基于WLAN与单神经元自适应PID的空调系统设计

摘要：为解决传统空调系统中布线带来的不便及传统PID控制适应性、鲁棒性差的问题，设计出一种将WLAN技术和单神经元自适应PID控制算法相结合的空调系统。与传统的空调系统相比较，该系统利用WLAN技术实现系统的灵活性、可移动性，降低以往布线所需消耗的人力物力，运用单神经元自适应PID控制算法，使系统获得无静差、无超调、鲁棒性强等优点。研究结果表明，将两者结合后，原来空调系统存在的问题基本解决，而且性能得到了明显改善。
关键词：WLAN技术；单神经元自适应PID控制；空调系统；鲁棒性

近几年来，智能建筑(Intelligence Building)在我国得到了很大的发展。在智能建筑中，楼宇自控系统(Building AutomationSystem，BAS)占有主导地位，而在楼宇自控系统中空调控制系统扮演着极其重要的角色。本文针对目前空调系统中存在的布线施工周期长、有线网络缺少灵活性且人力物力资源消耗大等问题，结合实际课题，提出了WLAN技术代替原有的RS485总线及Lonworks总线等总线方案，将上位机和现场控制系统构成一个通过无线收发模块传送信息的集散系统，使之减少了布线的环节，增加了系统的灵活性，降低了安装费用，并获得了系统重新布置时的可移动性。针对温湿度大滞后性的特性以及目前传统PID控制难以满足快速性、无超调、无静差、抗干扰和鲁棒性强等多方面的要求，运用了单神经元自适应PID控制算法，改善系统的控制性能。

1 空调系统控制原理
控制原理：通过新、回风道内设置的温湿度传感器分别检测新风、回风的温湿度，经过单元控制器的计算比较，确定系统空气处理机的运行工况，并输出相应的信号控制新／回风及排风风阀的开度比例，并调节新回风混合比，达到节能的目的。在风道内设有防冻开关，当风温低于设定温度时，切断风机电路停止风机运行，并通过与新风入口风阀执行器的连锁，关闭新风阀。同时由现场控制器输出报警信号。本文主要研究的是对温湿度的控制问题。

2 硬件设计
本系统包括3大部分：主机(含数据库)，现场控制部分和WLAN控制部分，其中硬件设计包括WLAN控制模块的设计和现场控制器及其外围电路设计两部分。WLAN控制模块是该系统的核心部分，负责主机与控制器之间信息的传输。系统结构如图1所示。

现场控制部分由带串口(RS232或RS485接口)的控制器及其外围电路、温湿度传感器等组成，从传感器测得的相应数值将定期发送到无线控制模块交主控机处理。控制器采用PID等算法对空调末端组各种阀门进行控制，并负责各采样点的温湿度采样值的显示与上传。
现场控制器的设计主要包括：AT89S52单片机、输入、输出电路，4x4点阵键盘电路，存储器扩展电路，字符液晶或数码管显示电路，掉电保护电路及上下限保护电路等。其结构图如图2所示。