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空调控制系统的EDA实现

减小字体 增大字体 作者:暂不清楚  来源:www.bob123.com  发布时间:最新发布
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  [摘要] 本文介绍了一种空调控制系统,可以根据室温变化控制空调自动制冷或制热。系统采用VHDL语言描述电路功能,利用EDA技术进行电路设计,通过了仿真测试,并给出了仿真波形图。
  [关键词] EDA技术 空调控制系统 VHDL语言 仿真
  
  引言
  空调控制系统是智能建筑楼宇自动控制的一个重要组成部分。系统占据整个楼宇自动化系统的30%以上的监控点,而且空调的能耗也占整个建筑物能耗的50%以上。因此,空调控制系统的设计是整个楼宇自控系统设计的重点之一,也是节电节能的重点,特别对于大型建筑而言,更是如此。本文设计一种新型空调控制器,并采用了电子设计自动化(EDA)技术,用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言,在Altera公司的MAX+PLUSⅡ集成开发环境下进行综合、仿真,并下载到可编程逻辑器件中,以实现控制功能。
  一、空调控制系统结构
  空调控制系统结构如图1所示,首先由传感器检测室内温度,并将采集来的数据传输到控制系统的预处理单元,在预处理单元将采集来的温度信号与设定值相比较,来判断当前的状态(太热、太冷或适中),然后将处理结果传输到控制单元,最后由执行机构接受控制单元输出的控制信号,控制室内空调。
  二、控制单元的EDA实现
  1.控制单元的芯片功能
  控制芯片如图2,有三个输入端时钟端clk,temp_high和temp_low,两个输出端heat和cool,高电平有效。如果室内温度正常, temp_high和temp_low均为‘0’,则输出端heat和cool均为‘0’。如果室内温度过高,temp_high为‘1’,temp_low为‘0’,则heat和cool分别为‘1’和‘0’,空调制冷。如果室内温度过低,temp_high为‘0’,temp_low为‘1’,则heat和cool分别为‘0’和‘1’,空调制热。
  2.控制单元芯片的VHDL代码
  VHDL(Very-High-Speed integrated Circuit Hardware Description Language)是IEEE工业标准硬件描述语言,是随着可编程逻辑器件(PLD)的发展而发展起来的。这种用语言描述硬件电路的方式,容易修改和保存,且具有很强的行为描述能力,所以在电路设计中得到了广泛应用。以下是描述控制单元VHDL代码.
  library ieee;
  use ieee.std_logic_1164.all;
  entity air_conditioner is
  port (clk:in std_logic;--时钟输入信号
  temp_low:in std_logic; --过冷传感器输入信号
  temp_high:in std_logic;--过热传感器输入信号
  heat:out std_logic;--制热输出信号
  cool:out std_logic); --制冷输出信号
  end air_conditioner;
  architecture style_b of air_conditioner is
  type state_type is (just_right,too_cold,too_hot);
  attribute sequential_encoding :string;--定义state_type的属性sequential_encoding
  attribute sequential_encoding of state_type:type is"00 01 10";
  signal stvar:state_type;
  attribute state_vector:string; --定义stvar的属性state_vector
  attribute state_vector of style_b:architecture is "stvar";
  begin
  controller1:process
  --clk是该进程的敏感信号,当clk变为‘1’时,激活进程
  Begin
  --等待clk变为‘1’
  wait until clk=’1’;
  --根据temp_low和temp_high的值决定stvar的值
  if (temp_low=‘1’) then stvar<=too_cold;
  elsif (temp_high=‘1’) then stvar<=too_hot;
  else stvar<=just_right;
  end if;
  --根据stvar的值决定heat和cool的值,从而控制空调制冷、制热或保持不变
  case stvar is
  when just_right=>heat<=’0’;cool<=’0’;
  when too_cold=>heat<=’1’;cool<=’0’;
  when too_hot=>heat<=’0’;cool<=’1’;
  end case;
  end process controller1;
  end style_b;
  3.控制单元芯片的功能仿真
  控制单元芯片系统采用ALTERA公司的EPF8282ALC84-2芯片,所有程序在MAX+PLUSⅡ中开发。设计输入完成后,进行整体的编译和逻辑仿真,然后进行转换、布局、布线,延时仿真生成配置文件,最后下载至FPGA器件,完成结构功能配置,实现其硬件功能。控制芯片的系统逻辑功能仿真波形如图3所示。各信号的逻辑功能和时序配置完全达到设计要求。
  三、结束语
  本文设计的空调控制系统,可以根据室温的变化控制空调制冷或制热,起到调节室内温度的作用,特别是大大降低了空调的能耗。本系统具有结构简单、性能稳定、实现方便,成本低的优点,因此极具市场竞争力。
  
  参考文献:
  [1]侯伯亨:VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999
  [2]吴万庆等:人工智能技术在中央空调节能控制中的应用探讨[J].智能建筑与城市信息,2007(4):29~32
  
  
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