基于无线通信技术的热泵供热控制系统的研究

薛蕊

摘要：节能环保是现今社会发展的重要主题，并有更多的新技术得到了开发与应用。其中，热泵技术是目前较为新兴的制热技术，具有高效、免维护以及节能等优点。在文章中，将就基于无线通信技术的热泵供热控制系统进行一定的研究。

关键词：无线通信技术；热泵供热；控制系统

一、引言

供热是建筑建设中的重要工作内容，只有实现供热的稳定性，才能够对建筑居民的居住要求进行实现。在传统建筑的供热方式中，其仅仅是对整个建筑进行供热，不仅不能够单独实现单独的房间温度控制，且不能够实现温度的及时调整。而随着近年来我国科学技术的发展，对该类问题的解决提供了可能。通过无线技术的应用，则能够以无线控制的方式对热泵供热实现控制，在根据人们意愿对温度进行控制的同时对人们的居住需求进行满足。

二、无线网络控制系统设计

（一）系统结构

在该无线控制系统中，其可以分为两个模块：无线集控器以及温控器模块。其中，无线温控器同无线网络终端节点设备相对应，通过温度传感器的应用对室内温度进行检查，在做好设定值温度的相关运算之后，通过无线传输模块的应用对信息进行传输，使其能够发送到系统的控制模块当中。而当控制模块对相关的信息完成接收之后，则会向外围设备对控制指令进行发挥，以此对室内温度的控制功能进行实现。无线集控器方面，则同网络的协调器节点相对应，在实际应用中，无线路由设备将对室内温度信息进行发出，这部分信息在通过RS232传输到计算机之后由其对相关数据实现处理。同时，在计算机以及电控板模块间，也通过串口的方式进行连接，在对PC发出命令进行接收的同时对热泵机组的运行进行控制。

（二）硬件设计

硬件设计方面，无线集控器以及温控器分部隶属于不同的功能设计，对此，各自在硬件设计基础上面也具有较大的不同。节点设计方面，主要由无线通信、电源模块、微控制器以及数据采集等模块组成。在该系统中，无线节点可以说是非常重要的一项内容，其运行的稳定与否将直接对网络的可靠运行产生影响，对此，就需要保证其能够具有可靠、简单的特征。在本系统中，对Atemga128L芯片进行了应用，能够在对相关数据进行存储、处理的同时做好数据的发送。射频方面，使用的为CC2420芯片，对系统的网络通信功能进行实现，即对于数据的收发以及采集。电源模块的功能则是对模块能量进行提供与管理，保证能源应用的最大化。

（三）软件设计

在该系统中，其主程序可以分为三个部分，即不同节点类型的配置以及应用源文件、协议栈源程序以及其他文件类型。源文件方面：第一，SymboTime.c，为系统定时器中断以及时间设定功能；第二，Zapl.h，即协议栈对应用层所提供的接口类型文件，是该程序中的协议栈源文件；第三，zAPS.c.h，为系统APS层的协议源文件。应用源文件方面：第一，RFD.c、Router.c，为系统不同类型节点的应用源文件；第二，myZigBee，为节点能量、简单、网络模式以及定义节点描述符的值；第三，ZigBee.def，其中对节点的基本信息常量进行了定义，如节点类型、节点地址以及其波特率等。其他源文件方面：第一，Compile.h，编译器相关定义；第二，Console.c.h，串行接口代码；第三，Generic.h，部分类型以及常量定义。

在该系统实际设计中，在对不同ZigBee节点进行开发时，都严格对以下步骤进行了遵循：第一，对需要应用的配置文件进行确定；第二，对应用端口结构进行确定；第三，对应用工程目录进行建立，将同本工程具有联系的协议栈文件放入到该目录当中；第四，对基于设备设置、端口类型以及设备类型的文件进行创建；第五，对主程序进行编写。在该环节中，首先对协议栈、硬件以及其他变量进行初始化，之后，使全局在终端的情况下进入到无限循环当中，对ZigBeeTasks子程序进行执行，根据执行过程对原语状态进行改变，并在进入到不同协议栈层级中对相应的操作进行执行。

三、热泵机组设计

（一）机组控制过程

对于热泵技术来说，其基于逆卡诺循环处理，可以说是一种能量提升装置，能够以此使热量从较低的温度对较高温度的物体进行传递，即在从周围环境对热量进行吸取后向对象进行传递。在该研究中，通过空气源热的方式对供暖进行实现，对于该热水器设备来说，在卡诺循环原理的基础上通过压缩机对做功进行实现，使热媒因此产生气-液-气的物理相变，并在该种循环的过程中对放热以及吸热进行实现，在对空气中存在的热能进行吸取的同时使冷水逐步升温。

（二） 机组采集系统设计

1. 硬件设计

在本研究的采集系统中，将AD7793作为ADC模块，具有着低噪音以及低功耗的特点，能够较为完整的实现前段模拟，其中，具有一个低噪音特征的AD，具有3个差分模拟，并通过低噪音仪表放大器的继承能够对信号的直接输入进行实现，非常适合应用在高精度测量工作当中。同时，其内部具有着低漂移、低噪声的基准电压源，且能够对外部差分基准电压进行采用，其他特性方面，则具有着熔点电流、可编程激励电流等。AD7793在运行中，能够对外部时钟以及内部时钟工作进行应用，且能够通过软件编程的方式对输出数据进行设置，即在4.18Hz至460Hz间调整。同时，其能够对2.5V电压进行提供，以此对相关数据传输的可靠以及精确性进行了保证，同时，该系统以两片模拟开关的应用对信号采集的多通道进行了实现，并对采集通道进行了增加，能够对一片芯片对多组参数进行采集的要求进行了满足。

2. 软件设计

软件方面，通过寄存器读写命令的应用，则能够对相关数据从AD7793中的写入以及读出进行实现。在数据读写方面，即通过通信寄存器的读写配置对其进行实现，在该过程中，移位寄存器是非常重要的一个环节，相关数据需要在其中对控制以及转换功能进行实现。而在实际开展读写之前，也需要做好寄存器的配置工作，在对指令进行写入之后，需要及时做好24位数据的跟进，之后对24个连续的串行始终脉冲进行跟进。

（三）电子膨胀阀PID控制

1. 性能研究

在本文的系统设计中，节流元件为电子膨胀阀，对于该设备来说，其在应用中能够对制冷剂进入到设备的量进行控制，可以说直接关系实际系统的制冷效果。虽然热力膨胀阀作为一种节流元件类型在现今系统中得到了较多的应用，但电子膨胀阀同其相比具有更多的优势：第一，其动作速度更快，仅仅需要几秒钟就能够实现从关闭到全部打开的操作，且在运行中不存在过热度问题；第二，对低温度具有较好的适应性，而对于热力膨胀阀来说，如果其所处的环境温度较低，其感温介质在压力变化方面则逐渐减小，并因此对其调节性能产生了较大的影响。同其相比，电子膨胀阀在较低的温度环境下也能够以快速、准确的方式进行过热度变化，进而实现流程的科学调节；第三，其过热度设定值可以调整，能够根据实际需求对相应的设定值进行改变。

2. 硬件设计

通过对电子膨胀阀的控制，也就是对步进电机控制的实现。对于电子膨胀阀来说，其由传感器、控制器以及执行器这几部分组成，即先对传感器采集获得的数据进行计算，在处理完成后向电控板对控制指令进行发出，之后再由电控板经驱动电路向电子膨胀阀输出电信号来驱动电子膨胀阀动作。在本系统中，所使用的驱动电路为MAX504，具有低功耗的特征，在上电过程中，其内部DAC将复位为0，而当CLR处于低电平状态时，寄存器也将置0。在实际设计中，可以将BIPOFF同AGND实现连接，在将RFB同VOUT进行连接的同时配置成增益为2的模式，在该模式下，MAX504不仅能够以单电源的方式开展工作，也可以双电源同时完成工作任务。

四、结语

在上文中，我们对基于无线通信技术的热泵供热控制系统进行了一定的研究，需要在实际设计中能够把握重点，更好的发挥系统功能。

参考文献：

[1]郭建广，贾进滢，黄建刚，黄勇.基于无线传感器网络的环境温度监测系统设计[J].湖北民族学院学报（自然科学版），2010（03）.

[2]刘伟锋，刘俊红.双热源太阳能热泵在住宅建筑应用技术研究[J].建筑节能，2010（08）.

[3]朱斌，唐勇，谭勇，夏锴.基于ZigBee的工控网数据采集传输系统设计[J].化工自动化及仪表，2010（04）.

（作者单位：大唐保定供热有限责任公司）