基于嵌入式技术的中央空调末端控制器的研究

论文摘要

嵌入式系统的研究及嵌入式技术的应用是当前计算机应用技术研究的热点。以ARM处理器为代表的新型嵌入式微处理器因为功能强大、体积小巧、便携省电,使得基于它们而设计的嵌入式系统的应用领域越来越广阔,在人类社会的各个方面产生了重大影响。中央空调的末端装置是变风量系统的关键设备,通过它来调节送风量,补偿变化的室内负荷,保持室温恒定。本文将嵌入式技术应用于中央空调的末端控制领域,探索了新的中央空调末端控制的实现方法。本文控制器的硬件设计采用三星公司ARM7微处理器S3C44BOX,提高了系统的运行速度和数据处理能力,设计了控制器的系统核心模块和通讯接口模块硬件电路;在各种嵌入式操作系统中,选用应用广泛、源代码公开的实时操作系统uClinux,提高了多任务并发能力;重点介绍了交叉编译环境建立和uClinux的移植。本文建立了被控房间的数学模型,并针对压力无关型末端装置和房间进行了控制过程仿真。在传统串级PID调节的基础上,采用了基于BP神经网络的自整定PID控制算法,仿真实验结果表明这种控制方法的性能优于串级PID控制方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 智能建筑（IB）概述
• 1.2 楼宇自动化系统（BAS）概述
• 1.3 课题的背景
• 1.4 本文研究的内容和解决的问题
• 2.VAV空调系统概述
• 2.1 变风量空调系统的定义及分类
• 2.2 变风量空调系统的优点
• 2.3 变风量空调系统的缺点
• 2.4 变风量空调系统的控制方式
• 2.5 变风量空调的末端控制
• 2.5.1 压力相关型变风量末端控制
• 2.5.2 压力无关型变风量末端控制
• 2.6 本章小结
• 3 末端控制器的硬件构成及其设计
• 3.1 嵌入式系统概论
• 3.1.1 嵌入式系统的组成和特点
• 3.1.2 嵌入式系统的发展和研究现状
• 3.1.3 ARM处理器体系简介
• 3.2 末端控制器的核心模块
• 3.2.1 S3C44BOX处理器
• 3.2.2 FLASH存储器
• 3.2.3 SDRAM存储器
• 3.3 以太网模块接口电路
• 3.3.1 以太网通讯原理
• 3.3.2 太网/IEEE 802.3桢结构及IP网络协议原理
• 3.3.3 以太网接口硬件电路设计
• 3.4 JTAG接口电路设计
• 3.5 系统电源电路
• 3.5 RS232串口模块的设计
• 3.6 ADC和DAC电路设计
• 3.6.1 S3C44BOX处理的A/D转换
• 3.6.2 DAC转换模块
• 3.7 本章小结
• 4.系统软件设计与实现
• 4.1 BOOTLOADER的设计与实现
• 4.1.1 Bootloader的概念
• 4.1.2 Bootloader的启动执行过程
• 4.2 uClinux的概述
• 4.3 uClinux系统的移植
• 4.3.1 uClinux内核启动过程
• 4.3.2 交叉编译环境的建立
• 4.3.3 内核的修改、配置和编译
• 4.3.4 烧写内核
• 4.4 本章小结
• 5.末端控制策略的仿真研究
• 5.1 VAV末端控制算法
• 5.1.1 PID控制算法及继电型PID自整定策略
• 5.1.2 基于BP神经网络整定的PID控制算法
• 5.1.3 MATLAB的S函数介绍
• 5.2 仿真模型的建立和仿真研究分析
• 5.2.1 被控房间热传递函数模型的建立
• 5.2.2 电动调节阀的数学模型
• 5.2.3 仿真模块框图及结果分析
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录1 图表索引
• 附录2 基于BP神经网络PID整定算法程序
• 附录3 以太网模块接口电路图