是利用水的特性來實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)獲取天氣信息，以該信息為主，通過算法可以實現(xiàn)全天候?qū)ρb置內(nèi)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、水流、以及冷凝器工作面積調(diào)控，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

1 裝置組成

該裝置組成部件主要是由可控電機(jī)、冷凝器、毛細(xì)導(dǎo)管、水箱、感應(yīng)元器件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，各部件之間用毛細(xì)導(dǎo)管連接，形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)。通過電機(jī)使導(dǎo)管內(nèi)管的制冷液送到扇熱器，通過扇熱器上的風(fēng)扇把箱內(nèi)的低溫“吹”在的室內(nèi)，而達(dá)到控溫效果。

2 制冷模式

如圖1所示，該控溫系統(tǒng)采用的是可選擇循環(huán)控溫系統(tǒng)，可根據(jù)對本地區(qū)的氣溫變化或室內(nèi)溫度變化進(jìn)行調(diào)控，根據(jù)室溫變化幅度可進(jìn)行并列式控溫方式，將控溫效果達(dá)到最大化；同樣當(dāng)室溫變化幅度達(dá)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(nèi)，其優(yōu)勢是能夠控制能耗，使能量利用率達(dá)最高。

3 其制冷系統(tǒng)程序控制流程圖

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

4 裝置優(yōu)點

物聯(lián)網(wǎng)：在水循環(huán)制冷系統(tǒng)裝置設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)接口，可以連通網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)得知相關(guān)天氣信息預(yù)先在裝置的控制系統(tǒng)中將天氣狀況以數(shù)據(jù)化處理，并及時預(yù)報和控制控溫量。其優(yōu)勢是可以根據(jù)天氣的情況實現(xiàn)時刻智能化控溫釋放量，從而達(dá)到有效降低能耗，在控溫方面上可利用PID算法來實現(xiàn)智能化。

5 PID算法（PID控制器）

實現(xiàn)智能化，通常采用PID算法實現(xiàn)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(jìn)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(jié)合起來，而產(chǎn)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(jìn)一步改善調(diào)節(jié)器的工作性能，可以把微分、積分、比例三種特定作用相互結(jié)合起來，而產(chǎn)生一個有智能意義的方程，這就是PID調(diào)節(jié)器的核心。其理想PID微分方程為：

其PID調(diào)節(jié)器對階躍響應(yīng)特性曲線圖，如圖3所示。

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

6 結(jié)語

本文對嵌入式基礎(chǔ)上的智能化控制水循環(huán)制冷系統(tǒng)裝置進(jìn)行了分析與設(shè)計，建立了數(shù)學(xué)模型，對空調(diào)在市場上的情況做了相關(guān)的調(diào)查，對空調(diào)主要制冷劑進(jìn)行相關(guān)的分析；對水循環(huán)制冷系統(tǒng)的工作原理及其可行性進(jìn)行闡述。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建寧，張勝.數(shù)字PID控制技術(shù)在多功能真空離子鍍膜設(shè)備中的應(yīng)用[J].真空電子技術(shù)，2010，（6）：P59-63.

[3]李建興，涂光備，涂岱聽.多泵并聯(lián)水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].流體機(jī)械，2004，32（10）：P38-41.

[4]楊曉平.暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2005.

[5]宋曉輝，王興武，任宗艷，等.循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].中國給水排水，2004，20（12）：P67-69.

摘要：隨著中國節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了調(diào)研。利用水比熱容值大的特性設(shè)計水循環(huán)控溫裝置，并且使該裝置通過物聯(lián)網(wǎng)獲取使用地天氣信息，從而對使用環(huán)境的溫度進(jìn)行智能調(diào)節(jié)；在控制系統(tǒng)上利用PID算法實現(xiàn)對水流和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以及冷凝器工作的面積進(jìn)行控制，從而使室內(nèi)溫度維持在限定范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能調(diào)節(jié) PID算法

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

傳統(tǒng)的制冷空調(diào)制冷原理是通過壓縮機(jī)將氣態(tài)的氟利昂壓縮為高溫高壓的液態(tài)氟利昂，然后送到冷凝器（室外機(jī)）散熱后成為中溫中壓的液態(tài)氟利昂。盡管這些方法對制冷的效果能夠?qū)崿F(xiàn)，但是在技術(shù)不斷革新潮流中，相繼出現(xiàn)了其它的制冷方式，在此，設(shè)計的控溫方式是利用水的特性來實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)獲取天氣信息，以該信息為主，通過算法可以實現(xiàn)全天候?qū)ρb置內(nèi)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、水流、以及冷凝器工作面積調(diào)控，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

1 裝置組成

該裝置組成部件主要是由可控電機(jī)、冷凝器、毛細(xì)導(dǎo)管、水箱、感應(yīng)元器件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，各部件之間用毛細(xì)導(dǎo)管連接，形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)。通過電機(jī)使導(dǎo)管內(nèi)管的制冷液送到扇熱器，通過扇熱器上的風(fēng)扇把箱內(nèi)的低溫“吹”在的室內(nèi)，而達(dá)到控溫效果。

2 制冷模式

如圖1所示，該控溫系統(tǒng)采用的是可選擇循環(huán)控溫系統(tǒng)，可根據(jù)對本地區(qū)的氣溫變化或室內(nèi)溫度變化進(jìn)行調(diào)控，根據(jù)室溫變化幅度可進(jìn)行并列式控溫方式，將控溫效果達(dá)到最大化；同樣當(dāng)室溫變化幅度達(dá)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(nèi)，其優(yōu)勢是能夠控制能耗，使能量利用率達(dá)最高。

3 其制冷系統(tǒng)程序控制流程圖

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

4 裝置優(yōu)點

物聯(lián)網(wǎng)：在水循環(huán)制冷系統(tǒng)裝置設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)接口，可以連通網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)得知相關(guān)天氣信息預(yù)先在裝置的控制系統(tǒng)中將天氣狀況以數(shù)據(jù)化處理，并及時預(yù)報和控制控溫量。其優(yōu)勢是可以根據(jù)天氣的情況實現(xiàn)時刻智能化控溫釋放量，從而達(dá)到有效降低能耗，在控溫方面上可利用PID算法來實現(xiàn)智能化。

5 PID算法（PID控制器）

實現(xiàn)智能化，通常采用PID算法實現(xiàn)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(jìn)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(jié)合起來，而產(chǎn)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(jìn)一步改善調(diào)節(jié)器的工作性能，可以把微分、積分、比例三種特定作用相互結(jié)合起來，而產(chǎn)生一個有智能意義的方程，這就是PID調(diào)節(jié)器的核心。其理想PID微分方程為：

其PID調(diào)節(jié)器對階躍響應(yīng)特性曲線圖，如圖3所示。

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

6 結(jié)語

本文對嵌入式基礎(chǔ)上的智能化控制水循環(huán)制冷系統(tǒng)裝置進(jìn)行了分析與設(shè)計，建立了數(shù)學(xué)模型，對空調(diào)在市場上的情況做了相關(guān)的調(diào)查，對空調(diào)主要制冷劑進(jìn)行相關(guān)的分析；對水循環(huán)制冷系統(tǒng)的工作原理及其可行性進(jìn)行闡述。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建寧，張勝.數(shù)字PID控制技術(shù)在多功能真空離子鍍膜設(shè)備中的應(yīng)用[J].真空電子技術(shù)，2010，（6）：P59-63.

[3]李建興，涂光備，涂岱聽.多泵并聯(lián)水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].流體機(jī)械，2004，32（10）：P38-41.

[4]楊曉平.暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2005.

[5]宋曉輝，王興武，任宗艷，等.循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].中國給水排水，2004，20（12）：P67-69.

摘要：隨著中國節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了調(diào)研。利用水比熱容值大的特性設(shè)計水循環(huán)控溫裝置，并且使該裝置通過物聯(lián)網(wǎng)獲取使用地天氣信息，從而對使用環(huán)境的溫度進(jìn)行智能調(diào)節(jié)；在控制系統(tǒng)上利用PID算法實現(xiàn)對水流和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以及冷凝器工作的面積進(jìn)行控制，從而使室內(nèi)溫度維持在限定范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能調(diào)節(jié) PID算法

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

傳統(tǒng)的制冷空調(diào)制冷原理是通過壓縮機(jī)將氣態(tài)的氟利昂壓縮為高溫高壓的液態(tài)氟利昂，然后送到冷凝器（室外機(jī)）散熱后成為中溫中壓的液態(tài)氟利昂。盡管這些方法對制冷的效果能夠?qū)崿F(xiàn)，但是在技術(shù)不斷革新潮流中，相繼出現(xiàn)了其它的制冷方式，在此，設(shè)計的控溫方式是利用水的特性來實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)獲取天氣信息，以該信息為主，通過算法可以實現(xiàn)全天候?qū)ρb置內(nèi)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、水流、以及冷凝器工作面積調(diào)控，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

1 裝置組成

該裝置組成部件主要是由可控電機(jī)、冷凝器、毛細(xì)導(dǎo)管、水箱、感應(yīng)元器件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，各部件之間用毛細(xì)導(dǎo)管連接，形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)。通過電機(jī)使導(dǎo)管內(nèi)管的制冷液送到扇熱器，通過扇熱器上的風(fēng)扇把箱內(nèi)的低溫“吹”在的室內(nèi)，而達(dá)到控溫效果。

2 制冷模式

如圖1所示，該控溫系統(tǒng)采用的是可選擇循環(huán)控溫系統(tǒng)，可根據(jù)對本地區(qū)的氣溫變化或室內(nèi)溫度變化進(jìn)行調(diào)控，根據(jù)室溫變化幅度可進(jìn)行并列式控溫方式，將控溫效果達(dá)到最大化；同樣當(dāng)室溫變化幅度達(dá)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(nèi)，其優(yōu)勢是能夠控制能耗，使能量利用率達(dá)最高。

3 其制冷系統(tǒng)程序控制流程圖

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

4 裝置優(yōu)點

物聯(lián)網(wǎng)：在水循環(huán)制冷系統(tǒng)裝置設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)接口，可以連通網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)得知相關(guān)天氣信息預(yù)先在裝置的控制系統(tǒng)中將天氣狀況以數(shù)據(jù)化處理，并及時預(yù)報和控制控溫量。其優(yōu)勢是可以根據(jù)天氣的情況實現(xiàn)時刻智能化控溫釋放量，從而達(dá)到有效降低能耗，在控溫方面上可利用PID算法來實現(xiàn)智能化。

5 PID算法（PID控制器）

實現(xiàn)智能化，通常采用PID算法實現(xiàn)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(jìn)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(jié)合起來，而產(chǎn)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(jìn)一步改善調(diào)節(jié)器的工作性能，可以把微分、積分、比例三種特定作用相互結(jié)合起來，而產(chǎn)生一個有智能意義的方程，這就是PID調(diào)節(jié)器的核心。其理想PID微分方程為：

其PID調(diào)節(jié)器對階躍響應(yīng)特性曲線圖，如圖3所示。

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

6 結(jié)語

本文對嵌入式基礎(chǔ)上的智能化控制水循環(huán)制冷系統(tǒng)裝置進(jìn)行了分析與設(shè)計，建立了數(shù)學(xué)模型，對空調(diào)在市場上的情況做了相關(guān)的調(diào)查，對空調(diào)主要制冷劑進(jìn)行相關(guān)的分析；對水循環(huán)制冷系統(tǒng)的工作原理及其可行性進(jìn)行闡述。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建寧，張勝.數(shù)字PID控制技術(shù)在多功能真空離子鍍膜設(shè)備中的應(yīng)用[J].真空電子技術(shù)，2010，（6）：P59-63.

[3]李建興，涂光備，涂岱聽.多泵并聯(lián)水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].流體機(jī)械，2004，32（10）：P38-41.

[4]楊曉平.暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2005.

[5]宋曉輝，王興武，任宗艷，等.循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].中國給水排水，2004，20（12）：P67-69.