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1、楼宇自动化基于PIC单片机的中央空调智能温度控制器设计李宗强,张九根(南京工业大学智能建筑研究所,江苏南京210009)摘要:针对智能楼宇集中供热、制冷的要求,提出了中央空调房间温度控制方案。介绍了一种基于PIC单片机、DS18B20数字温度传感器及一些外围电路组成的中央空调智能温度控制器。针对被控对象的大时滞、非线性等特点,系统采用模糊免疫PID算法对温度进行控制,可使系统具有良好的控制性能。李宗强(1984),男,硕士研究生,研究方向为智能建筑、楼宇关键词:PIC单片机;中央空调;温度控制;模糊免疫PID控制自动化。+ 中图分类号:TU831.31文献
2、标志码:B文章编号:16748417(2010)070004030引言随着现代大楼智能化程度的提高,相应地要求空调系统更加舒适,而房间温度控制可直接影响空调系统的品质。本文以PIC单片机为基础,基于传统的PID算法,结合模糊和免疫算法设计图1系统控制过程框图出温度控制器,将其应用于中央空调系统中,实现对房间温度的舒适性控制,同时达到节能的目的。单片机,采用RISC(ReducedInstructionSetCom1系统构成与硬件设计puter)技术和哈佛流水总线技术,具有价格低、速度快、体积小等特点;内置A/D转换功能和PWM1.1系统构成2输出模块;芯
3、片内部设有EPROM,方便读写温系统控制过程框图如图1所示。PIC16F877度,简化了软硬件设计;片内的SSP模块是完整单片机为控制系统的核心,单线数字温度传感器2的MSSP,其优点是支持IC通信模式下作为主控DS18B20将温度信号直接转换为串行数字信号,[1]并通过显示电路显示。PIC单片机根据输入数据制器件时的硬件控制能力。电路按功能模块利用模糊免疫PID算法计算出控制输出量,并将可分为数据采集模块、键盘显示模块、控制执行其转化为PWM信号占空比,将信号通过单片机模块。的PWM输出端经光电隔离、电平转换和滤波后,1.2.1数据采集电路直接与TDA1085
4、C调速芯片的引脚5电压给定如图2所示,温度传感器采用美国Dallas公段相连,控制电机转速,达到控制室温的目的。司的单线数字温度传感器芯片DS18B20,它可直1.2硬件设计接将被测温度转化为数字信号,供单片机处理。该控制系统核心采用美国Microchip公司生测温范围为-55~125!,且在0~85!之间的 产的PIC16F877单片机。它是8bitCMOS低功耗精度为∀0.5!,可以编程设定9~12bit的分辨张九根(1963),男,副教授,研究方向为智能建筑与楼宇自动化。4楼宇自动化率。单片机与温度传感器之间的数据传输采用2IC总线。由于DS1
5、8B20是单线器件,因此需要在一根数据线上实现数据的双向传输,每次需要一定的协议来对读写数据提出严格的时序要求。对DS18B20进行精确的温度转换,I/O线必须在转换期间保证供电。由于DS18B20的工作电流达1mA,仅靠5k的上拉电阻提供电源是不行的,因此,需要从VDD引脚接入外部电源。该设图3控制电路图[2] 计使用的温度控制范围为0~50!。性和二次响应的快速性,在原有的传统PID算法的基础上设计模糊免疫PID控制器对温度进行 控制。具体控制算法如图4所示。图2数据采集电路1.2.2键盘输入及温度显示电路键盘输入采用软件查询和外部中断相结合的图4模糊免疫
6、PID控制算法原理方法来设计,低电平有效,且采用独立式按键。该运用模糊逻辑推理来逼近非线性函数f(),系统共用到4个按键,分别为AN1(复位键),AN2从而基于模糊免疫反馈机理实时调整PID控制器(功能转换键:当按键按下时显示温度设定值;按的比例系数Kp,同时模糊控制器在线整定PID控键弹起时,显示当前温度值),AN3(设定温度逐次制器的积分系数Ki、微分系数Kd,以满足不同误差减1),AN4(设定温度逐次加1)。e、误差变化e对控制系统的要求,使被控系统具显示电路由2片7段译码器CC4511及2个7有良好的快速响应特性和鲁棒性及很强的自适应段LED数码管构
7、成。采用2位共阴LED静态显性。示方式,每位显示数字有1个独立的I/O地址。采用一个二维模糊控制器来实现免疫反馈规1.2.3控制电路律中的非线性函数f(),该控制器的输出u(k)和如图3所示,使用PIC单片机来控制由输出的变化u(k)的模糊量分别表示为正(P)和TDA1085C组成的调速电路,由于两者供电电源负(N);输出为非线性函数f()的模糊量,分别不同,需要进行电平转换,因此采用TLP5211光表示为正(P)、零(Z)和负(N)。室温变化e和室电隔离实现单片机电路和电机驱动放大电路之温变化率e以及2个输出Ki、Kd用7个语言模糊集描述,隶属度
8、函数都定义在整个(-#,
