陳明淑，段金英，趙婧（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

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基于嵌入式的氣候補(bǔ)償器在集中供熱系統(tǒng)的設(shè)計

陳明淑，段金英，趙婧
（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

摘要：氣候補(bǔ)償器在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠有效降低能耗，能夠促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。氣候補(bǔ)償器可以科學(xué)有效地解決集中供熱系統(tǒng)中換熱站處的控制以及管理問題。文中主要研究了氣候補(bǔ)償器的工作原理、作用，并以設(shè)計以AMR9 S3C2410為基礎(chǔ)的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。

關(guān)鍵詞：嵌入式；氣候補(bǔ)償器；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計

氣候補(bǔ)償器是用于安裝在供熱系統(tǒng)換熱站外的節(jié)能自動控制器。通過氣候補(bǔ)償器能夠根據(jù)室外溫度的高低以及供熱用戶對室內(nèi)溫度的具體需求，通過自主計算得到合適的換熱站二次供水、回水溫度，在得到二次供水溫度的基礎(chǔ)上能夠主動改變一次管網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥的開度實現(xiàn)調(diào)節(jié)進(jìn)入換熱站熱水流量的多少，因此，實現(xiàn)了二次管網(wǎng)供水溫度隨著室內(nèi)外溫度的高低而進(jìn)行改變實現(xiàn)自動氣候補(bǔ)償，最終實現(xiàn)了室內(nèi)溫度能夠保持在一個設(shè)定的范圍之內(nèi)。

1 氣候補(bǔ)償器的工作原理

圖1是基于氣候補(bǔ)償器的供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)供熱的室外溫度發(fā)生變化的時候，為了能夠確保供熱室內(nèi)的溫度在相應(yīng)的規(guī)定范圍之內(nèi)，就需要對供暖系統(tǒng)的二次供水溫度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果室外溫度降低，為了保持室內(nèi)溫度的恒定，供暖系統(tǒng)的二次供水溫度應(yīng)該進(jìn)行變大，這個時候，氣候補(bǔ)償在進(jìn)行工作時就會主動變大調(diào)動調(diào)節(jié)閥的閥門力度，使流入換熱器的熱水量增加，通過換熱器的熱量交換后，這個時候室內(nèi)溫度也就會上升。當(dāng)室外溫度上升的時候，為了確保室內(nèi)溫度恒定就需要通過氣候補(bǔ)償器就會主動減少進(jìn)入熱水換熱器的流量，這樣直接從電動調(diào)節(jié)閥分水管流會一次管網(wǎng)的水量增加，這時供熱爐的回水溫度高，可以降低鍋爐機(jī)組輸出負(fù)荷，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能。

圖1 基于氣候補(bǔ)償器的供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在基于氣候補(bǔ)償器的供熱系統(tǒng)當(dāng)中，輸入量指的是室外的溫度、二次供水溫度以及二次回水溫度，其中執(zhí)行具體操作的是系統(tǒng)當(dāng)中的電動調(diào)節(jié)閥，控制量指的是為二次網(wǎng)供水溫度、測量元件為鉑熱電阻。在整個系統(tǒng)當(dāng)中溫度船度氣的作用只是簡單地進(jìn)行溫度測量，確保室內(nèi)溫度能夠在觸摸屏上顯示出來，并成為系統(tǒng)設(shè)計過程中的重要依據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計中的電動調(diào)節(jié)閥是電動三通閥，通過一個電動執(zhí)行結(jié)構(gòu)對兩個出口的比例進(jìn)行控制，當(dāng)閥門的開度較大時，流經(jīng)的熱水的流量比較大，反之則比較小，閥門的變化不會對電動三通閥入水管的熱力工況造成任何影響。

2 嵌入式氣候補(bǔ)償器在供熱系統(tǒng)中設(shè)計的整體設(shè)計

2.1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計方法

按照供熱系統(tǒng)的要求按照嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)對系統(tǒng)組成部分以及系統(tǒng)的整體模塊進(jìn)行功能設(shè)計，以及其在系統(tǒng)的彼此之間的關(guān)系和作用，構(gòu)成了系統(tǒng)的整體設(shè)計，一般而言嵌入式系統(tǒng)設(shè)計主要包括了需求分析、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件設(shè)計、軟建設(shè)計、系統(tǒng)集成和系統(tǒng)測試等幾個方面。文中在對嵌入式氣候補(bǔ)償器進(jìn)行研究的過程中，主要分析了嵌入式氣候補(bǔ)償?shù)捏w系結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)硬件設(shè)計以系統(tǒng)軟件設(shè)計。

2.2 微處理器的選擇

當(dāng)前，在微處理器市場當(dāng)中AMR微處理器占據(jù)的市場份額不較大，這主要是由AMR處理的在處理速度、產(chǎn)品功耗、數(shù)據(jù)傳輸?shù)男室约霸贒SP功能方面都要明顯領(lǐng)先于其他微處理器，并且AMR處理器具有完善的基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的過程中，在進(jìn)行微處理器的選擇上，文中在進(jìn)行系統(tǒng)研究的過程中主要選擇了三星公司設(shè)計、出售的S3C2410。該型號微處理器的能耗較低、具有高集成度，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的過程中文中選用了S3C2410微處理器作為芯片級支持，并且MMU確保了嵌入式操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。這一處理器的最高主頻能夠達(dá)到203MHz，這樣能夠確保系統(tǒng)中的上位機(jī)和S3C2410之間能夠進(jìn)行良好的數(shù)據(jù)通信工作。相比于其他的微處理器，S3C2410的性價比比較高。

2.3 操作系統(tǒng)選擇文中在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的過程中，選取了Linux 嵌入式操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)的主要優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1.微內(nèi)核能夠直接提供網(wǎng)絡(luò)支持功能，而不必在采取協(xié)議包TCP/IP。2.Linux具有十分高的繼承性，在系統(tǒng)設(shè)計的過程中也能夠能加容易的添加其他部件。2.4在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的過程中Linux能夠免費(fèi)獲取，并且其源代碼也是開放的。4.有多種硬件平臺適用Linux，因此Linux具有更強(qiáng)的適用性。5.配置選擇方面具有隨意性，Linux可以不同與商家或許可證有合作關(guān)系。6.Linux能夠在臺式機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用，這保證了該操作系統(tǒng)會有更加廣闊的應(yīng)用空間。

2.4 系統(tǒng)的整體設(shè)計

在供熱系統(tǒng)中的氣候補(bǔ)償器主要是由三部分構(gòu)成，這三部分分別是：氣候補(bǔ)償器的硬件系統(tǒng)、氣候補(bǔ)償器的軟件系統(tǒng)以及氣候補(bǔ)償器的中間件。在整個氣候補(bǔ)償器的系統(tǒng)當(dāng)中，其中硬件系統(tǒng)主要是由AMR9核S3C2410存儲器組成和各種的接口電路共同構(gòu)成的，系統(tǒng)當(dāng)中的軟件子系統(tǒng)主要是由操作系統(tǒng)以及各種應(yīng)用層軟件構(gòu)成的，氣候補(bǔ)償其中的中間部分主要是由硬件驅(qū)動程序等一些底層軟件構(gòu)成的（見下表1）。

表1

3 系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計

在集中供熱系統(tǒng)中氣候補(bǔ)償器能否順利運(yùn)行主要是由氣候補(bǔ)償其系統(tǒng)當(dāng)中硬件子系統(tǒng)決定。在進(jìn)行硬件設(shè)計的過程中，文中主要選取了三星公司出品的AMR9 S3C2410微處理器，系統(tǒng)在進(jìn)行工作的過程中，能夠通過系統(tǒng)中的信號采集電路，將系統(tǒng)中傳感器所獲取的不同的溫度信號提供給系統(tǒng)中的處理器，通過系統(tǒng)處理器的處理工作，通過控制電路對供熱系統(tǒng)的中的調(diào)動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度，能夠?qū)崿F(xiàn)對集中供熱系統(tǒng)的熱水流量的控制，實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的有效調(diào)節(jié)。文中在進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計時，采用了模塊化設(shè)計理念，從而將整個系統(tǒng)劃分為最小系統(tǒng)模塊、信號采集模塊、系統(tǒng)控制模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、LCD觸摸屏模塊。硬件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計能夠確保硬件系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性可高度可靠性的特點，并且通過模塊化進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，也能夠根據(jù)集中供熱系統(tǒng)用的需求對硬件系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在進(jìn)行系統(tǒng)軟建設(shè)計的過程中，文中設(shè)計的氣候補(bǔ)償器的軟件平臺主要是由物理層、操作系統(tǒng)和應(yīng)用層三個系統(tǒng)層次組成的，其中系統(tǒng)軟件層當(dāng)中的物理層是由Bootloader啟動代碼編寫和硬件驅(qū)動等底層設(shè)計軟件組成的；在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，操作系統(tǒng)層主要是由Bootloader啟動代碼移植、操作系統(tǒng)內(nèi)核移植和文件移植三個系統(tǒng)組成的；系統(tǒng)中的應(yīng)用層主要的組成部分主要包括信號采集處理、電動調(diào)節(jié)閥控制、網(wǎng)絡(luò)通信、狀態(tài)顯示等應(yīng)用程序。

4 結(jié)語

在社會建設(shè)的過程中，我國環(huán)境、生態(tài)問題進(jìn)一步突出，伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，改善供熱系統(tǒng)，提高供熱效率，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的計算機(jī)自動監(jiān)控，減少資源能源浪費(fèi)是我國城市集中供熱的發(fā)展趨勢。因此，加強(qiáng)基于氣候補(bǔ)償器的供熱控制系統(tǒng)的研究，不僅具有良好的社會價值，也同時具有良好的生態(tài)價值。文中主要對供熱系統(tǒng)中的氣候補(bǔ)償器的自動控制進(jìn)行了分析和設(shè)計，并詳細(xì)論述了氣候比長期的工作原理以及整體架構(gòu)和軟硬件設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

［1］陳亮.氣候補(bǔ)償器在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.建筑科學(xué)，2010（10）.

［2］李惟毅，史維秀，崔志強(qiáng)，何江.氣候補(bǔ)償器在供熱節(jié)能中的應(yīng)用研究［J］.天津建設(shè)科技， 2010（06）.

［3］袁閃閃，徐偉.熱用氣候補(bǔ)償技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用效果分析［J］. 建筑科學(xué)，2015（06）.

［4］白旭東，張杰，耿欣.氣候補(bǔ)償器在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（30）.

Design of the central heating system based on the embedded climate compensator

Chen Mingshu，Duan Jinying，Zhao Jing
（Xijing University，shaanxi xi’an，710123）

Abstract：The application of climate compensator in central heating system can effectively reduce energy consumption and promote the construction of ecological civilization.Climate compensator can effectively solve the scientific control in central heating system heat transfer station and the management problems. This paper mainly studies the working principle and function of climate compensator， and designs the hardware design and software design based on S3C2410 AMR9.

Keywords：embedded；climate compensator；hardware design；software design

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：中圖分類好： TU833.1A