智能大廈是在傳統(tǒng)建筑的基礎(chǔ)上增加了樓宇、辦公、通信等３個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的高科技大廈。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（ＢＡＳ）是智能大廈的重要組成部分，它采用傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大廈內(nèi)的空調(diào)、電力、電梯、供排水、防火、防盜和視頻監(jiān)控等設(shè)備實(shí)行綜合自動(dòng)管理，具有各種安全保護(hù)、運(yùn)行監(jiān)控等管理功能。給用戶(hù)提供舒適、安全的內(nèi)部環(huán)境。因此，智能大廈的各個(gè)場(chǎng)所、各個(gè)房間，溫濕度必須常年控制在某一特定的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)溫濕度控制智能化。
本文介紹的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，基于ＣＡＮ總線，采用Ｉｎｔｅｌ ８０Ｃ１９６ＫＣ１６位單片機(jī)作為智能節(jié)點(diǎn)控制器，系統(tǒng)通信可靠、快捷，硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程簡(jiǎn)單，能較好地滿(mǎn)足智能大廈對(duì)環(huán)境的智能化要求，達(dá)到節(jié)能的目的。
２ 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)及工作原理
系統(tǒng)由上位管理機(jī)、ＣＡＮ接口適配卡和多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)建筑物的規(guī)模增減。采用ＣＡＮ總線作為通信網(wǎng)絡(luò)將各節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)分布式智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖１所示。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線方式，上位管理機(jī)采用ＰⅢ５００ＰＣ機(jī)，以８０Ｃ１９６單片機(jī)為節(jié)點(diǎn)控制器，傳輸介質(zhì)采用雙絞線，通信位速率設(shè)為２０ｋｂ／ｓ，ＣＡＮ總線任意兩節(jié)點(diǎn)之間的距離可以達(dá)到３．３ｋｍ，完全可以滿(mǎn)足智能大廈內(nèi)部的通信要求。上位機(jī)通過(guò)ＣＡＮ接口適配卡與ＣＡＮ總線相連，進(jìn)行信息交換，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視管理。節(jié)點(diǎn)控制器通過(guò)ＣＡＮ總線接收上位機(jī)的各種操作控制命令和設(shè)定參數(shù)；實(shí)時(shí)采集各模擬量輸入通道的溫濕度值，采集新風(fēng)處理設(shè)備，包括送、回風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器、冷卻器、加熱器和加濕器等設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到溫濕度與設(shè)定值有偏差時(shí)，執(zhí)行溫度和濕度算法，輸出相應(yīng)的控制量給執(zhí)行器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥），調(diào)節(jié)盤(pán)管內(nèi)的水流量，保持送風(fēng)的溫、濕度在要求上控制范圍內(nèi)；如果發(fā)現(xiàn)溫度或濕度超過(guò)了設(shè)定的上下限，則會(huì)立即發(fā)出聲、光報(bào)警，同時(shí)輸出相應(yīng)的極限值到執(zhí)行器，使溫濕度盡快回到設(shè)定范圍。
２．１節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)
節(jié)點(diǎn)硬件電路以Ｉｎｔｅｌ
１６位單片機(jī)８０Ｃ１９６ＫＣ為核心，選用ＳＪＡ１０００作為ＣＡＮ控制器，并使用了ＣＡＮ控制接口芯片ＰＣＡ８２５０。８２Ｃ２５０可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，提高系統(tǒng)總線的節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力，增大通信距離，降低干擾。節(jié)點(diǎn)硬件電路如圖２所示。在圖２中，利用８０Ｃ１９６ＫＣ多達(dá)６路的高速輸出器ＨＳＯ來(lái)產(chǎn)生ＰＷＭ輸出，可使系統(tǒng)具有９路模擬量輸出和８路模擬量輸入的能力。為減少元件數(shù)，節(jié)約電路板空間，選用可編程器件ＰＳＤ３０２進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展和Ｉ／Ｏ重組，它將單片機(jī)所需的大部分外圍接口功能，如ＥＰＲＯＭ（６４ｋＢ）、ＳＲＡＭ（２ｋＢ）和可編程邏輯器件（ＰＬＤ）集成在一塊芯片上，并提供８路開(kāi)關(guān)量輸入和８路開(kāi)關(guān)量輸出。８０Ｃ１９６ＫＣ的Ｐ１口主要用于溫度、濕度超限時(shí)的報(bào)警指示，但Ｐ１．３、Ｐ１．４、Ｐ１．５一起作為ＰＷＮ方波輸出端。Ｐ２口除完成一些特殊功能外，還為看門(mén)狗電路Ｘ２５０４５提供片選信號(hào)。時(shí)鐘芯片ＤＳ１２８８７Ａ在程序中編程為提供每秒定時(shí)中斷，通過(guò)ＨＳＩ．０向８０Ｃ１９６ＫＣ提出中斷請(qǐng)求，在達(dá)到設(shè)定的間隔時(shí)間后將執(zhí)行增量型ＰＩＤ控制算示和模糊控制算法。Ｘ２５０４５實(shí)現(xiàn)硬件看門(mén)狗功能，它也提供５１２Ｂ
ＥＥＰＲＯＭ來(lái)保存重要的系統(tǒng)控制參數(shù)。每當(dāng)系統(tǒng)掉電、上電后，通過(guò)串行時(shí)鐘輸出端ＳＯ將重要的系統(tǒng)參數(shù)讀到特定ＲＡＭ區(qū)，使程序恢復(fù)正常運(yùn)行。
３ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)的通信處理軟件和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集與處理軟件的編寫(xiě)。
３．１上位機(jī)軟件
采用基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５平臺(tái)的Ｖｉｓｕａｌ和Ｂａｓｉｃ６．０面向?qū)ο蟮模常参豢梢暬呒?jí)語(yǔ)言編寫(xiě)。具有系統(tǒng)參數(shù)（如波特率、輸出控制、報(bào)文標(biāo)識(shí)與屏蔽等）設(shè)置、監(jiān)視狀態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、本機(jī)狀態(tài)查詢(xún)、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)查詢(xún)、上下限報(bào)警、中斷接收數(shù)據(jù)管理等功能模塊，程序功能模塊如圖３所示。上位機(jī)首先對(duì)ＣＡＮ總線適配卡及自身初始化，然后發(fā)送命令通知特定節(jié)點(diǎn)向ＣＡＮ總線上發(fā)數(shù)據(jù)。通過(guò)ＣＡＮ總線適配卡轉(zhuǎn)換后，再由上位機(jī)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。上位機(jī)采用定時(shí)輪循方式向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)命令，而采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。
３．２智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
智能節(jié)點(diǎn)軟件由初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)和中斷處理三部分組成，主要完成兩項(xiàng)任務(wù)：一是溫、濕度傳感器的采樣與控制算法，二是當(dāng)上位機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)將節(jié)點(diǎn)所在現(xiàn)場(chǎng)的溫、溫度和ＣＡＮ節(jié)點(diǎn)狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。溫、濕度傳感器的采樣與控制算法在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中完成，數(shù)據(jù)信息的傳輸在主程序下完成。
４ 系統(tǒng)節(jié)能措施
智能大廈的空調(diào)器、制冷、供熱設(shè)備，由于設(shè)備眾多而且分散，其能耗占整個(gè)建筑的５０％左右，是智能建筑的耗能大戶(hù)，為實(shí)現(xiàn)能量的優(yōu)化管理與控制，滿(mǎn)足系統(tǒng)節(jié)能的要求，在保證舒適的前提下，采取以下措施：
（１）設(shè)定程序使餐廳、會(huì)議室等間歇使用處的空調(diào)機(jī)組在滿(mǎn)足舒適性的前提下間歇運(yùn)動(dòng)；按照事先設(shè)定好的時(shí)間表，根據(jù)上下班時(shí)間定時(shí)啟動(dòng)或停止辦公室的空調(diào)機(jī)組；節(jié)假日停止運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能目的。
（２）由于智能大廈中的房間均為舒適性空調(diào)，室內(nèi)的溫濕度設(shè)定值并不需要全年固定不變，因此可按季節(jié)對(duì)溫度設(shè)定值進(jìn)行變?cè)O(shè)定值控制。如夏季溫度設(shè)定在２３２６℃范圍內(nèi)，冬季設(shè)定在１８２０℃，而過(guò)渡季節(jié)允許在２０２５℃范圍內(nèi)波動(dòng)。通過(guò)上述溫度變?cè)O(shè)定值控制可大幅度降低不必要的能理消耗。
（３）控制器的執(zhí)行算法模塊主要采用了增量型ＰＩＤ控制算法和模糊算法。程序開(kāi)始運(yùn)行后，被控量的偏差較大，此時(shí)將采用增量型ＰＩＤ控制算法，使被控量盡快回到設(shè)定值附近。然后，當(dāng)偏差處于某一預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，將采用模糊控制算法減少控制量對(duì)被控量微小變化產(chǎn)生過(guò)于靈敏的動(dòng)作，防止被控量在設(shè)定值附過(guò)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)ＰＩＤ控制算法和模糊控制算法的理想結(jié)合，使系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能目的。
（４）采用先進(jìn)的變頻裝置，對(duì)水泵、風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，效果明顯，變風(fēng)量空調(diào)控制可減少空調(diào)負(fù)荷１５％３０％。由于空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤(pán)管的負(fù)荷是經(jīng)常變化的，如人員的頻繁進(jìn)出，室外天氣的變化等。通過(guò)對(duì)熱泵機(jī)組和冷凍水泵按需冷量進(jìn)行臺(tái)數(shù)控制，可以達(dá)到節(jié)能的目的。
（５）充分利用新回風(fēng)的冷（熱）量并加以焓值控制，能節(jié)約相當(dāng)可觀的能量。
５ 結(jié)束語(yǔ)
?。茫粒慰偩€以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想、優(yōu)良的性能和極高的可靠性，越來(lái)越受到人們的重視。在智能樓宇系統(tǒng)中使用ＣＡＮ總線技術(shù)，提高了系統(tǒng)內(nèi)部的通信速率、實(shí)時(shí)性，降低了誤碼傳送率。實(shí)際應(yīng)用證明本系統(tǒng)控制效果好，可靠性高，溫度控制精度可達(dá)到±０．５℃，濕度控制精度達(dá)到±２％ＲＨ，充分保證了智能大廈的舒適性和安全性。
參考文獻(xiàn)
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