摘　要：根據溫濕度獨立控制空調系統的控制原理，設計選擇性控制系統。探討選擇性控制系統的硬件設計、控制流程、軟件設計。

關鍵詞：溫濕度獨立控制  空調系統  選擇性控制

Design of Selective Control System for Independent Temperature and Humidity Control Air-conditioning System

Abstract：According to the principle of independent temperature and humidity control air-conditioning system，a selective control system is designed．The hardware design，control flow path and software design of the selective control system are discussed．

Key words：independent temperature and humidity control；air-conditioning system；selective control

溫濕度獨立控制空調(Temperature-humidity Independent Control Air Conditioning)是由我國學者率先倡導，并在國內外得到應用的一種空調系統。與常規空調系統相比，溫濕度獨立控制空調系統采用兩套獨立的系統，分別調節室內溫濕度，避免了常規空調系統熱濕聯合處理帶來的能量損失。可滿足不同區域或同一區域不同房間熱濕比不斷變化的要求，克服了常規空調系統難以同時滿足溫濕度參數的局限，避免了室內空氣相對濕度過高(或過低)的現象^[1-3]。然而溫濕度獨立空調系統過渡季節的應用有限、受地域條件影響較大、系統復雜、溫濕度難以同時滿足人體舒適度要求，因此應用還不太廣泛。本文以室內溫度作為優先控制目標，對溫濕度獨立控制空調系統的選擇性控制系統進行設計。

1　瀑濕度獨立控制空調系統原理

溫濕度獨立控制空調系統原理見圖1。溫濕度獨立控制空調系統包括溫度控制系統、濕度控制系統。溫度控制系統采用水作為載冷(熱)介質，末端裝置可采用輻射地板(墻)、干式風機盤管。由于夏季采用高溫冷源，因此不存在換熱面結露的問題，衛生條件較好。濕度控制系統由新風機組、末端裝置(可選擇置換通風口、個性化通風口等)組成，主要用于控制室內空氣相對濕度，改善室內空氣質量。

2　選擇性控制系統設計

2．1　總體設計

選擇性控制系統的設計思路是在優先保證室內溫度達到預設值的前提下，調節室內空氣相對濕度以最大限度地降低空調系統能耗。溫濕度傳感器實時測量室內空氣的溫濕度，并通過串行接口將溫濕度信號傳至單片機，單片機將接收到的溫濕度信號與內部預置及計算的溫濕度范圍進行比較判定，并將實時溫濕度信號通過通信接口上傳至上位機顯示。在單片機比較判定結束后，將控制信號傳遞給繼電器，繼電器通過控制執行機構在優先滿足室內溫度需要的前提下，進行室內空氣相對濕度調節^[4]。選擇性控制系統的總體設計見圖2。

2．2　硬件設計

硬件包括判定系統、通信系統、執行機構。溫度傳感器、溫濕度傳感器結合單片機構成一個判定系統，進行溫濕度的測定和是否符合預置及計算范圍的判定。MAX232芯片與單片機連接同時與上位機內部的執行RS232協議的接口連接，構成聯系上位機、單片機的通信系統。根據單片機的控制信號，執行機構在優先滿足室內溫度需要的前提下，進行室內空氣相劉+濕度調節。

①單片機

STC89C52型單片機是由STC公司生產的一種低功耗、高性能產品。采用ATMEL高密度非易失儲存器技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出引腳兼容。單片機核心電路見圖3。主要引腳功能：XTALl、XTAL2引腳為晶振接口，RST引腳為上電復位接口，P0系列引腳為上拉電阻接口，P21引腳為DHTll型溫濕度傳感器接口，P22引腳為DSl8820型溫度傳感器接口，URXD、UTXD引腳為與上位機的通信接口，其他引腳為備用。

②溫度傳感器

DSl8820型溫度傳感器是由美國DALLAS公司生產的單總線數字式智能溫度傳感器，測溫范圍為-55～125℃，具有獨特單總線(地址線、數據線、控制線合為一條信號線)接口方式，僅需要一根信號線就可以與STC89C52型單片機連接，實現雙向通信。DSl8820型溫度傳感器與單片機的連接見圖4。引腳1為地線接口，引腳2為數據通信線接口，引腳3為5 V電源線接口。

③溫濕度傳感器

DHTll型溫濕度傳感器(由于其測溫范圍較窄，精度欠佳，因此選擇性控制系統只利用其測相對濕度功能)是一款含有已校準數字信號輸出的單總線制溫濕度傳感器。DHTl l型溫濕度傳感器包括1個電阻式感濕元件、1個NTC測溫元件^[5]。測量范圍：相對濕度20％～90％，溫度0～50℃。DHTll型溫濕度傳感器與單片機的連接見圖5。引腳1為地線接口，引腳2為數據通信線接口，引腳3為電源線接口。

④MAX232芯片

MAX232芯片是美信(MAXIM)公司專為RS232標準串口設計的單電源電平轉換芯片，使用5V單電源供電。通過MAX232電平轉換芯片將單片機TTL電平轉換為RS232電平，實現單片機與上位機的串行通信^[4]。MAX232芯片電路見圖6。MAX232芯片的Tl in、Rl out引腳與單片機連接，Rl in、Tl out引腳與Jl(與上位機的串行接口)連接，其他引腳為一般常見接法。

⑤執行機構

執行機構由閥門控制器、比例調節閥(溫度比例調節閥、相對濕度比例調節閥)組成。執行機構是由單片機的I／O口控制，當判定系統認定室內溫濕度不符合設定的溫濕度要求后，判定系統將向執行機構發出動作命令，由閥門控制器控制兩種比例調節閥的相對開度，從而實現室內溫濕度的調節。

2．3　控制流程

溫度傳感器和溫濕度傳感器在設定時間(1s)逐時測量室內溫濕度，單片機以判斷溫度是否符合設定的理想溫度范圍為優先級，如果超過溫度范圍，則判斷為溫度不符合要求，執行機構首先調節溫度比例調節閥使溫度達到設定的溫度范圍。而后根據設定的溫濕度數學關系，通過單片機計算出經過調節后的溫度所對應的相對濕度，若實際室內空氣相對濕度超出計算值，則判斷為室內相對濕度不符合要求，執行機構將調節濕度比例調節閥使室內相對濕度達到計算值。

當選擇性控制系統進入溫濕度調節狀態后，系統仍然實時采樣當前的溫濕度信號，根據當前的反饋電壓信號計算當前閥門的相對開度，當系統檢測到實時的溫濕度數據已經達到設定范圍時，系統自動維持此時閥門的相對開度。整個系統初始化后，重新進入正常工作狀態^[6]。

2．4　軟件設礦

①主控制程序

主控制程序是控制和管理的核心，主要完成在選擇性控制系統上電后進行中斷處理操作的初始化。初始化主要完成對溫濕度的設定和檢查各元件的中斷禁止，并斷開電源。初始化完成后，系統將開始正常運行，并進行溫濕度檢測、比較、調節等操作，并將檢測數據上傳至上位機顯示。

②上位機軟件

上位機可以方便地實現與單片機之間的交互，實現操作可視化，更加直觀，便于實現保存數據等功能。上位機軟件采用Visual Basic 6．0編寫。上位機軟件界面見圖7。在上位機的邏輯處理中，可以參照不同的要求，對溫濕度的處理時間步長進行人為設定。步長越小，調控越精密，越準確。反之，步長越大，調控較為粗略，但仍可以在人體的舒適范圍內。

3　結語

選擇性控制系統通過溫濕度傳感器測得室內實時溫濕度后，優先滿足室內溫度需求，通過與單片機計算的相對濕度范圍進行比較，以最優化調節室內空氣相對濕度的控制邏輯運行，避免相對濕度的過度調節造成的能源浪費。

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本文作者：郭 睿  曾誠  陳文華  鄧 國  鄭 潔

作者單位：重慶大學城市建設與環境工程學院

  重慶大學自動化學院