中央空调嵌入式监控系统设计

摘要

随着社会的发展与人类生活水平的提高，人们对居住环境、办公环境的要求也越来越高。于是出现了智能楼宇、智慧地球、物联网等概念，这些系统借助科技的力量大大地改善了人类的生活环境，其中尤为值得探讨的要属智能楼宇。智能楼宇，也就是让一栋传统的建筑具有一种人性化、科技化的体现，其核心是通过综合布线技术将数字监控系统、报警系统、楼宇对讲系统、门禁系统、会议系统等进行有机综合，集系统、结算、管理、服务及它们之间的最优化组合，使建筑物具备了安全、便利、高效、节能等特点。中央空调系统的出现，丰富了智能楼宇概念、提升了楼宇的智能化，为楼宇温度环境的调节起到了重要作用，同时为楼宇的节能降耗做出了一定贡献。
　　 中央空调在改善人们居住、办公环境的同时，也造成了不小的能耗。[1]目前中央空调系统使用中，还存在着一些问题，主要表现在控制系统基本以分散控制为主，未实现整个系统的大联网，无法智能管理，写字楼、政府等办公型建筑中下班时经常有职员忘记关闭房间空调开关，造成能源浪费等。虽然有少数中央空调生产厂家进行了部分网络化控制的尝试，但采用的通信多为RS485、I2C等，通信距离有限，能集中监控的末端数目及控制功能也都有限，同时由于控制网络中的产品多为51系列或其增强型的单片机，也制约了其功能的进一步扩展。
　　 随着近几年网络技术的发展，人们对连接各种装置到一个现有的网络如以太网产生了浓厚的兴趣，这种强烈的需求刺激产生了诸如uIP、LWIP等精简型TCP/IP协议栈，对于运算处理能力及板载资源相对有限的八位及十六位低端处理器无疑是一个福音。其中uIP使用C语言编写，使得协议栈的移植简单了很多，并且uIP协议栈的代码大小及对RAM的需求都很小，这就使得性能不高的处理器拥有设备上网能力成为可能。随着uIP的发展，其安全性、可靠性、实时性得到进一步提高，使得我们将网络技术应用到中央空调控制系统成为可能。同时，随着单片机、ARM技术的发展，出现了大量功能齐全、速度高、功耗低、存储容量大的控制器，诸如宏晶的STC系列增强型51单片机及意法半导体的STM32系列基于ARMv7Cortex-M3内核的微控制器。因此，设计出成本低廉、功能齐全的中央空调控制系统成为可能。
　　 基于以上分析，本课题旨在研发具有远程监控功能的中央空调控制系统，使得系统大联网在中央空调控制中得以实现。系统主要功能要完成:上位监控软件通过以太网与整个楼宇内所有中央空调温控器末端实现数据互联，使得控制中心可以完成对楼宇内的每个末端进行监测与控制。通过将所有的设备末端最终接入以太网，实现整个中央空调系统的集中监控，提高空调机组的使用效率，从而实现设备的集中管理，达到节能、高效的目的。
　　 控制系统采用多级网络结构:上位机，配有上位软件，完成对整个系统的监控、报表打印、收费管理等，软件采用VisualC++6.0编制，数据库系统采用SQLServer2000;中间站，采用意法半导体STM32系列微控制器与网络控制器ENC28J60，嵌入uIP协议栈，实现设备上网;中继器，采用宏晶STC系列双串口单片机，两路串口一路通过RS485与中间站通信，另一路接入末端网络;温控器，系中央空调系统控制末端，采用宏晶STC系列单片机，控制室内的温度，通过RS485与上层中继器通信。
　　 在概述现阶段中央空调控制系统的基础上，文章着重阐述本控制系统设计方案，介绍各控制部分及软硬件结构，分章节阐述设计方法及思路，给出部分原理图及核心控制程序。最后对整个系统进行了总结，指出了系统的现有不足及改进方向。