基于嵌入式系统的智能水循环控制装置研究

李棚+陈醇+宋成章+黄晓东

摘要：随着中国节能标准不断的提高和能源消耗的增加，制冷装置的耗能引起了广泛重视。本文针对制冷装置的耗能与智能化进行了调研。利用水比热容值大的特性设计水循环控温装置，并且使该装置通过物联网获取使用地天气信息，从而对使用环境的温度进行智能调节；在控制系统上利用PID算法实现对水流和风扇的转速以及冷凝器工作的面积进行控制，从而使室内温度维持在限定范围内。

关键词：物联网 智能调节 PID算法

中图分类号：TE683 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0030-02

传统的制冷空调制冷原理是通过压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的液态氟利昂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为中温中压的液态氟利昂。尽管这些方法对制冷的效果能够实现，但是在技术不断革新潮流中，相继出现了其它的制冷方式，在此，设计的控温方式是利用水的特性来实现控温效果，这不仅能够控制能耗，使能量利用率最大化；该种装置可通过连接互联网获取天气信息，以该信息为主，通过算法可以实现全天候对装置内的风扇的转速、水流、以及冷凝器工作面积调控，从而达到节能的目的。

1 装置组成

该装置组成部件主要是由可控电机、冷凝器、毛细导管、水箱、感应元器件、网络设备等组成，各部件之间用毛细导管连接，形成一个封闭的循环系统。通过电机使导管内管的制冷液送到扇热器，通过扇热器上的风扇把箱内的低温“吹”在的室内，而达到控温效果。

2 制冷模式

如图1所示，该控温系统采用的是可选择循环控温系统，可根据对本地区的气温变化或室内温度变化进行调控，根据室温变化幅度可进行并列式控温方式，将控温效果达到最大化；同样当室温变化幅度达到平衡时，可以降低运行速率，这样使能耗保持在有效范围内，其优势是能够控制能耗，使能量利用率达最高。

3 其制冷系统程序控制流程图

如图2所示制冷装置工作的流程，根据分析该制冷可分为制冷模式、睡眠模式、自然风模式、温度测量，其中温度测量与其他三种模式相互结合，时刻向外展示室内温度变化趋势。

4 装置优点

物联网：在水循环制冷系统装置设置一个网络接口，可以连通网络，通过互联网得知相关天气信息预先在装置的控制系统中将天气状况以数据化处理，并及时预报和控制控温量。其优势是可以根据天气的情况实现时刻智能化控温释放量，从而达到有效降低能耗，在控温方面上可利用PID算法来实现智能化。

5 PID算法（PID控制器）

实现智能化，通常采用PID算法实现对温度高效的控制，所谓的PID分别指的是P（偏差比例）、I（积分）、D（微分）进行控制的PID控制器是一种自动控制器。PID控制器=P+I+D，也就是说把微分、积分、比例三种特定作用相互结合起来，而产生一个新的方程，这就是PID算法的核心。其算法组成部分如表1所示。

为了进一步改善调节器的工作性能，可以把微分、积分、比例三种特定作用相互结合起来，而产生一个有智能意义的方程，这就是PID调节器的核心。其理想PID微分方程为：

其PID调节器对阶跃响应特性曲线图，如图3所示。

可根据其数学模型，在该制冷装置上进行实验测试，并将测试的结果显示出来。该图显示的是在某一时间段内，通过限定制冷所要达到温度范围后，装置所自动进行制冷的效果图，在这里0～T0时表示的在控制下所达到制冷温度范围的反应时间和温度变化。这些都符合设计要求。其测试的结果由图1显示。

6 结语

本文对嵌入式基础上的智能化控制水循环制冷系统装置进行了分析与设计，建立了数学模型，对空调在市场上的情况做了相关的调查，对空调主要制冷剂进行相关的分析；对水循环制冷系统的工作原理及其可行性进行阐述。

参考文献

[1]王述彦，师宇，冯忠绪.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].机械科学与技术，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建宁，张胜.数字PID控制技术在多功能真空离子镀膜设备中的应用[J].真空电子技术，2010，（6）：P59-63.

[3]李建兴，涂光备，涂岱听.多泵并联水系统的技术经济分析[J].流体机械，2004，32（10）：P38-41.

[4]杨晓平.暖通空调优化控制技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2005.

[5]宋晓辉，王兴武，任宗艳，等.循环水系统的优化设计[J].中国给水排水，2004，20（12）：P67-69.

摘要：随着中国节能标准不断的提高和能源消耗的增加，制冷装置的耗能引起了广泛重视。本文针对制冷装置的耗能与智能化进行了调研。利用水比热容值大的特性设计水循环控温装置，并且使该装置通过物联网获取使用地天气信息，从而对使用环境的温度进行智能调节；在控制系统上利用PID算法实现对水流和风扇的转速以及冷凝器工作的面积进行控制，从而使室内温度维持在限定范围内。

关键词：物联网 智能调节 PID算法

中图分类号：TE683 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0030-02

传统的制冷空调制冷原理是通过压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的液态氟利昂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为中温中压的液态氟利昂。尽管这些方法对制冷的效果能够实现，但是在技术不断革新潮流中，相继出现了其它的制冷方式，在此，设计的控温方式是利用水的特性来实现控温效果，这不仅能够控制能耗，使能量利用率最大化；该种装置可通过连接互联网获取天气信息，以该信息为主，通过算法可以实现全天候对装置内的风扇的转速、水流、以及冷凝器工作面积调控，从而达到节能的目的。

1 装置组成

该装置组成部件主要是由可控电机、冷凝器、毛细导管、水箱、感应元器件、网络设备等组成，各部件之间用毛细导管连接，形成一个封闭的循环系统。通过电机使导管内管的制冷液送到扇热器，通过扇热器上的风扇把箱内的低温“吹”在的室内，而达到控温效果。

2 制冷模式

如图1所示，该控温系统采用的是可选择循环控温系统，可根据对本地区的气温变化或室内温度变化进行调控，根据室温变化幅度可进行并列式控温方式，将控温效果达到最大化；同样当室温变化幅度达到平衡时，可以降低运行速率，这样使能耗保持在有效范围内，其优势是能够控制能耗，使能量利用率达最高。

3 其制冷系统程序控制流程图

如图2所示制冷装置工作的流程，根据分析该制冷可分为制冷模式、睡眠模式、自然风模式、温度测量，其中温度测量与其他三种模式相互结合，时刻向外展示室内温度变化趋势。

4 装置优点

物联网：在水循环制冷系统装置设置一个网络接口，可以连通网络，通过互联网得知相关天气信息预先在装置的控制系统中将天气状况以数据化处理，并及时预报和控制控温量。其优势是可以根据天气的情况实现时刻智能化控温释放量，从而达到有效降低能耗，在控温方面上可利用PID算法来实现智能化。

5 PID算法（PID控制器）

实现智能化，通常采用PID算法实现对温度高效的控制，所谓的PID分别指的是P（偏差比例）、I（积分）、D（微分）进行控制的PID控制器是一种自动控制器。PID控制器=P+I+D，也就是说把微分、积分、比例三种特定作用相互结合起来，而产生一个新的方程，这就是PID算法的核心。其算法组成部分如表1所示。

为了进一步改善调节器的工作性能，可以把微分、积分、比例三种特定作用相互结合起来，而产生一个有智能意义的方程，这就是PID调节器的核心。其理想PID微分方程为：

其PID调节器对阶跃响应特性曲线图，如图3所示。

可根据其数学模型，在该制冷装置上进行实验测试，并将测试的结果显示出来。该图显示的是在某一时间段内，通过限定制冷所要达到温度范围后，装置所自动进行制冷的效果图，在这里0～T0时表示的在控制下所达到制冷温度范围的反应时间和温度变化。这些都符合设计要求。其测试的结果由图1显示。

6 结语

本文对嵌入式基础上的智能化控制水循环制冷系统装置进行了分析与设计，建立了数学模型，对空调在市场上的情况做了相关的调查，对空调主要制冷剂进行相关的分析；对水循环制冷系统的工作原理及其可行性进行阐述。

参考文献

[1]王述彦，师宇，冯忠绪.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].机械科学与技术，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建宁，张胜.数字PID控制技术在多功能真空离子镀膜设备中的应用[J].真空电子技术，2010，（6）：P59-63.

[3]李建兴，涂光备，涂岱听.多泵并联水系统的技术经济分析[J].流体机械，2004，32（10）：P38-41.

[4]杨晓平.暖通空调优化控制技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2005.

[5]宋晓辉，王兴武，任宗艳，等.循环水系统的优化设计[J].中国给水排水，2004，20（12）：P67-69.

摘要：随着中国节能标准不断的提高和能源消耗的增加，制冷装置的耗能引起了广泛重视。本文针对制冷装置的耗能与智能化进行了调研。利用水比热容值大的特性设计水循环控温装置，并且使该装置通过物联网获取使用地天气信息，从而对使用环境的温度进行智能调节；在控制系统上利用PID算法实现对水流和风扇的转速以及冷凝器工作的面积进行控制，从而使室内温度维持在限定范围内。

关键词：物联网 智能调节 PID算法

中图分类号：TE683 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0030-02

传统的制冷空调制冷原理是通过压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的液态氟利昂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为中温中压的液态氟利昂。尽管这些方法对制冷的效果能够实现，但是在技术不断革新潮流中，相继出现了其它的制冷方式，在此，设计的控温方式是利用水的特性来实现控温效果，这不仅能够控制能耗，使能量利用率最大化；该种装置可通过连接互联网获取天气信息，以该信息为主，通过算法可以实现全天候对装置内的风扇的转速、水流、以及冷凝器工作面积调控，从而达到节能的目的。

1 装置组成

该装置组成部件主要是由可控电机、冷凝器、毛细导管、水箱、感应元器件、网络设备等组成，各部件之间用毛细导管连接，形成一个封闭的循环系统。通过电机使导管内管的制冷液送到扇热器，通过扇热器上的风扇把箱内的低温“吹”在的室内，而达到控温效果。

2 制冷模式

如图1所示，该控温系统采用的是可选择循环控温系统，可根据对本地区的气温变化或室内温度变化进行调控，根据室温变化幅度可进行并列式控温方式，将控温效果达到最大化；同样当室温变化幅度达到平衡时，可以降低运行速率，这样使能耗保持在有效范围内，其优势是能够控制能耗，使能量利用率达最高。

3 其制冷系统程序控制流程图

如图2所示制冷装置工作的流程，根据分析该制冷可分为制冷模式、睡眠模式、自然风模式、温度测量，其中温度测量与其他三种模式相互结合，时刻向外展示室内温度变化趋势。

4 装置优点

物联网：在水循环制冷系统装置设置一个网络接口，可以连通网络，通过互联网得知相关天气信息预先在装置的控制系统中将天气状况以数据化处理，并及时预报和控制控温量。其优势是可以根据天气的情况实现时刻智能化控温释放量，从而达到有效降低能耗，在控温方面上可利用PID算法来实现智能化。

5 PID算法（PID控制器）

实现智能化，通常采用PID算法实现对温度高效的控制，所谓的PID分别指的是P（偏差比例）、I（积分）、D（微分）进行控制的PID控制器是一种自动控制器。PID控制器=P+I+D，也就是说把微分、积分、比例三种特定作用相互结合起来，而产生一个新的方程，这就是PID算法的核心。其算法组成部分如表1所示。

为了进一步改善调节器的工作性能，可以把微分、积分、比例三种特定作用相互结合起来，而产生一个有智能意义的方程，这就是PID调节器的核心。其理想PID微分方程为：

其PID调节器对阶跃响应特性曲线图，如图3所示。

可根据其数学模型，在该制冷装置上进行实验测试，并将测试的结果显示出来。该图显示的是在某一时间段内，通过限定制冷所要达到温度范围后，装置所自动进行制冷的效果图，在这里0～T0时表示的在控制下所达到制冷温度范围的反应时间和温度变化。这些都符合设计要求。其测试的结果由图1显示。

6 结语

本文对嵌入式基础上的智能化控制水循环制冷系统装置进行了分析与设计，建立了数学模型，对空调在市场上的情况做了相关的调查，对空调主要制冷剂进行相关的分析；对水循环制冷系统的工作原理及其可行性进行阐述。

参考文献

[1]王述彦，师宇，冯忠绪.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].机械科学与技术，2011，30（1）：P166-172.

[2]公建宁，张胜.数字PID控制技术在多功能真空离子镀膜设备中的应用[J].真空电子技术，2010，（6）：P59-63.

[3]李建兴，涂光备，涂岱听.多泵并联水系统的技术经济分析[J].流体机械，2004，32（10）：P38-41.

[4]杨晓平.暖通空调优化控制技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2005.

[5]宋晓辉，王兴武，任宗艳，等.循环水系统的优化设计[J].中国给水排水，2004，20（12）：P67-69.