隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)的應(yīng)用也越來越廣泛，它在人們的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮 著重要作用。但是同時(shí)，空調(diào)在建筑物的能耗中又占有相當(dāng)大的比例。空調(diào)技術(shù)中對(duì)空氣的處理過程具有很強(qiáng)的季節(jié)性，一年中至少可分為冬季、過渡季和夏季三季節(jié)，空調(diào)過程也不同。本文介紹了以ARM7 SoC為構(gòu)成多功能現(xiàn)場(chǎng)控制器，運(yùn)行uClinux嵌入式操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。其目的是為了使空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)節(jié)在保證滿足功能指標(biāo)（如舒適度）的情況下，盡量節(jié)約能源和安全運(yùn)行。空調(diào)微機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　1  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　愛特梅爾的AT91ARMThumb微控制器能提供8位微控制器用戶期望的32位的性能，而仍在他的嚴(yán)格的系統(tǒng)預(yù)算之內(nèi)。額外性能使軟件中創(chuàng)新而非發(fā)展通信、壓縮或控制協(xié)議。依據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的ARM處理器建立一個(gè)微控制器產(chǎn)品系列保證了顧客的長(zhǎng)期可及性。ARM處理器的普遍采用使大量的合格軟件IP產(chǎn)品得到發(fā)展，減少了新產(chǎn)品的上市時(shí)間。AT91微控制器以低功率，實(shí)時(shí)控制應(yīng)用為目標(biāo)。它們已經(jīng)被成功地設(shè)計(jì)入工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、MP-3/WMA播放器、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、傳呼器，點(diǎn)銷售終端、醫(yī)療設(shè)備，GPS和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這個(gè)AT91M55800A是AtmelAT9116/32-bit單片機(jī)的家庭，是基于ARM7TDMI處理器。該處理器高性能的32位的RISC建筑和高密度的16位的指令集和很低的功耗。此外，大量的內(nèi)部門房登記導(dǎo)致非常快速的異常處理，使設(shè)備的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用的理想。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，微控制器采用AT91M55800A系列的ARM7 SoC芯片；I/O接口用來連接各種外部報(bào)警信號(hào)、限位開關(guān)和風(fēng)機(jī)開關(guān)命令等；A/D接口用來連接溫、濕度傳感器的測(cè)量信號(hào)；D/A接口用來連接風(fēng)閥開度信號(hào)等；顯示器及鍵盤是人機(jī)接口界面。

　　2  多工況分區(qū)的實(shí)現(xiàn)

　　2.1 多工況分區(qū)的劃分

　　多工況分區(qū)是空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。在滿足使用要求的前提下，使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在節(jié)能工況是工況分區(qū)的目的。怎樣使工況合理分區(qū)并使系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行在工況，則是基于單片機(jī)的空調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的主要任務(wù)。

　　節(jié)能分區(qū)由6個(gè)主體工況和2個(gè)附加工況（1個(gè)算法工況、1個(gè)啟停工況）組成。6個(gè)主體工況對(duì)應(yīng)節(jié)能多工況分區(qū)的6大分區(qū)；當(dāng)某個(gè)主體工況需要算法調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)用算法工況；當(dāng)需要啟動(dòng)機(jī)組或停止運(yùn)行時(shí)，則調(diào)用啟停工況。

　　2.2 主體工況

　　主體6個(gè)工況是節(jié)能多工況簡(jiǎn)化分區(qū)的主要工況。全年連續(xù)運(yùn)行的舒適性空調(diào)大部分時(shí)間都運(yùn)行在此工況。所以對(duì)其劃分的正確與否，不僅關(guān)系到系統(tǒng)能否正確調(diào)節(jié)，而且關(guān)系到系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行。主體工程全年劃分為6大區(qū)：1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)、4區(qū)、5區(qū)、6區(qū)，分別對(duì)應(yīng)冬季、冬春、過渡季1、過渡季2、夏秋、夏季，如表1所示。

　　各大工況區(qū)的設(shè)計(jì)原則是：（1）盡量節(jié)能。（2）便于控制。集中式空調(diào)需要調(diào)節(jié)的主要參數(shù)為溫度和濕度。所消耗的能源主要來自二方面：一是用來調(diào)節(jié)溫濕度的冷源和熱源（如熱水、冷水和熱蒸汽等）；二是用來輸送空氣的傳輸設(shè)備（如風(fēng)機(jī)）的能源。因此各大工況所設(shè)計(jì)的節(jié)能措施也主要是從這二方面來考慮。首先根據(jù)工況需要選擇的調(diào)節(jié)手段（本文選擇智能控制算法）從而使空氣調(diào)節(jié)過程達(dá)到。

　　2.3算法工況

　　算法工況是一個(gè)附加工況，是在每一主體工況內(nèi)需要算法調(diào)節(jié)時(shí)的附加工況，以進(jìn)一步節(jié)能。其處理過程：當(dāng)調(diào)節(jié)誤差ek滿足|ek|>m時(shí)，風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，以使冷熱交換充分，加快溫濕度參數(shù)的調(diào)節(jié)過程，其調(diào)節(jié)量由算法控制；當(dāng)|ek|≤m時(shí)，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行（風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行可以節(jié)省傳輸系統(tǒng)的能量），算法停止調(diào)節(jié)，系統(tǒng)處于保持狀態(tài)，使系統(tǒng)穩(wěn)定在舒適度要求的范圍內(nèi)。

　　3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　由簡(jiǎn)化的節(jié)能多工況分區(qū)構(gòu)成的系統(tǒng)也是簡(jiǎn)化的基本系統(tǒng)，它包含4項(xiàng)基本內(nèi)容：知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則集和推理機(jī)構(gòu)。在基于單片機(jī)的智能控制器中設(shè)有數(shù)據(jù)庫(kù)空間，它存儲(chǔ)根據(jù)室外氣象條件及經(jīng)驗(yàn)預(yù)先給定的數(shù)據(jù)以及運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)獲得的數(shù)據(jù)。知識(shí)庫(kù)的建立采用產(chǎn)生式規(guī)則，即：IFCONDITIONTHENOPERATION的規(guī)則來建立所需的分區(qū)規(guī)則、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)以及運(yùn)行過程中要求特殊處理的規(guī)則。下面僅就主體工況對(duì)控制器中的推理機(jī)構(gòu)和節(jié)能多工況簡(jiǎn)化分區(qū)規(guī)則集加以說明。推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

　　3.1 推理機(jī)構(gòu)

　　根據(jù)我國(guó)各地全年室外氣象條件的變化規(guī)律以及空調(diào)的經(jīng)驗(yàn)，確定以下推理?xiàng)l件（邊界條件）：

　　控制器記憶及判斷這些狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)和其邏輯組合，從知識(shí)庫(kù)中提取不同的分區(qū)規(guī)則進(jìn)行多工況節(jié)能簡(jiǎn)化分區(qū)并確定系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)處的工況。

　　控制器是按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置。組合邏輯控制器和微程序控制器，兩種控制器各有長(zhǎng)處和短處。組合邏輯控制器設(shè)計(jì)麻煩，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦設(shè)計(jì)完成，就不能再修改或擴(kuò)充，但它的速度快。微程序控制器設(shè)計(jì)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，修改或擴(kuò)充都方便，修改一條機(jī)器指令的功能，只需重編所對(duì)應(yīng)的微程序；要增加一條機(jī)器指令，只需在控制存儲(chǔ)器中增加一段微程序，但是，它是通過執(zhí)行一段微程。具體對(duì)比如下：組合邏輯控制器又稱硬布線控制器，由邏輯電路構(gòu)成，完全靠硬件來實(shí)現(xiàn)指令的功能。

　　3.2 分區(qū)規(guī)則集

　　根據(jù)前述節(jié)能多工況分區(qū)的思想及上述說明，可以總結(jié)出下述6條分區(qū)規(guī)則：

　　由于本簡(jiǎn)化分區(qū)規(guī)則比較少，搜索空間較小，具體軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)可以采用前向推理的方法，即從前向后逐條進(jìn)行搜索。用單片計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，非常方便可靠。

　　本文研制的空調(diào)控制器與某空調(diào)器廠ZK型系列空調(diào)機(jī)組配套，并裝配節(jié)能多工況分區(qū)系統(tǒng)軟件，構(gòu)成了節(jié)能型全自動(dòng)空調(diào)微機(jī)控制系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行表明：該系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)能30%,并可做到無人管理和全年全自動(dòng)運(yùn)行，能保證處于節(jié)能狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試在JEDIview開發(fā)平臺(tái)下完成，特別是軟件效能分析儀為解決程序代碼瓶頸提供了很好的工具。