基于嵌入式的气候补偿器在集中供热系统的设计

陈明淑，段金英，赵婧（西京学院，陕西西安，710123）



基于嵌入式的气候补偿器在集中供热系统的设计

陈明淑，段金英，赵婧
（西京学院，陕西西安，710123）

摘要：气候补偿器在集中供热系统中的应用，能够有效降低能耗，能够促进生态文明建设。气候补偿器可以科学有效地解决集中供热系统中换热站处的控制以及管理问题。文中主要研究了气候补偿器的工作原理、作用，并以设计以AMR9 S3C2410为基础的硬件设计与软件设计。

关键词：嵌入式；气候补偿器；硬件设计；软件设计

气候补偿器是用于安装在供热系统换热站外的节能自动控制器。通过气候补偿器能够根据室外温度的高低以及供热用户对室内温度的具体需求，通过自主计算得到合适的换热站二次供水、回水温度，在得到二次供水温度的基础上能够主动改变一次管网电动调节阀的开度实现调节进入换热站热水流量的多少，因此，实现了二次管网供水温度随着室内外温度的高低而进行改变实现自动气候补偿，最终实现了室内温度能够保持在一个设定的范围之内。

1 气候补偿器的工作原理

图1是基于气候补偿器的供热系统结构图。当供热的室外温度发生变化的时候，为了能够确保供热室内的温度在相应的规定范围之内，就需要对供暖系统的二次供水温度进行相应的调整。如果室外温度降低，为了保持室内温度的恒定，供暖系统的二次供水温度应该进行变大，这个时候，气候补偿在进行工作时就会主动变大调动调节阀的阀门力度，使流入换热器的热水量增加，通过换热器的热量交换后，这个时候室内温度也就会上升。当室外温度上升的时候，为了确保室内温度恒定就需要通过气候补偿器就会主动减少进入热水换热器的流量，这样直接从电动调节阀分水管流会一次管网的水量增加，这时供热炉的回水温度高，可以降低锅炉机组输出负荷，能够实现节能。

图1 基于气候补偿器的供热系统结构图

在基于气候补偿器的供热系统当中，输入量指的是室外的温度、二次供水温度以及二次回水温度，其中执行具体操作的是系统当中的电动调节阀，控制量指的是为二次网供水温度、测量元件为铂热电阻。在整个系统当中温度船度气的作用只是简单地进行温度测量，确保室内温度能够在触摸屏上显示出来，并成为系统设计过程中的重要依据。系统设计中的电动调节阀是电动三通阀，通过一个电动执行结构对两个出口的比例进行控制，当阀门的开度较大时，流经的热水的流量比较大，反之则比较小，阀门的变化不会对电动三通阀入水管的热力工况造成任何影响。

2 嵌入式气候补偿器在供热系统中设计的整体设计

2.1 嵌入式系统设计的设计方法

按照供热系统的要求按照嵌入式系统的设计目标对系统组成部分以及系统的整体模块进行功能设计，以及其在系统的彼此之间的关系和作用，构成了系统的整体设计，一般而言嵌入式系统设计主要包括了需求分析、体系结构设计、硬件设计、软建设计、系统集成和系统测试等几个方面。文中在对嵌入式气候补偿器进行研究的过程中，主要分析了嵌入式气候补偿的体系结构设计、系统硬件设计以系统软件设计。

2.2 微处理器的选择

当前，在微处理器市场当中AMR微处理器占据的市场份额不较大，这主要是由AMR处理的在处理速度、产品功耗、数据传输的效率以及在DSP功能方面都要明显领先于其他微处理器，并且AMR处理器具有完善的基础体系结构。在进行系统设计的过程中，在进行微处理器的选择上，文中在进行系统研究的过程中主要选择了三星公司设计、出售的S3C2410。该型号微处理器的能耗较低、具有高集成度，在进行系统设计的过程中文中选用了S3C2410微处理器作为芯片级支持，并且MMU确保了嵌入式操作系统能够进行的运转。这一处理器的最高主频能够达到203MHz，这样能够确保系统中的上位机和S3C2410之间能够进行良好的数据通信工作。相比于其他的微处理器，S3C2410的性价比比较高。

2.3 操作系统选择文中在进行系统设计的过程中，选取了Linux 嵌入式操作系统。该操作系统的主要优势主要体现在以下几个方面：1.微内核能够直接提供网络支持功能，而不必在采取协议包TCP/IP。2.Linux具有十分高的继承性，在系统设计的过程中也能够能加容易的添加其他部件。2.4在进行系统设计的过程中Linux能够免费获取，并且其源代码也是开放的。4.有多种硬件平台适用Linux，因此Linux具有更强的适用性。5.配置选择方面具有随意性，Linux可以不同与商家或许可证有合作关系。6.Linux能够在台式机上进行应用，这保证了该操作系统会有更加广阔的应用空间。

2.4 系统的整体设计

在供热系统中的气候补偿器主要是由三部分构成，这三部分分别是：气候补偿器的硬件系统、气候补偿器的软件系统以及气候补偿器的中间件。在整个气候补偿器的系统当中，其中硬件系统主要是由AMR9核S3C2410存储器组成和各种的接口电路共同构成的，系统当中的软件子系统主要是由操作系统以及各种应用层软件构成的，气候补偿其中的中间部分主要是由硬件驱动程序等一些底层软件构成的（见下表1）。

表1

3 系统硬件和软件设计

3.1 系统硬件整体设计

在集中供热系统中气候补偿器能否顺利运行主要是由气候补偿其系统当中硬件子系统决定。在进行硬件设计的过程中，文中主要选取了三星公司出品的AMR9 S3C2410微处理器，系统在进行工作的过程中，能够通过系统中的信号采集电路，将系统中传感器所获取的不同的温度信号提供给系统中的处理器，通过系统处理器的处理工作，通过控制电路对供热系统的中的调动调节阀进行控制，通过调整调节阀的开度，能够实现对集中供热系统的热水流量的控制，实现对室内温度的有效调节。文中在进行硬件系统设计时，采用了模块化设计理念，从而将整个系统划分为最小系统模块、信号采集模块、系统控制模块、网络通信模块、LCD触摸屏模块。硬件系统的模块化设计能够确保硬件系统具有可扩展性可高度可靠性的特点，并且通过模块化进行系统设计，也能够根据集中供热系统用的需求对硬件系统进行升级和改造。

3.2 系统软件设计

在进行系统软建设计的过程中，文中设计的气候补偿器的软件平台主要是由物理层、操作系统和应用层三个系统层次组成的，其中系统软件层当中的物理层是由Bootloader启动代码编写和硬件驱动等底层设计软件组成的；在进行系统设计时，操作系统层主要是由Bootloader启动代码移植、操作系统内核移植和文件移植三个系统组成的；系统中的应用层主要的组成部分主要包括信号采集处理、电动调节阀控制、网络通信、状态显示等应用程序。

4 结语

在社会建设的过程中，我国环境、生态问题进一步突出，伴随着现代科学技术的不断发展，改善供热系统，提高供热效率，实现供热系统的计算机自动监控，减少资源能源浪费是我国城市集中供热的发展趋势。因此，加强基于气候补偿器的供热控制系统的研究，不仅具有良好的社会价值，也同时具有良好的生态价值。文中主要对供热系统中的气候补偿器的自动控制进行了分析和设计，并详细论述了气候比长期的工作原理以及整体架构和软硬件设计。

参考文献

［1］陈亮.气候补偿器在供热系统中的应用［J］.建筑科学，2010（10）.

［2］李惟毅，史维秀，崔志强，何江.气候补偿器在供热节能中的应用研究［J］.天津建设科技， 2010（06）.

［3］袁闪闪，徐伟.热用气候补偿技术的研究进展及应用效果分析［J］. 建筑科学，2015（06）.

［4］白旭东，张杰，耿欣.气候补偿器在供热系统中的应用［J］.科技创新与应用，2012（30）.

Design of the central heating system based on the embedded climate compensator

Chen Mingshu，Duan Jinying，Zhao Jing
（Xijing University，shaanxi xi’an，710123）

Abstract：The application of climate compensator in central heating system can effectively reduce energy consumption and promote the construction of ecological civilization.Climate compensator can effectively solve the scientific control in central heating system heat transfer station and the management problems. This paper mainly studies the working principle and function of climate compensator， and designs the hardware design and software design based on S3C2410 AMR9.

Keywords：embedded；climate compensator；hardware design；software design

文献标识码：中图分类好： TU833.1A