基于單片機(jī)的機(jī)械通風(fēng)控制器設(shè)計(jì)

1、摘 要目前，國內(nèi)大部分住宅的室內(nèi)污染狀況堪憂。各種新型建筑材料、裝修材料、日用化學(xué)品進(jìn)入住宅成為室內(nèi)污染源；另外，空調(diào)的使用和普及使室內(nèi)通風(fēng)率比以前明顯下降，造成住宅室內(nèi)污染的累積，致使室內(nèi)的空氣質(zhì)量相對惡化。由于上述種種原因，造成我國大部分居住建筑的通風(fēng)狀況相對較差，基本上不能滿足我國民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。在自然通風(fēng)不能滿足需要的時候，往往可以通過機(jī)械通風(fēng)方式來改善室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣品質(zhì)。論文所研究的的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分利用室外環(huán)境條件，通過對建筑物室內(nèi)外溫度、濕度等的測量、比較、優(yōu)化，進(jìn)而控制送風(fēng)設(shè)備、排風(fēng)設(shè)備和窗及窗簾的狀態(tài)，配合并聯(lián)動空調(diào)的運(yùn)行，達(dá)到智能調(diào)節(jié)建筑物室

2、內(nèi)環(huán)境的目的，以此改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。本系統(tǒng)采用層次化、模塊化設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以單片機(jī)SST89E58RD2為核心，以JWSL2系列壁掛型溫濕度傳感器等作為測量元件，通過單片機(jī)與傳感器相連，采集并存儲傳感器的測量數(shù)據(jù)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示、超限語音報(bào)警和數(shù)據(jù)輔助存儲功能。單片機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)的中心，通過RS232RS485總線與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)將單片機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲和處理，供工作人員瀏覽、記錄和進(jìn)行相關(guān)處理。關(guān)鍵詞：空氣品質(zhì)、單片機(jī)、溫度、濕度、傳感器ABSTRACTAt p

3、resentmost of the domestic indoor pollution situations are wonhanxiousVarious new building materials，decoration materials and commodity ofchemical enter into indoor enviroment and become sources of pollutionIn addition，the use and popularity of air-conditioning decrease the indoor ventilation rateob

4、viously,resulting in the accumulation of residential indoor pollution and worseindoor air qualityFor all above these reasons，most of our countryS buildingventilating situations become relatively bad and cannot satisfy the requirements ofOUr countryS”Civil construction Indoor environment Contaminatio

5、n controlStandard”concemed basicallyUsually,we improve the indoor hot environment and the air quality through themachine ventilation when the natural ventilation callt meet the needsne indoorenvironment regulating system on which this paper study belongs to the area oftechnologyIt is a fhJl use of t

6、he outdoor environmental conditions through thesurvey、comparison、optimization of building indoor&outside temperature，humidity,and SO on,and then control ventilation equipments、the window and window curtainand air-conditionBy this process,the system Call achieve the purpose of regulatingbuilding

7、indoor environment intellectually and improve the indoor air qualityTIliS system USeS the hierarchization and modular design,the whole system iScomposed by the data acquisition system,the MCU control system and the computersupervisory systemThe system takes the MCU SST89E58RD2 as COreJWSL-2wallSerie

8、s of temperature and humidity sensors as a measuring device，capture and storethe sensor data through the connection between MCU and sensorsIn MCU system，we have to realize the data real time display、warning when beyond the limitedpronunciation and the data supplementary storage functionAs the center

9、 of computermonitoring system，MCU communicate with computer through RS232R$485 systembus and transmit the collected date to monitor computer1rtle monitor computer do therecording、memory and processing jobs for the data which MCU transmits，and thenthese data are supplied for the staff to browse，recor

10、d and related processKeywords： air quality，MCU，temperature，humidity，sensor 第1章 引言1.1 課題研究目的及其意義 1.項(xiàng)目的實(shí)施將提供有效的節(jié)能措施 ：項(xiàng)目的開發(fā)符合我國節(jié)約型社會的建設(shè)要求，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消費(fèi)需求大幅增加，能源供需矛盾突出，提高能源利用效率、改善能源環(huán)境己經(jīng)迫在眉睫。我國自1997年11月出臺中華人民共和國節(jié)約能源法開始，各省市也陸續(xù)推出了節(jié)能規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、條例和節(jié)能實(shí)施方案，從節(jié)能組織、節(jié)能責(zé)任、節(jié)能措施等多方面進(jìn)行實(shí)施，其中節(jié)能技術(shù)措施的推廣應(yīng)用是實(shí)

11、現(xiàn)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。 目前全國電力能源短缺現(xiàn)象己經(jīng)成為普遍性問題。各地政府及企事業(yè)單位紛紛想辦法節(jié)約能源，尤其是電能。普通老百姓也深刻體會到電力資源緊缺帶來的各種不便，節(jié)約電力資源成為社會的普遍共識。同時各地也都采取拉閘限電、峰低谷用電等措施來控制用電量，力求資源的充分利用。 在我國所有能耗中，建筑能耗所占的比例越來越大，占1/3以上，這還未包括那些工業(yè)非生產(chǎn)性建筑、通信機(jī)房與基站等無人值守的建筑。在建筑能耗中除必須的電氣設(shè)備能耗外，主要能耗均用在了改善環(huán)境方面。例如在智能建筑中的能耗中央空調(diào)占60%，照明、電梯等其它為40%;在通信機(jī)房與基站能耗中央空調(diào)所占的比例也很大，占

12、整個基站與機(jī)房電費(fèi)支出的54%左右。本控制系統(tǒng)就是針對減少這類建筑能耗而進(jìn)行的。 2.項(xiàng)目的實(shí)施符合智能建筑的發(fā)展趨勢 ：國家標(biāo)準(zhǔn)智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50314一2000)對智能建筑定義為“以建筑為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備(BA)、辦公自動化(OA)及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CA) ，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及它們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境”。智能化建筑需要達(dá)到的目的是最大限度地滿足使用者的舒適性、操作者的方便性、節(jié)能性、管理的高效性和信息化服務(wù)。 目前使用中央空調(diào)的建筑中，其中央空調(diào)的控制系統(tǒng)一般是對整棟建筑所有房間或?qū)δ硯?/p>

13、個劃分好的大區(qū)域內(nèi)所有房間進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)集中制冷和通風(fēng)，往往要熱都熱、要冷都冷，甚至無人的房間也相同。很難達(dá)到單個房間的人性化調(diào)節(jié)，造成很大的耗電損失和某種程度的不舒適性?？照{(diào)房間里面待久了，難免會有各種“空調(diào)病”，而最舒適的還是自然風(fēng)。 那些使用單體家用空調(diào)的建筑，在人員外出或睡眠時候由于對空調(diào)的運(yùn)行與停機(jī)和對溫濕度、新風(fēng)等的調(diào)節(jié)不能實(shí)現(xiàn)自動控制，空調(diào)不是處于停機(jī)狀態(tài)使室內(nèi)環(huán)境惡劣，就是處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)造成無謂的浪費(fèi)。 另外，通信基站機(jī)房在運(yùn)行時設(shè)備會散發(fā)出大量的熱能，由于通信設(shè)備對工作環(huán)境的要求較高，現(xiàn)有機(jī)房大多采用空調(diào)進(jìn)行機(jī)房溫度、濕度的制冷調(diào)節(jié)且機(jī)房空調(diào)大多被設(shè)

14、置為制冷18，或者自動24，而且部分地區(qū)是全年開啟浪費(fèi)的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。諸如此類的場所空調(diào)都不能根據(jù)季節(jié)、室外溫度等環(huán)境因素的變化而改變自身的工作狀態(tài)和啟動條件，不能遠(yuǎn)程設(shè)定空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)和啟動條件，更不能利用時外的環(huán)境條件來改善室內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，造成了較大的能耗損失。 空調(diào)若與其它的散熱、送風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)配合起來使用，節(jié)能的空間將是很大的，同時也給使用者營造了一個更加舒適的環(huán)境。本控制系統(tǒng)所研制的室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)就能很好解決室內(nèi)空氣品質(zhì)，較小能耗損失。 3.本控制系統(tǒng)的實(shí)施有助于加強(qiáng)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證和推廣力度 ：綠色建筑以節(jié)能為突破口，全面推進(jìn)節(jié)電、節(jié)水、節(jié)地、

15、節(jié)材，從整體上提升我國建筑的資源節(jié)約水平。本控制系統(tǒng)的時候?qū)⒂兄诟倪M(jìn)智能建筑的能耗衡量標(biāo)準(zhǔn)，使綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證具體化。 4改善家居室內(nèi)的空氣品質(zhì) ：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，越來越多的人開始注重的美觀和舒適，室內(nèi)裝修熱不斷的升溫，豪華裝飾越來越普遍。各種新型建筑材料、裝修材料日用化學(xué)品進(jìn)入住宅成為室內(nèi)污染源，但空調(diào)的使用和普及使室內(nèi)通風(fēng)率比以前明顯下降，造成住宅室內(nèi)污染的累積，致使室內(nèi)的空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化。 在自然通風(fēng)不能滿足需要的時候，往往可以通過機(jī)械通風(fēng)方式來改善室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣品質(zhì)。本文所論述的機(jī)械通風(fēng)方式不單純指廚房和衛(wèi)生間的短時排風(fēng)，而

16、是以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)為主要目的的通風(fēng)方式。 世界衛(wèi)生組織“健康住宅”標(biāo)準(zhǔn)的巧條里面有8條根室內(nèi)空氣質(zhì)量有關(guān)這些是提高生活品質(zhì)的主要標(biāo)志：節(jié)約能源，建筑節(jié)能是關(guān)系到我國可持續(xù)發(fā)展的必由之路。關(guān)著窗子要新風(fēng)，通風(fēng)還要不耗能，是國內(nèi)外解決建筑節(jié)能的一致目標(biāo)。 消除室內(nèi)環(huán)境污染，讓消費(fèi)者住上達(dá)標(biāo)房。近幾年，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量問題引發(fā)的業(yè)主和開發(fā)商之間的糾紛時有發(fā)生，成為社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)，社會要求制定相應(yīng)法律的呼聲日益高漲。室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)正式發(fā)布了我國第一部室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)號:GB/T18883一2002)正式發(fā)布，并于2003年3月1日正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)委以前發(fā)布的

17、民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范、10種室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成了一個比較完整的室內(nèi)環(huán)境污染控制和評價體系，為廣大消費(fèi)者解決室內(nèi)污染難題提供了有力的依據(jù)，也為裝飾、餐飲等企業(yè)的施工操作提供了規(guī)范文件。 通風(fēng)才是解決室內(nèi)污染的好辦法。雖然去除空氣污染辦法有多種，可以減少污染源，可以吸附殺滅，可以過濾和活性炭吸附，在特定場合下這些都是必需的解決方案。但是室內(nèi)空氣品質(zhì)專家指出，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的最有效的辦法就是通風(fēng)。大自然干萬年?duì)I造出的新鮮空氣人類根本無法復(fù)制。高品質(zhì)的生活需要的不僅僅是污染達(dá)標(biāo)的空氣，而是需要新鮮、潔凈、寧靜、舒適的空氣就像人們喜歡山澗海邊的大自然空氣一樣。現(xiàn)

18、在呼吸新鮮空氣，耳根清靜地在室內(nèi)工作學(xué)習(xí)和生活，越來越成為都市人可望不可及的奢求。 我國現(xiàn)在是世界第二大能源消耗國家，各種化石能源儲藏量十分稀缺，國家領(lǐng)導(dǎo)己經(jīng)把尋找能源放到了國家戰(zhàn)略的重要位置。另一方面節(jié)能是國家可持續(xù)發(fā)展的必由之路。我國能源總消費(fèi)量中，建筑能耗所占的比例已從1978年的10%上升到2001年的27.45%。并在每年持續(xù)大幅度上升。數(shù)據(jù)表明我國建筑能耗中有55%是采暖、空調(diào)能耗，這是一個極為龐大的數(shù)字，酒店、高檔寫字樓深切感受到暖通能耗在他們運(yùn)營成本中的份量，通風(fēng)節(jié)能己經(jīng)變成一個刻不容緩的重大問題。建筑通風(fēng)能耗相當(dāng)于幾十個三峽的發(fā)電量，非節(jié)約不可! 通風(fēng)節(jié)能

19、需要概念創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，室內(nèi)通風(fēng)不暢是現(xiàn)代城市的普遍現(xiàn)象，建筑通風(fēng)節(jié)能又是緩解能源危機(jī)的必由之路。市場呼喚多元化的室內(nèi)空氣品質(zhì)解決方案，更呼喚建立通風(fēng)的新概念和新風(fēng)行業(yè)的迅速發(fā)展。國際上建筑節(jié)能的重點(diǎn)都是放在節(jié)約采暖和降溫的能耗上，因此對與本控制系統(tǒng)類似的產(chǎn)品研制主要是室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備，但是由于進(jìn)口的室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備價格比較昂貴，在國內(nèi)一直沒有得到大范圍推廣。 目前，我國每年竣工房屋建筑面積約20億平方米，新增房屋面積不斷擴(kuò)大。 智能建筑工程的投資己占建筑工程總投資的5%一10%，全國每年智能建筑總投資約幾十億元，甚至達(dá)上白億元，是世界上最大的智能建筑的建設(shè)市場。 我國是

20、世界上空調(diào)制造和使用的第一大國，每年新增中央空調(diào)機(jī)組3萬多臺，新增空調(diào)末端設(shè)備120萬多臺，家用空調(diào)的使用量更是逐年增長，廣東珠三角地區(qū)在全國又占首位。另外，目前我國的移動機(jī)房、基站主要使用領(lǐng)域的需求量也很客觀為10萬套，未來40萬套，使用空調(diào)的需求量也非常大。 本控制系統(tǒng)產(chǎn)品價格是進(jìn)口同類進(jìn)口產(chǎn)品的十分之一，其經(jīng)濟(jì)壽命期8-10年，目前處于壽命期的初期階段，所有有很大的發(fā)展空間，其發(fā)展趨勢顯而易見的。本系統(tǒng)不僅可以與中央空調(diào)或單體家用空調(diào)進(jìn)行配合使用，而也可以單獨(dú)使用，功能可選、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)可選，靈活方便。家用式的使用方法和安裝，合理的成本，本產(chǎn)品有著廣闊的市場前景。 &

21、#160;1.2 課題研究主要內(nèi)容 本控制系統(tǒng)所研制的室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分利用自然環(huán)境條件，通過對建筑物室內(nèi)外溫度、濕度、風(fēng)速、光照度等的測量運(yùn)行、比較、優(yōu)化，進(jìn)而控制送風(fēng)、排風(fēng)設(shè)備和窗及窗簾的狀態(tài)，配合并聯(lián)動空調(diào)，同時操作系統(tǒng)、設(shè)定與修改系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)及空調(diào)的啟動條件，達(dá)到智能調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)環(huán)境的目的。 研發(fā)的系統(tǒng)適用于多種場合，如使用中央空調(diào)的智能建筑(酒店、賓館、大型寫字樓等)、使用家用空調(diào)的辦公室和住宅、無空調(diào)的辦公室和住宅、無人值守的通信機(jī)房和基站等等多種需要調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的場所。 本控制系統(tǒng)由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)、控制器、遙控器、進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)設(shè)備、自動化窗及

22、窗簾和溫度、濕度、風(fēng)速、光照度等傳感器及軟件性構(gòu)成，為三級結(jié)構(gòu)。第一級為中央管理計(jì)算機(jī)(PC機(jī))，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視、報(bào)警、顯示、存儲、記錄、操作等功能;第二級為控制器，采集、處理各類I/O信號，完成系統(tǒng)的控制功能:第三級為遙控器、傳感器和各類風(fēng)機(jī)等設(shè)備。第二級與第三級之間根據(jù)設(shè)備的不同由串口、1/0接口等實(shí)現(xiàn)信號的傳遞與處理。 本控制系統(tǒng)研究開發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，其中控制器、遙控器等主設(shè)備和系統(tǒng)軟件為自主研發(fā)，其它常規(guī)傳感器、輔助設(shè)備等采用集成的方法實(shí)現(xiàn)?？刂破饔?9E58RD240-C-JE單片機(jī)和若干個溫度傳感器、TLC2543A/D轉(zhuǎn)換器、繼電器、報(bào)警和電

23、源電路等組成，完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，可以對多個測溫點(diǎn)進(jìn)行測量，溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)為PC機(jī)，主要技術(shù)指標(biāo):CPU為PIV0>=2.6GHZ、>=80G硬盤、17寸彩色顯示器、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、256MB內(nèi)存、40XD·CDROM，集成以太網(wǎng)通信接口。完成系統(tǒng)的操作、監(jiān)視、報(bào)警、記錄、存儲和報(bào)表生產(chǎn)等管理功能。1.3 本文的組織結(jié)構(gòu) 本論文是圍繞室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)過程展開的。論文首先對涉及的數(shù)據(jù)采集及相關(guān)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究探討，然后對軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。整篇論文組織結(jié)構(gòu)如下: 第

24、1章 首先對系統(tǒng)進(jìn)行整體的敘述，介紹了其現(xiàn)狀、研究的意義、組織結(jié)構(gòu)和課題來源。 第2章 揭示了國內(nèi)大部分的建筑室內(nèi)污染狀況堪憂。并提出了相應(yīng)的控制算法來計(jì)算出室內(nèi)所需的通風(fēng)量，進(jìn)而改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。 第3章 對整個系統(tǒng)的總體構(gòu)架、設(shè)計(jì)原則及其需要完成的功能做了系統(tǒng)的闡述。 第四章 介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的一些基本原理知識和相關(guān)技術(shù)。首先系統(tǒng)的總體解決方案設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、系統(tǒng)框圖、以及單片機(jī)和傳感器的選型等。 第4章 集中對軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體闡述，包括系統(tǒng)需求分析，下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。&#

25、160;第6章總結(jié)了本文的成果，最后指出了本文還存在的問題以及今后的研究方向。第2章 室內(nèi)空氣品質(zhì)控制 2.1  通風(fēng)換氣技術(shù)在我國住宅建筑中的應(yīng)用 “非典”肆虐期間，所有衛(wèi)生專家都強(qiáng)調(diào)，通風(fēng)是最有效的預(yù)防“非典”措施之一。房屋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自然通風(fēng)，但我國仍有不少建筑設(shè)計(jì)對自然通風(fēng)未引起應(yīng)有的重視。例如，有些居住建筑陽臺或窗戶密閉，完全依賴空調(diào)，有些建筑進(jìn)深太大，通風(fēng)脆弱。  目前在中國，大量的民用建筑多是依靠自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的通風(fēng)換氣，高層公寓基本上還是靠自然通風(fēng)。各家各戶自行安裝的空調(diào)，只能調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度和濕度，多數(shù)沒有通風(fēng)功能

26、。目前國內(nèi)住宅常見的室內(nèi)換氣系統(tǒng)或設(shè)備主要有換氣扇、吸油煙機(jī)、通風(fēng)器等，通過機(jī)械強(qiáng)制排氣的方式，排除室內(nèi)污染的空氣(煙氣、燃燒廢氣、臭氣、水蒸氣、二氧化碳等)，對室內(nèi)進(jìn)行全面或局部換氣。 在冬季采暖和夏季制冷期間，由于外窗密閉，宜開發(fā)推廣無動力和有動力的窗用自然通風(fēng)器。國家住宅工程中心與北京斯特靈換氣設(shè)備有限公司共建“住宅室內(nèi)換氣系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)基地”，開發(fā)旋轉(zhuǎn)式熱回收換氣系統(tǒng)。其特點(diǎn)是雙向換氣，排出室內(nèi)濁氣，送入凈化后的室外新鮮空氣，節(jié)能效果顯著，室內(nèi)溫度穩(wěn)定，維護(hù)簡便，清洗容易。  2.2  我國自然通風(fēng)研究應(yīng)用的發(fā)展方向 自然通風(fēng)在我國民居中

27、的應(yīng)用有著悠久的歷史。我國民居，如北京的四合院、西北地區(qū)的窯洞，特別是長江以南地區(qū)、廣東民居實(shí)際上很重視自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用。民居的門、窗的位置建筑朝向及建筑格局等方面無一不體現(xiàn)著利用自然通風(fēng)改善居室熱濕環(huán)境的思想。我國幅員遼闊，跨越了熱帶、亞熱帶、溫帶、亞寒帶和寒帶五個氣候帶，特別是亞熱帶、溫帶地區(qū)完全具備廣泛推廣自然通風(fēng)的客觀條件。另外，我國能源短缺且空調(diào)系統(tǒng)能耗較大，發(fā)展自然通風(fēng)是我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略之一。  2.3 機(jī)械通風(fēng)是解決住宅室內(nèi)通風(fēng)的適宜方法 2.3.1 機(jī)械通風(fēng)是解決住宅室內(nèi)通風(fēng)的適宜方法 當(dāng)室內(nèi)空氣污濁或熱、濕散發(fā)量比較集中

28、不易擴(kuò)散排除時，開窗是最常用的自然通風(fēng)方式，但其明顯缺點(diǎn)就是通風(fēng)量不易控制，不能保證室內(nèi)氣候的穩(wěn)定性、均勻性，受季節(jié)和氣候因素影響大。特別是在北方做住宅建筑設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員都會考慮各種結(jié)構(gòu)形式以期滿足最大的自然通風(fēng)效果，而現(xiàn)實(shí)中有的住宅在“穿堂風(fēng)”的作用下確實(shí)可以達(dá)到10次/H或以上的通風(fēng)換氣次數(shù)，這可能只為部分房間帶來很好的消除余熱、余濕通風(fēng)效果，但其他的重要房間如臥室等可能因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的原因而無法得到有效的通風(fēng)換氣。 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定“建筑物內(nèi)，放散熱、蒸汽或有害物質(zhì)的生產(chǎn)過程和設(shè)備，宜采用局部排風(fēng)l9。當(dāng)局部排風(fēng)達(dá)不到衛(wèi)生要求時嗎，應(yīng)采用局部排風(fēng)或采用全面排風(fēng)。設(shè)

29、計(jì)局部排風(fēng)或全面排風(fēng)時，宜采用自然通風(fēng)。當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足衛(wèi)生、環(huán)保或生產(chǎn)工藝要求時，應(yīng)采用機(jī)械通風(fēng)或自然與機(jī)械的聯(lián)合通風(fēng)。其次，開窗自然通風(fēng)風(fēng)向氣流盲目，氣流組織無法有效控制紊亂氣流可把衛(wèi)生間和廚房異味帶入客廳及臥室，夾帶大量灰塵，在影響室內(nèi)清潔衛(wèi)生同時無法避免室外噪聲污染。對于高層住宅，由于熱壓作用頂部房間即使開窗也只有出氣而沒有進(jìn)風(fēng)，使下層的污濁空氣涌進(jìn)，反而加劇污染。特別是近幾年，在一些大中城市，住宅越來越密集，由汽車尾氣所帶來CO2、CO、NOx、煙塵，由建筑施工所帶來的可吸入顆粒物，由植物所帶來的可引起過敏癥狀的花粉，由工業(yè)排放所帶來的各種有害氣體及粉塵，使得室外空氣質(zhì)量達(dá)

30、0;到大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。 最后，開窗通風(fēng)在某些場所會帶來嚴(yán)重的噪聲污染。在交通主干道(公路、鐵路和機(jī)場)周邊，由于高強(qiáng)度的噪聲污染，根本無法采用此方法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)通風(fēng)換氣。即使不在強(qiáng)噪聲源附近，鄰里之間的開窗換氣造成的聲污染也會彼此干擾，影響正常的生活。所以通過開窗進(jìn)行自然通風(fēng)，只能進(jìn)行間歇的換氣，實(shí)在不是一種理想的住宅通風(fēng)換氣的方式，而且在北方等嚴(yán)寒地域，冬季的開窗還會造成大量的能源浪費(fèi)。 通過上述研究可得知，隨著建筑節(jié)能的發(fā)展，住宅的密閉性越來越好，僅僅靠自然通風(fēng)已經(jīng)無法滿足人們對于室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求，根據(jù)國外建筑科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，住宅機(jī)械通風(fēng)，或自然

31、與機(jī)械結(jié)合的通風(fēng)將成為解決室內(nèi)空氣品質(zhì)的主要手段。 2.3.2  室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)需要解決的問題 住宅是人類重要的生存場所，人們每天要有一半以上的時間生活在住宅中，室內(nèi)的環(huán)境狀況與人的關(guān)系重大?？諝馐侨祟惿娴幕疚镔|(zhì)，室內(nèi)的空氣品質(zhì)，直接影響著人的身體健康，是不可忽視的重要因素。隨著人們生活水平的日益提高，人們對居室的空氣品質(zhì)的要求也將越來越高，自然通風(fēng)由于受各種條件和房型設(shè)計(jì)的限制，可靠性較低，不能滿足住宅全面通風(fēng)的要求。因此，居室利用有組織的機(jī)械通風(fēng)將勢在必行。通過對住宅各種通風(fēng)方式的研究可得知，住宅采用自然通風(fēng)并不是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的有效手段。自然通風(fēng)會受到地

32、域氣候、住宅結(jié)構(gòu)等多重因素的影響，通風(fēng)氣流組織無法有效控制，即使開窗也無法使住宅各房間獲得穩(wěn)定、均勻的有效通風(fēng)量，各住宅的通風(fēng)換氣水平很不平均。 真正能夠改善室內(nèi)空氣品質(zhì)還需要采用機(jī)械通風(fēng)的有組織通風(fēng)方式。住宅機(jī)械通風(fēng)有很多種，但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用自然加機(jī)械排獨(dú)立機(jī)械通風(fēng)方式更符合國情，而且便于推廣使用。該通風(fēng)方式可以有組織地對住宅進(jìn)行送風(fēng)、排風(fēng)，使得各房間獲得穩(wěn)定、有效的通風(fēng)換氣量。 縱觀中國住宅通風(fēng)現(xiàn)狀和研究內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的住宅有組織排風(fēng)的研究還不成熟，要使機(jī)械通風(fēng)等有組織排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用到住宅領(lǐng)域還需要解決如下問題: 1.室內(nèi)通風(fēng)量的確定，國家標(biāo)準(zhǔn)中只對單人需

33、要新風(fēng)量提出要求，而對于數(shù)不確定的房間如何確定其通風(fēng)量沒有提及，也缺乏相應(yīng)的測試和模擬分析； 2.系統(tǒng)形式的研究，國內(nèi)對于住宅通風(fēng)系統(tǒng)還沒有明確分類，也缺乏相應(yīng)的實(shí)際工程對不同系統(tǒng)形式進(jìn)行比較。對于房間內(nèi)排風(fēng)和送風(fēng)方式對室內(nèi)污染物和空氣流場的影響，缺乏相應(yīng)的分析； 3.對于不同系統(tǒng)在不同氣候條件下的運(yùn)行和控制策略缺乏探討； 4)缺乏相應(yīng)的住宅通風(fēng)類產(chǎn)品。  2.4  室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)調(diào)節(jié)控制算法 2.4.1 相關(guān)的通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn) 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50019-2003)中規(guī)定:工業(yè)建筑的新風(fēng)量為每人不少于303

34、m;民用建筑所需的最小新風(fēng)量則按國家現(xiàn)行有關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)確定。由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國家環(huán)保總局、衛(wèi)生部制定的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18883-2002)與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范(GB50325-2001)、10種室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量的標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成我我國的室內(nèi)環(huán)境污染控制和評價體系。室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對室內(nèi)空氣的物理性、化學(xué)性、生物性和放射性4個控制指標(biāo)作了相應(yīng)規(guī)定，其中物理性指標(biāo)中新風(fēng)量規(guī)定為303m/(人·h)。2.4.2 室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)量的估計(jì)算法 居室的通風(fēng)量估算主要有以下兩種方法確定: 1.住

35、宅必須具有0.5次爪的新鮮空氣換氣量，而氣密性高的建筑物不能達(dá)到這個要求。因此必須采用機(jī)械通風(fēng)，并且應(yīng)24H運(yùn)行。日本第11版空氣調(diào)節(jié)和衛(wèi)生工學(xué)設(shè)計(jì)手冊刊載的居室通風(fēng)換氣量 表 2-1所示。 表 2-1 居室通風(fēng)換氣量 房間 通風(fēng)換氣量m3/h 要求最大換氣量的條件 雙人臥室 5(0.2)60 室內(nèi)2人，1人抽煙 單人臥室 5(0.2)30 室內(nèi)1人，抽煙 起居室 10(0.5)150 室內(nèi)5人，2人抽煙 。2.根據(jù)

36、美國最新規(guī)定(ASHRAEstandard62一1999)，住宅的換氣次數(shù)為0.35次/h，但不小于每人24m3/h。 2.4.3 室內(nèi)控制品質(zhì)參數(shù)及數(shù)學(xué)模型 合適有效的通風(fēng)是為了控制室內(nèi)空氣污染物的源頭，利用通風(fēng)量來稀釋在室內(nèi)空氣和再循環(huán)空氣中存在的污染物的濃度。這種稀釋法的關(guān)鍵還是要利用室外的新鮮空氣來全面稀釋與排除室內(nèi)有害氣體及氣味，通過改善氣流組織形式以發(fā)揮新風(fēng)的最大稀釋效果。 因?yàn)槭覂?nèi)通風(fēng)量的確定不僅僅是消除室內(nèi)熱濕負(fù)荷，而且更重要的是要確保室內(nèi)空氣品質(zhì)，因此采用直接計(jì)算方法，即室內(nèi)空氣品質(zhì)計(jì)算方法。 由于建筑物相關(guān)的污染與人員相關(guān)的污染，就其

37、感受效應(yīng)來講應(yīng)該是疊加的，所需的通風(fēng)量是這兩部分相應(yīng)的通風(fēng)量之和，而不是一個取代另一個。因此計(jì)算公式為: bbDPARDPRDVR+= 式中: DVR:為設(shè)計(jì)所需的新風(fēng)量，L/s或m3/h； PR:為每人最小新風(fēng)量(查表)，L/s人或m3/h·人； DP:為室內(nèi)人員數(shù)； D :為變化系數(shù)； bR:為單位面積上所需的最小新風(fēng)量，L/m2；為了保證所需的換氣次數(shù)和稀釋作用，每人總的送風(fēng)量要求不得少于7.5L/s，這樣最小送風(fēng)量為: acDEDPMSR/5.7> 其中: ac

38、E為通風(fēng)效率。 通風(fēng)效率: CCEPC/= acE表示移出室內(nèi)有害物的迅速程度，是排風(fēng)口處污染濃度Cp與室內(nèi)呼吸線區(qū)域平均濃度C之比。 2.4.4 居室機(jī)械通風(fēng)原理 居室的機(jī)械排風(fēng)分為三個部分，即起居室排風(fēng)、臥室進(jìn)排風(fēng)、以及廚房、浴廁排風(fēng)系統(tǒng)。廚房的排風(fēng)一直都是獨(dú)立的系統(tǒng)，而且在所有的住宅中一開始就己經(jīng)采用了，所以在這里對它們的排風(fēng)系統(tǒng)就不加以討論，這里主要講述的是起居室和臥室的機(jī)械通風(fēng)。 起居室的排風(fēng)系統(tǒng)采用的是自然進(jìn)風(fēng)，機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)。這種通風(fēng)方式的工作流程是，新鮮的空氣從起居室(客廳)及臥室的進(jìn)氣口進(jìn)入室內(nèi)，污濁的空氣從浴廁被抽出

39、。 臥室機(jī)械通風(fēng)一般采用的是具有能量回收功能的機(jī)械進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)，主要有進(jìn)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、柔性連接管道及進(jìn)、排風(fēng)口組成口。這種系統(tǒng)通常可以把排風(fēng)能量的75%加以回收利用，從而達(dá)到節(jié)能的目的。另外，系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是送風(fēng)量略大于排風(fēng)量，但是它必須是獨(dú)戶水平安裝。 2.4.5 通風(fēng)系統(tǒng)布置 在一定的通風(fēng)量下，要取得良好的通風(fēng)效果通風(fēng)系統(tǒng)的布置顯得尤為重要。國內(nèi)學(xué)者集中討論了排風(fēng)道、風(fēng)機(jī)及補(bǔ)風(fēng)裝置的布置和結(jié)構(gòu)型式。 1.排風(fēng)道的布置 在我國，衛(wèi)生間和廚房一般分開使用兩個不同的排風(fēng)道，但是由于布置的不合理，往往容易引起各個樓層之間的空氣的交叉污染。如現(xiàn)有樓層一般

40、采用豎向共用排氣管道的做法，產(chǎn)生回流和泄漏的現(xiàn)象時有發(fā)生。按理說，排放有害氣體的排氣管內(nèi)側(cè)應(yīng)為負(fù)壓，但由于采用簡單主支結(jié)構(gòu)且斷面很小的共用排氣道，在排油煙機(jī)的機(jī)械作用下，管道內(nèi)必然會形成正壓，造成管壁和接口處滲漏，支管處回流。煙道最大阻力為300Pa左右，如果排油煙機(jī)和排氣扇的風(fēng)壓過小，不足以客服風(fēng)道阻力時，就會造成向其他樓層串氣、串味和停機(jī)回流現(xiàn)象。 目前，有學(xué)者針對高層建筑(尤其是20層以上)中存在的倒灌問題研發(fā)了一種可行的新型誘導(dǎo)式引射通風(fēng)排氣道通風(fēng)系統(tǒng)，使用這種排氣道系統(tǒng)的好處有:1)不設(shè)排風(fēng)道總排風(fēng)機(jī)的多個排油煙機(jī)并聯(lián)系統(tǒng);2)取消排風(fēng)道各層進(jìn)口處的逆止閥裝置，而且適用于6

41、-30層的住宅建筑。 2.風(fēng)機(jī)的布置 風(fēng)機(jī)不只是機(jī)械通風(fēng)的源動力，其安裝與運(yùn)行還會影響通風(fēng)效果。如果風(fēng)機(jī)(或風(fēng)扇)安裝不合理，外門窗排出的室內(nèi)空氣就很容易被風(fēng)機(jī)吸入，重新送入室內(nèi)，造成排氣短路。 現(xiàn)場實(shí)測表明，安裝在外門窗上的風(fēng)機(jī)送風(fēng)的50%左右來自外門窗外的排氣。特別是外門窗外的陽臺，加強(qiáng)了排氣氣流的短路。因此，建議風(fēng)機(jī)盡量要遠(yuǎn)離外門窗安裝。 當(dāng)風(fēng)機(jī)安裝在內(nèi)隔墻或內(nèi)門氣窗上時 至少需要由2個房間組成一個串聯(lián)通風(fēng)系統(tǒng)，甚至是整套住房成為一個風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。但通過風(fēng)機(jī)往往形成房間之間氣體的大循環(huán)，而沒有使室外空氣大量進(jìn)入室內(nèi)。 多層住宅每戶都有

42、兩個朝向，全面通風(fēng)時，風(fēng)從一個朝向進(jìn)入室內(nèi)，從另一個朝向排出室外，回到大氣中。而高層住宅有的住戶只有一個朝向，全面通風(fēng)時，廢氣將排到樓道內(nèi)，甚至串到別的住戶家中。因此，要正確選擇風(fēng)機(jī)的風(fēng)向，避免此種現(xiàn)象的發(fā)生。風(fēng)機(jī)的位置和風(fēng)向，應(yīng)根據(jù)住宅的類型、內(nèi)部構(gòu)造、是否有空調(diào)器以及當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向等因素綜合考慮。夏季進(jìn)行全面通風(fēng)的次數(shù)較多風(fēng)機(jī)的風(fēng)向最好與主導(dǎo)風(fēng)向一致。 3.補(bǔ)風(fēng)裝置 對于廚房、洗手間、廁所和浴室等功能性房間一般還存在短時大排風(fēng)現(xiàn)象，窗戶氣密性好的住宅里，若沒有足夠的補(bǔ)送風(fēng)，室內(nèi)會形成負(fù)壓，很有可能造成人員缺氧、窗縫有氣流哨聲、開門困難、排風(fēng)量下降和排風(fēng)機(jī)噪聲增大等問

43、題。因此在設(shè)計(jì)中加大排風(fēng)量，并增加補(bǔ)送風(fēng)裝置是很有必要的。某設(shè)計(jì)實(shí)例取廚房的補(bǔ)送風(fēng)量為180m3/h，加大補(bǔ)送風(fēng)量的方法是在外墻上裝設(shè)與排油煙機(jī)聯(lián)動開閉的電動進(jìn)風(fēng)閥。 2.4.6 通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式 有學(xué)者認(rèn)為夏季應(yīng)該采用間歇機(jī)械通風(fēng)，因?yàn)樵谶B晴天氣時，室外風(fēng)速白天特別是午后大;夜間和清晨小，出現(xiàn)靜風(fēng)的頻率很高。目前夏季普遍采用的住宅降溫方式是全天持續(xù)自然通風(fēng)加上室內(nèi)電扇，這一方式與上述氣候特點(diǎn)不相適應(yīng)。住宅白天大量熱侵入，夜間則通風(fēng)不良，熱環(huán)境質(zhì)量較差。室內(nèi)日最高氣溫與室外基本相同，電扇只提供了室內(nèi)所需的風(fēng)速，不能改變夜間通風(fēng)不良、室內(nèi)氣溫下降遲緩的狀況。 研究表

44、明，用間歇機(jī)械通風(fēng)，即白天關(guān)閉外門窗限制通風(fēng)，夜間用通風(fēng)扇強(qiáng)化通風(fēng)代替全天持續(xù)自然通風(fēng)，可在不增加投資和能耗的基礎(chǔ)上明顯改善室內(nèi)環(huán)境。 有學(xué)者認(rèn)為可采用兩種機(jī)械通風(fēng)方案:一種為集中式通風(fēng);另一種為分散式通風(fēng)。集中式通風(fēng)與機(jī)械排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)方案很接近，只是通過進(jìn)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng);而分散式通風(fēng)將各個房間的通風(fēng)獨(dú)立考慮，臥室、起居室獨(dú)立設(shè)置可調(diào)進(jìn)排風(fēng)口，采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)自然排風(fēng)或者自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)，衛(wèi)生間只設(shè)排風(fēng)，保持負(fù)壓。 2.4.7 目前住宅機(jī)械通風(fēng)量的控制策略 實(shí)際上，人們對住宅通風(fēng)換氣的需要是有變化的。因此，需要相應(yīng)的控制策略。目前的通風(fēng)產(chǎn)品中，從通風(fēng)量的變化來分類主要有

45、兩種:一種能提供持續(xù)不變的通風(fēng)量；另一種運(yùn)用某種設(shè)備或材料使通風(fēng)量隨室內(nèi)情況不同而改變。顯然，一般情況下，后者更符合居住者實(shí)際使用情況。 現(xiàn)在，雖然已經(jīng)有了使換氣量隨各種因素而變化的調(diào)節(jié)技術(shù)，但是還沒有普遍推廣。在實(shí)踐中，以下三個因素常被采用作為控制換氣量的調(diào)節(jié)參數(shù)字：使用人數(shù)的變化;二氧化碳濃度的變化(人們呼吸活動的標(biāo)志);相對濕度變化。 前兩種控制方法均需要探測器，根據(jù)人數(shù)來確定所需要的換氣量，廚房和衛(wèi)生間不適用;準(zhǔn)確測量二氧化碳含量的探測器價格昂貴，而且需要定期調(diào)節(jié)精確度。而根據(jù)相對濕度(水蒸氣含量的變化控制換氣量，既能反映室內(nèi)的人數(shù)變化，也能夠反映住宅內(nèi)的活動)情況

46、，同時能夠避免住宅室內(nèi)過度潮濕，發(fā)生霉變。因此，目前在住宅中應(yīng)用較多的是根據(jù)水蒸氣含量調(diào)節(jié)換氣量的通風(fēng)系統(tǒng)，又稱空氣濕度自動控制系統(tǒng)。  第3章  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3.1  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 研發(fā)的系統(tǒng)適用于多種場合，如使用中央空調(diào)的智能建筑(酒店、賓館等)、使用家用空調(diào)的辦公室和住宅、無空調(diào)的辦公室和住宅、無人守的通信機(jī)房和基站等等多種需要調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的場所。本控制系統(tǒng)研究開發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容是系統(tǒng)的硬件及軟件系統(tǒng)，常規(guī)傳感器、輔助設(shè)備等采用集成法實(shí)現(xiàn)。 智能通風(fēng)系統(tǒng)的測控單元與主監(jiān)控室內(nèi)采用RS232/RS485可選網(wǎng)絡(luò)通訊模式，將

47、測控單元采集的溫濕度值及傳感器狀態(tài)(傳感器短路、斷路等)實(shí)時顯示出來;并可根據(jù)用戶設(shè)定的時間間間隔做歷史數(shù)據(jù)的定時存儲、歷史曲線可以查詢、打印。在滿足用戶對室內(nèi)的控制需求基礎(chǔ)上，上位機(jī)根據(jù)室內(nèi)溫度、濕度值啟停風(fēng)機(jī)、加熱器等設(shè)備，保證室內(nèi)溫濕度值的相對穩(wěn)定。本文采用的新型智能化溫度傳感器，具有測溫誤差小，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，成本低，能遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)是由兩大部分組成。測控單元SST89E58RD240-C-NJE單片機(jī)和若干個溫度傳感器和濕度傳感器、繼電器、報(bào)警電路等組成，完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，過串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 室內(nèi)通風(fēng)控制系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)，分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分

48、，其中上位機(jī)是遠(yuǎn)離被控對象，可以通過串口與下位機(jī)通信，在線調(diào)節(jié)被控參數(shù)，達(dá)到對被控對象的控制，同時可以實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲等功能。為了防止上位機(jī)在不能工作時帶來的損失，下位機(jī)也有鍵盤、顯示和報(bào)警等功能，這樣當(dāng)上位機(jī)不工作時可以直接利用下位機(jī)來控制被控對象，同時下位機(jī)是放置現(xiàn)場，結(jié)合被控對象，考慮檢測系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等裝置，同時還有與上位機(jī)通信的模塊。  3.2  系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能如下: 1.實(shí)現(xiàn)對房間風(fēng)速參數(shù)的實(shí)時采集。根據(jù)測量空間或設(shè)備的實(shí)際需要由單片機(jī)對各路數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)檢測； 2.實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時報(bào)警；

49、60;3.現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具有一定的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲、程通信功能； 4.通信系統(tǒng)具有一定的可靠性、較好的實(shí)時性和較強(qiáng)的抗干擾。與計(jì)算機(jī)通訊功能，采用RS232或者RS485串行通訊方式； 5.測量數(shù)據(jù)記錄功能:可以根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)記錄時間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器； 6)監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)管理軟件既要具有完成數(shù)據(jù)采集、處理的功能，其軟件編程應(yīng)具有功能強(qiáng)大、界面友好、便于操作和執(zhí)行速度快等特點(diǎn)。 要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo):   風(fēng)速范圍：O30M/s  風(fēng)速精度：±5M/s 測

50、溫范圍：-2010 測溫精度：±3    3.3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 1.可靠性 高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮：使用可靠性高的元器件;設(shè)計(jì)電路板時布線和接地要合理;對供電電源采用抗干擾措施;輸入輸出通道抗干擾措施;系統(tǒng)自診斷功能等。 2.操作維護(hù)方便 在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計(jì)時，要盡可能減少人機(jī)交

51、互接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。 3.性價比 單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計(jì)時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1 硬件電路硬件電路是保證整個測控系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，其性能優(yōu)劣直接影響到整個測控系統(tǒng)工作的可靠性、安全性和連續(xù)性。硬件電路的設(shè)計(jì)過程中，始終以實(shí)用化為最終目標(biāo)。其原則為:第一，努力提高測控系統(tǒng)檢測信號的準(zhǔn)確性和可靠性:第二，從用戶的角度出發(fā)，

52、方便安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)；第三，在滿足性能要求的前提下，盡量簡化硬件系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的總體成本。 本系統(tǒng)能夠獨(dú)立完成對風(fēng)速的采集、檢測、計(jì)算和邏輯處理，并能夠與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成測量、監(jiān)控、保護(hù)等功能，具體如下: 1.數(shù)據(jù)采集功能 l)模擬量采集:即實(shí)時采集室內(nèi)外風(fēng)速模擬信號，作為系統(tǒng)執(zhí)行的判斷依據(jù)。 2)開關(guān)量采集:將風(fēng)機(jī)、空調(diào)、窗及窗簾的狀態(tài)信號送到單片機(jī)的I/O口，單片機(jī)對其進(jìn)行檢測。 2.人機(jī)對話界面 采用按鍵輸入系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)整定值，輸入?yún)?shù)有:風(fēng)機(jī)啟停風(fēng)速。 按鍵功能還包括時間設(shè)定、故障試驗(yàn)、查詢等內(nèi)容。其中

53、時間設(shè)定包括年、月、日等內(nèi)容。查詢功能包括翻頁查詢、參數(shù)設(shè)定查詢、故障記憶查詢等。液晶顯示器實(shí)時顯示系統(tǒng)各個設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)和當(dāng)前的時間。發(fā)生故障是顯示故障類型，以方便工作人員識別和檢修。 3.通訊功能 系統(tǒng)通過RS-232/RS-485跳線選擇與上位機(jī)進(jìn)行串行通訊，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控功能。  4.2  控制器的硬件框圖 通風(fēng)節(jié)能控制器IME1000是為室內(nèi)建立通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，根據(jù)詳細(xì)的需求分析，系統(tǒng)提供了足夠多的信號FO端口，并且通過軟件來配置信號端口的使用，使系統(tǒng)在使用上具有充分的靈活性，這樣也使得一體化設(shè)計(jì)成為可能，采用一體化

54、設(shè)計(jì)，讓所有的強(qiáng)電弱電信號、小電流大電流信號直接接入到控制器上，使系統(tǒng)安裝使用具有獨(dú)立性，體積小的優(yōu)點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控是通過接入到動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中去而實(shí)現(xiàn)的。Al測量范圍、測量周期的設(shè)計(jì)主要以環(huán)境量的變化為依據(jù)。Dl/O響應(yīng)時間，主要符合監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)時間要求。 AI&ADC部分:模擬量輸入切換、前置放大、濾波及AD轉(zhuǎn)換。DI部分:開關(guān)量輸入信號采集接口。DO部分:開關(guān)量輸出及報(bào)警干節(jié)點(diǎn)輸出接口。 HMI部分:工作狀態(tài)顯示LED接口，參數(shù)設(shè)置、參數(shù)查詢LCD鍵盤 RS485/232部分:監(jiān)控上位機(jī)數(shù)據(jù)通信接口。 CPU及EZPROM部分:嵌入式控制器

55、及系統(tǒng)配置信息存儲 Power部分:降壓式電壓變換器和隔離DC一DC變換器構(gòu)成為系統(tǒng)供 Console部分:面板開關(guān)，現(xiàn)場強(qiáng)制控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。前置放大:采用TI公司四運(yùn)放LM324N，前后級均采用無源低通濾波電路。 AD轉(zhuǎn)換器:采用TI公司ADC控制器TLC2543C12位11通道10us轉(zhuǎn)換時間。 轉(zhuǎn)換基準(zhǔn):采用ANALOG公司SV集成穩(wěn)壓器AD586)。 隔離通道:采用FairChild公司高速光禍6N137。擴(kuò)展并行口:采用通用Altera CPLD電路EPM7128。 隔離通道:采用SHARP公司中速光禍PC817

56、C。擴(kuò)展并行口:采用通用Altera CPLD電路EPM7128。 功率繼電器:采用OMRON公司小功率繼電器G6H125VAC/O.5A30VDC/1A 控制空調(diào) 采用OMRON公司功率繼電器G6RN 25OVAC/8A30VDC/5A 控制風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、除濕 采用OMRON公司功率繼電器G4A25OVAC/20A 控制加熱器 光繼電器:采用NAIS公司光MOS繼電器AQYZ10EH。CPU:采用SST89E54RD2片內(nèi)16Kbyte ROM 1Kbyte RAM 

57、;8Kbyte FLASH 片外RAM: 32 Kbyte SDRAM 并行口:擴(kuò)展5個8位字寬并行口，用Altera 公司 EPM7125-15實(shí)現(xiàn) 電源部分 降壓式電壓變換器:將輸入電壓變?yōu)?VDC，給CPU及通信部分供電。 DC-DC隔離變換器:將5V電壓變?yōu)?5V點(diǎn)壓，給AI、DI供電。4.2  控制器的功能及主要性能指標(biāo) 基本功能: 模擬量輸入:10路模擬量通道，測量模擬量傳感器輸出的直流電壓/電流信號。 數(shù)字量輸入:12路數(shù)字量輸入通

58、道，接入門磁、煙感等設(shè)備輸出的開關(guān)信號。 數(shù)字口:RS485/RS232串行口連接到監(jiān)控中心。 HMI:系統(tǒng)面板具有通信狀態(tài)、工作狀態(tài)、電源狀態(tài)LED指示，可選的LCD顯示。 NVRAM:掉電保存設(shè)備量輸出:8路數(shù)字量輸出通道，分別輸出一組繼電器常開觸點(diǎn)。 通信地址、控制參數(shù)、Al測量范圍和傳感器使用狀態(tài)參數(shù)。性能指標(biāo): 1.輸入輸出特性 模擬量輸入:11通道，單端輸入，O一SV電壓信號。 模擬量測量精度:12BitADC 模擬量測量誤差:0.2% 模擬量測量頻率:2.5次/秒 輸入信號帶寬:7

59、2.4Hz 模擬量輸入阻抗:ZMQ 模擬量CMRR:75db50Hz/60Hz 模擬量溫度漂移:15ppm/ 開關(guān)量輸入:11通道，繼電器觸點(diǎn)型共地輸入。 開關(guān)量輸入響應(yīng)時間:375ms 開關(guān)量輸入邏輯定義:邏輯1，輸入繼電器觸點(diǎn)閉合;邏輯O，輸入繼電器觸點(diǎn)打開。 開關(guān)量輸出:8通道，功率繼電器常開觸點(diǎn)輸出，觸點(diǎn)電壓/電流規(guī)格240V/8A。 開關(guān)量輸出響應(yīng)時間:375ms 開關(guān)量輸出邏輯:觸點(diǎn)打開、觸點(diǎn)閉合、觸點(diǎn)打開-閉合-打開(閉合時間100ms)。 干節(jié)點(diǎn)輸出:邏輯1，輸出干節(jié)點(diǎn)閉合，報(bào)警

60、;邏輯O，輸出干節(jié)點(diǎn)打開，正常;2.工作環(huán)境 溫度:-10-55 濕度:O-95% 3.通訊接口 類型: RS485與RS232 (兩者選一) 通信波特率:9600bit/s 8位數(shù)據(jù)位無校驗(yàn)位1位停止位 4.隔離 AI/DI/DO -通信總線(與系統(tǒng)供電電源共地):2500VAC 5.電源 電壓:10-3OVDC 待機(jī)功耗:<lOW (系統(tǒng)功耗:<180w;通風(fēng)量:>2400M3/h)6.產(chǎn)品電磁兼容性、安全性與可靠性應(yīng)符合下

61、面的要求:EN300386   電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備電磁兼容性要求; GB4943     信息技術(shù)設(shè)備安全要求標(biāo)準(zhǔn); 可靠性指標(biāo) MTBF不低于100000小時。  4.3  控制器的設(shè)計(jì)原理 控制器由89E58RD240-C-NJE單片機(jī)和若干個溫度傳感器和濕度傳感器、TLC2543A/D轉(zhuǎn)換器、繼電器、報(bào)警和電源電路等組成，完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，可以對多個測溫點(diǎn)進(jìn)行測量，溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)根據(jù)采集所得數(shù)據(jù)對風(fēng)機(jī)，

62、空調(diào)和窗等設(shè)備進(jìn)行控制，以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的。 4.4  主控單元 主控單元是測控系統(tǒng)的核心部分，它承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷、定時、存儲等工作。 4.4.1 CPU的選擇 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，最重要的就是要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求和特性選擇 合適的中央處理器。本次設(shè)計(jì)在選擇CPU時主要考慮以下幾個因素: 抗干擾性能:系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行是必須要保證的，所以選擇抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)成為首選條件; 速度:考慮到系統(tǒng)要求有較快的執(zhí)行速度，應(yīng)盡可能地選擇運(yùn)行速度快的單片機(jī); 單片機(jī)功能:盡量選擇功能強(qiáng)，集成度高的單片機(jī)，同時也是對抗干擾和速度的一個促進(jìn)。 價格:考慮到產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用，低成本也是本次設(shè)計(jì)的一個主要考慮因素。 單片機(jī)由于其體積小、功能全、價格低等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。另外，單片機(jī)控制系統(tǒng)中，首先，由于主