摘　要：根据温湿度独立控制空调系统的控制原理，设计选择性控制系统。探讨选择性控制系统的硬件设计、控制流程、软件设计。

关键词：温湿度独立控制  空调系统  选择性控制

Design of Selective Control System for Independent Temperature and Humidity Control Air-conditioning System

Abstract：According to the principle of independent temperature and humidity control air-conditioning system，a selective control system is designed．The hardware design，control flow path and software design of the selective control system are discussed．

Key words：independent temperature and humidity control；air-conditioning system；selective control

温湿度独立控制空调(Temperature-humidity Independent Control Air Conditioning)是由我国学者率先倡导，并在国内外得到应用的一种空调系统。与常规空调系统相比，温湿度独立控制空调系统采用两套独立的系统，分别调节室内温湿度，避免了常规空调系统热湿联合处理带来的能量损失。可满足不同区域或同一区域不同房间热湿比不断变化的要求，克服了常规空调系统难以同时满足温湿度参数的局限，避免了室内空气相对湿度过高(或过低)的现象^[1-3]。然而温湿度独立空调系统过渡季节的应用有限、受地域条件影响较大、系统复杂、温湿度难以同时满足人体舒适度要求，因此应用还不太广泛。本文以室内温度作为优先控制目标，对温湿度独立控制空调系统的选择性控制系统进行设计。

1　瀑湿度独立控制空调系统原理

温湿度独立控制空调系统原理见图1。温湿度独立控制空调系统包括温度控制系统、湿度控制系统。温度控制系统采用水作为载冷(热)介质，末端装置可采用辐射地板(墙)、干式风机盘管。由于夏季采用高温冷源，因此不存在换热面结露的问题，卫生条件较好。湿度控制系统由新风机组、末端装置(可选择置换通风口、个性化通风口等)组成，主要用于控制室内空气相对湿度，改善室内空气质量。

2　选择性控制系统设计

2．1　总体设计

选择性控制系统的设计思路是在优先保证室内温度达到预设值的前提下，调节室内空气相对湿度以最大限度地降低空调系统能耗。温湿度传感器实时测量室内空气的温湿度，并通过串行接口将温湿度信号传至单片机，单片机将接收到的温湿度信号与内部预置及计算的温湿度范围进行比较判定，并将实时温湿度信号通过通信接口上传至上位机显示。在单片机比较判定结束后，将控制信号传递给继电器，继电器通过控制执行机构在优先满足室内温度需要的前提下，进行室内空气相对湿度调节^[4]。选择性控制系统的总体设计见图2。

2．2　硬件设计

硬件包括判定系统、通信系统、执行机构。温度传感器、温湿度传感器结合单片机构成一个判定系统，进行温湿度的测定和是否符合预置及计算范围的判定。MAX232芯片与单片机连接同时与上位机内部的执行RS232协议的接口连接，构成联系上位机、单片机的通信系统。根据单片机的控制信号，执行机构在优先满足室内温度需要的前提下，进行室内空气相刘+湿度调节。

①单片机

STC89C52型单片机是由STC公司生产的一种低功耗、高性能产品。采用ATMEL高密度非易失储存器技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出引脚兼容。单片机核心电路见图3。主要引脚功能：XTALl、XTAL2引脚为晶振接口，RST引脚为上电复位接口，P0系列引脚为上拉电阻接口，P21引脚为DHTll型温湿度传感器接口，P22引脚为DSl8820型温度传感器接口，URXD、UTXD引脚为与上位机的通信接口，其他引脚为备用。

②温度传感器

DSl8820型温度传感器是由美国DALLAS公司生产的单总线数字式智能温度传感器，测温范围为-55～125℃，具有独特单总线(地址线、数据线、控制线合为一条信号线)接口方式，仅需要一根信号线就可以与STC89C52型单片机连接，实现双向通信。DSl8820型温度传感器与单片机的连接见图4。引脚1为地线接口，引脚2为数据通信线接口，引脚3为5 V电源线接口。

③温湿度传感器

DHTll型温湿度传感器(由于其测温范围较窄，精度欠佳，因此选择性控制系统只利用其测相对湿度功能)是一款含有已校准数字信号输出的单总线制温湿度传感器。DHTl l型温湿度传感器包括1个电阻式感湿元件、1个NTC测温元件^[5]。测量范围：相对湿度20％～90％，温度0～50℃。DHTll型温湿度传感器与单片机的连接见图5。引脚1为地线接口，引脚2为数据通信线接口，引脚3为电源线接口。

④MAX232芯片

MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用5V单电源供电。通过MAX232电平转换芯片将单片机TTL电平转换为RS232电平，实现单片机与上位机的串行通信^[4]。MAX232芯片电路见图6。MAX232芯片的Tl in、Rl out引脚与单片机连接，Rl in、Tl out引脚与Jl(与上位机的串行接口)连接，其他引脚为一般常见接法。

⑤执行机构

执行机构由阀门控制器、比例调节阀(温度比例调节阀、相对湿度比例调节阀)组成。执行机构是由单片机的I／O口控制，当判定系统认定室内温湿度不符合设定的温湿度要求后，判定系统将向执行机构发出动作命令，由阀门控制器控制两种比例调节阀的相对开度，从而实现室内温湿度的调节。

2．3　控制流程

温度传感器和温湿度传感器在设定时间(1s)逐时测量室内温湿度，单片机以判断温度是否符合设定的理想温度范围为优先级，如果超过温度范围，则判断为温度不符合要求，执行机构首先调节温度比例调节阀使温度达到设定的温度范围。而后根据设定的温湿度数学关系，通过单片机计算出经过调节后的温度所对应的相对湿度，若实际室内空气相对湿度超出计算值，则判断为室内相对湿度不符合要求，执行机构将调节湿度比例调节阀使室内相对湿度达到计算值。

当选择性控制系统进入温湿度调节状态后，系统仍然实时采样当前的温湿度信号，根据当前的反馈电压信号计算当前阀门的相对开度，当系统检测到实时的温湿度数据已经达到设定范围时，系统自动维持此时阀门的相对开度。整个系统初始化后，重新进入正常工作状态^[6]。

2．4　软件设矿

①主控制程序

主控制程序是控制和管理的核心，主要完成在选择性控制系统上电后进行中断处理操作的初始化。初始化主要完成对温湿度的设定和检查各元件的中断禁止，并断开电源。初始化完成后，系统将开始正常运行，并进行温湿度检测、比较、调节等操作，并将检测数据上传至上位机显示。

②上位机软件

上位机可以方便地实现与单片机之间的交互，实现操作可视化，更加直观，便于实现保存数据等功能。上位机软件采用Visual Basic 6．0编写。上位机软件界面见图7。在上位机的逻辑处理中，可以参照不同的要求，对温湿度的处理时间步长进行人为设定。步长越小，调控越精密，越准确。反之，步长越大，调控较为粗略，但仍可以在人体的舒适范围内。

3　结语

选择性控制系统通过温湿度传感器测得室内实时温湿度后，优先满足室内温度需求，通过与单片机计算的相对湿度范围进行比较，以最优化调节室内空气相对湿度的控制逻辑运行，避免相对湿度的过度调节造成的能源浪费。

参考文献：

[1]刘晓华，李震，江亿．溶液全热回收装置与热泵系统结合的新风机组[J]．暖通空调，2004，34(11)：98-102．

[2]青青云，沈晋明，何婧．辐射供冷加新风系统适用场所与运行控制策略[J]．煤气与热力，2008，28(11)：Al9-A22．

[3]刘海，付祥钊．新风与地板辐射联合供冷系统的设汁研究[J]．煤气与热力，2012，32(2)：A23-A26．

[4]唐述宏．单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计[J]．国外电子元器件，2004(4)：21-24．

[5]冯显英，葛荣雨．基于数字温湿度传感器SHTll的温湿度测控系统[J]．自动化仪表，2006(1)：59-61．

[6]高云，黄腾，林宁．基于单片机的汽车油门选择性制动控制系统[J]．中国水运，2009(10)：141-143．

本文作者：郭 睿  曾诚  陈文华  邓 国  郑 洁

作者单位：重庆大学城市建设与环境工程学院

  重庆大学自动化学院