LonWorks网络型风机盘管控制器的设计研究

摘要：本文基于LonWorks控制网络技术，根据温度控制器设计的要求，使用Neuron C编程语言进行智能节点开发设计，以实现温度的采集、风机和水阀的自动运行控制，以及实现室内无人延时停机等功能的运行控制，从而达到系统整体运行节能的目的。

关键词：LonWorks；风机盘管控制器；节能

引言

目前我国的大部分中央空调系统，都普遍存在着高能耗的问题。在传统的中央空调系统的末端设备--风机盘管温度控制器的实际使用中，由于技术相对比较落后导致管理水平偏低，从而造成较大的能源浪费。按我国住建部的有关要求，建筑中央空调系统室内设定温度不应低于26℃，但在实际应用中，这样的规定完全依靠用户自觉执行，基本上无法实现。在现实生活中，有些场所房间内空无一人，但是空调还是在运行着；在一些办公楼由于职员的疏忽忘记关空调，造成风机盘管昼夜运行；有时甚至在空调运行的同时打开了房间的外窗。因此，采用先进的控制技术来改善上述问题是十分必要的。

针对上述问题，我们基于空调系统的运行控制管理进行深入研究，研究基于LonWorks网络控制技术的智能温控节点，进行温度控制器的开发与调试。设计的目的就是充分考虑上述缺陷，选择开发具有网络控制功能的风机盘管控制器，可以通过远端管理平台实现对风机盘管的统一管理运行控制，有效解决由于温度设定不合理而导致运行能耗过高的缺陷。

1.控制方案及原理

此温度控制器是基于LonWorks网络控制技术，在现有的风机盘管温度控制器的基础上进行设计开发的。

本LonWorks网络型温度控制器系统框架如下图所示：

中央控制器通过控制节点经网络把设定的数据（最小设定温度）传递给空调系统末端的风机盘管温度控制器，末端控制器根据这些数据自动控制风机盘管的运行。例如：中央控制器通过网络将最小设定温度26℃发送给系统末端的风机盘管温度控制器，那么整个空调末端系统的温度控制器设定的温度都不会低于26℃。

当前的温度控制器风机三档速度、冷水阀的起停以及系统的起停都需人工调节，且没有显示当前温度和设定温度的装置。

本温度控制器的设计具有以下功能：

（1）.接收由中央控制器经网络提供的最低可设定温度；

（2）.采集温度并显示，温度采集精度为0.5℃，显示分辨率为0.5℃；

（3）.采用LED显示温度，正常运行时显示当前温度值，设定温度时显示温度设定值，并有设定风机运行状态的显示（高速、中速、低速、自动四种状态）；

（4）.采用按键设定温度值（增、减按键，步进值为1℃）以及风机运行模式（单按键设定高速、中速、低速、自动，循环设定）；

（5）.手动设定温度时，LED显示设定温度并闪烁，所设定的温度不低于网络提供的最低可设定温度；

（6）.在自动模式情况下，冷水阀开启时，风机的运行速度根据当前温度自动调整，当前温度不高于设定温度2℃时为低速，在2～4℃之间为中速，高于4℃时为高速；当当前温度低于设定温度时，风机和冷水阀都关闭；当当前温度高于设定温度0.5℃时冷水阀开启，风机低速；当当前温度等于设定温度时，冷水阀关闭，风机低速。

（7）.人员检测感应器检测到室内没有人员活动时，隔一段时间后会自动关闭；当检测到有人员活动时，隔一段时间自动开启。

2.控制器的硬件开发

根据温度控制器设计的要求，采用Neuron3150芯片；LED显示采用显示驱动及键盘扫描管理芯片ZLG7290，它与Neuron 芯片之间采用I2C 总线进行通讯；温度采集采用数字式温度传感器DS18B20，它支持Dallas触摸（Touch单总线）接口，遵循单线（1-Wire）协议，可以与处理器进行双向数字通信，是一种使用起来非常方便的温度传感器，且自动采集温度后内部进行A/D转换，就无需再外接A/D转换器，在电路中需外接一个上拉电阻，需要漏极开路。

控制器电路总体框架图如下图所示：

图中由于IO0～IO3能承载20mA的大电流，所以在电路中就定义IO0～IO3端口分别为“Valva、Low、Mid、Hig”LED灯；IO4～IO7内部有上拉电阻，就无需再外接上拉电阻，所以在电路中就定义IO5～IO7端口分别为“+、-、MODE”按键、IO4作为单总线（Touch）I/O端口；IO8作为I2C总线中的SLC端口，IO9作为SDA端口；IO10作为占位传感器I/O端口。

3.控制器的软件开发

Neuron C是专门为Neuron 芯片设计的编程语言，若用汇编语言或标准C语言就相对比较复杂。它是从ANSI C中派生出来的，对ANSI C的扩展直接支持Neuron 芯片的固件，使之成为开发LonWorks应用的强有力工具。

在程序中用到Neuron C的两条编译指令，即#pragma num_alias_table_entries 15和#pragma enable_io_pullups，作用分别为帮助用户为别名表分配E2PROM的空间和使内部引脚IO4～IO7本身非使能的上拉电阻使能。

中央控制器与空调的末端风机盘管温度控制器的通讯则是通过定义Neuron C中的输入与输出网络变量来实现的。在网络安装时只有借助LonBuilder管理器或LonMaker安装工具才能完成网络变量的连接。如下图所示：

在Neuron C中的软件定时器是由软件实现的定时器，即有秒定时器和毫秒定时器两种软件定时器。程序中Sample_timer=0，表明采样定时器被关闭；stimer repeating Sample_timer=2；表示启动秒定时器且初值为2秒。

在程序中设定软件定时器，所实现的功能为：当定时器时间到（定时器时间溢出）时，自动跳到定时器任务，执行该when事件。

when子句有预定义事件和用户定义事件两种事件类型。程序中timer_expires、reset、io_changes、nv_updata_occurs即为预定义事件，用户定义事件可以是任意有效的Neuron C表达式。

通过上述的叙述，Neuron 芯片固件调度程序的基本功能就一目了然了。软件设计总体框架流程图如下图所示：

5.结束语

LonWorks网络型风机盘管温度控制器的开发可以有效地解决现有的风机盘管温度控制器存在的一些缺陷：

1、中央控制器通过网络将最小可设定温度发送给中央空调系统的末端温度控制器，限制了末端温度控制器的最小设定温度，从而符合国家有关规定，并实现了节能运行；

2、新增了人员检测功能，使得空调系统运行更加人性化，避免由于人员疏忽而造成能源的浪费。

3、温度控制器根据室内温度自动调节风机的运行速度和冷水阀开闭状态，既实现了节能运行，又提高了舒适性。

本设计的风机盘管温度控制器系统，与现有的风机盘管温度控制器相比，在自动控制方面有一定的提高，实现了统一运行，统一管理，可满足空调系统运行节能的要求，又提高了舒适性。若将此温度控制器应用于实际工程中，可能初投资比目前的风机盘管控制器的稍大一些，但是从长远利益来看，由于能够节约运行成本，预计投资效益还是比较显著的。

参考文献

[1] 杨育红 《LON网络控制技术及应用》[M] 西安电子科技大学出版社，1999.

[2] 杨育红 《LON网络程序设计》[M] 西安电子科技大学出版社，2001.