基于WLAN与单神经元自适应的空调系统设计

近几年来，智能建筑(Intelligence Building)在我国得到了很大的发展。在智能建筑中，楼宇自控系统(Building AutomationSystem，BAS)占有主导地位，而在楼宇自控系统中空调控制系统扮演着极其重要的角色。本文针对目前空调系统中存在的布线施工周期长、有线网络缺少灵活性且人力物力资源消耗大等问题，结合实际课题，提出了WLAN技术代替原有的RS485总线及Lonworks总线等总线方案，将上位机和现场控制系统构成一个通过无线收发模块传送信息的集散系统，使之减少了布线的环节，增加了系统的灵活性，降低了安装费用，并获得了系统重新布置时的可移动性。针对温湿度大滞后性的特性以及目前传统PID控制难以满足快速性、无超调、无静差、抗干扰和鲁棒性强等多方面的要求，运用了单神经元自适应PID控制算法，改善系统的控制性能。

1 空调系统控制原理

控制原理：通过新、回风道内设置的温湿度传感器分别检测新风、回风的温湿度，经过单元控制器的计算比较，确定系统空气处理机的运行工况，并输出相应的信号控制新／回风及排风风阀的开度比例，并调节新回风混合比，达到节能的目的。在风道内设有防冻开关，当风温低于设定温度时，切断风机电路停止风机运行，并通过与新风入口风阀执行器的连锁，关闭新风阀。同时由现场控制器输出报警信号。本文主要研究的是对温湿度的控制问题。

2 硬件设计

本系统包括3大部分：主机(含数据库)，现场控制部分和WLAN控制部分，其中硬件设计包括WLAN控制模块的设计和现场控制器及其外围电路设计两部分。WLAN控制模块是该系统的核心部分，负责主机与控制器之间信息的传输。系统结构如图1所示。

现场控制部分由带串口(RS232或RS485接口)的控制器及其外围电路、温湿度传感器等组成，从传感器测得的相应数值将定期发送到无线控制模块交主控机处理。控制器采用PID等算法对空调末端组各种阀门进行控制，并负责各采样点的温湿度采样值的显示与上传。

现场控制器的设计主要包括：AT89S52单片机、输入、输出电路，4x4点阵键盘电路，存储器扩展电路，字符液晶或数码管显示电路，掉电保护电路及上下限保护电路等。其结构图如图2所示。

WLAN控制模块的设计：系统中采用ADAM4550无线调制解调模块作为中间数据采集器，ADAM-4550是一款新型直序扩频无线调制解调器。它在2.4 GHz ISM频段上工作，无须申请执照。它提供了可用于通讯的RS-232和RS-485接口，通讯速率可达到115.2 kbps。它使用1 Mbps的广播速率以半双工方式工作。调制解调器具有100 mW的输出功率。使用其背面的拉杆天线时，可以有150 m的有效传输距离。当使用研华提供的高增益外接支杆式天线时，它的通讯范围有可能超过20km(开阔空间)。

3 软件设计

根据系统功能要求，软件设计分为两部分：

现场控制器的软件设计主要由数据采集程序、初始化程序、算法控制运算程序、参数发送及显示程序、故障诊断报警程序等组成。软件功能为实时采集温湿度、设备报警、风机的工作状态等模拟、数字信号，根据控制算法通过控制新回风阀及冷热水的开度大小进行温湿度的控制。

主机控制软件包括数据库(用DELPHI编程)，温湿度查询、接收火盗警信号，然后进行相应处理后给下位机即现场控制器发出指令，并对数据进行存档和归表以便查询调用。

4 单神经元自适应PID算法控制

单神经元作为构成神经网络的基本单位，具有自学习和自适应能力，而且结构简单，易于计算。传统的PID调节器也具有结构简单，调整方便和参数整定与工程指标联系密切等特点。将两者结合，可以在一定程度上解决传统PID调节器对一些参数时变系统进行有效控制的不足。

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