1、毕 业 设 计题目 基于单片机的室内智能 通风控制系统研究 学生所在学院 电气学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 助理指导教师 起 止 日 期 2011.03.07 至 2011.06.03摘 要目前，国内大部分住宅的室内污染状况堪忧。各种新型建筑材料、装修材料、日用化学品进入住宅成为室内污染源;另外，空调的使用和普及使室内通风率比以前明显下降，造成住宅室内污染的累积，致使室内的空气质量相对恶化。由于上述种种原因，造成我国大部分居住建筑的通风状况相对较差，基本上不能满足我国民用建筑室内环境污染控制标准的有关规定。在自然通风不能满足需要的时候，往往可以通过机
2、械通风方式来改善室内的热环境和空气品质。论文所研究的的室内环境调节系统充分利用室外环境条件，通过对建筑物室内外温度、湿度等的测量、比较、优化，进而控制送风设备、排风设备和窗及窗帘的状态，配合并联动空调的运行，达到智能调节建筑物室内环境的目的，以此改善室内空气品质。本系统采用层次化、模块化设计。整个系统由数据采集系统、单片机控制系统和计算机监控系统组成。系统以单片机 SST89E58RD2 为核心，以 JWSL-2 系列壁挂型温湿度传感器等作为测量元件，通过单片机与传感器相连，采集并存储传感器的测量数据。在单片机系统中，还要实现数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。单片机作为监控系统的
3、中心，通过 RS232/RS485 总线与监控计算机通信，将采集到的数据传输给监控计算机。监控计算机将单片机传输的数据进行记录、存储和处理，供工作人员浏览、记录和进行相关理。关键词：空气品质、单片机、温度、湿度、传感器ABSTRACTAt Present，most of the domestic indoor pollution situations are worth anxious. Various new building materials，decoration materials and commodity of chemical enter into indoor environm
4、ent and become sources of pollution. In addition, the use and popularity of air-conditioning decrease the indoor ventilation obviously，resulting in the accumulation of residential indoor pollution and worse indoor air quality. For all above these reasons, most of our countrys building ventilating si
5、tuations become relatively bad and cannot satisfy the requirements of our countrys ”Civil construction Indoor environment Contamination control Standard ” concerned basically.Usually，we improve the indoor hot environment and the air quality through the machine ventilation when the natural ventilatio
6、n cant meet the needs. The indoor environment regulating system on which this paper study belongs to the area of technology. It is a full use of the outdoor environmental conditions through the survey、comparison、optimization of building indoor在通信机房与基站能耗中央空调所占的比例也很大，占整个基站与机房电费支出的 54%左右。本控制系统就是针对减少这类建
7、筑能耗而进行的。(2)项目的实施符合智能建筑的发展趋势国家标准智能建筑设计标准(GB/T50314 一 2000)对智能建筑定义为“以建筑为平台，兼备建筑设备(BA)、办公自动化(OA)及通信网络系统(CA) ，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境” 。智能化建筑需要达到的目的是最大限度地满足使用者的舒适性、操作者的方便性、节能性、管理的高效性和信息化服务。目前使用中央空调的建筑中，其中央空调的控制系统一般是对整栋建筑所有房间或对某几个划分好的大区域内所有房间进行集中控制，实现集中制冷和通风，往往要热都热、要冷都冷，甚至无人的房间也相同
8、。很难达到单个房间的人性化调节，造成很大的耗电损失和某种程度的不舒适性。空调房间里面待久了，难免会有各种“空调病” ，而最舒适的还是自然风。2那些使用单体家用空调的建筑，在人员外出或睡眠时候由于对空调的运行与停机和对温湿度、新风等的调节不能实现自动控制，空调不是处于停机状态使室内环境恶劣，就是处于连续运行状态造成无谓的浪费。另外，通信基站机房在运行时设备会散发出大量的热能，由于通信设备对工作环境的要求较高，现有机房大多采用空调进行机房温度、湿度的制冷调节且机房空调大多被设置为制冷 18，或者自动 24，而且部分地区是全年开启浪费的现象较为严重。诸如此类的场所空调都不能根据季节、室外温度等环境因
9、素的变化而改变自身的工作状态和启动条件，不能远程设定空调的运行状态和启动条件，更不能利用时外的环境条件来改善室内的环境状态，造成了较大的能耗损失。空调若与其它的散热、送风与排风系统配合起来使用，节能的空间将是很大的，同时也给使用者营造了一个更加舒适的环境。本控制系统所研制的室内环境智能调节系统就能很好解决室内空气品质，较小能耗损失。(3)本控制系统的实施有助于加强绿色建筑标准的认证和推广力度绿色建筑以节能为突破口，全面推进节电、节水、节地、节材，从整体上提升我国建筑的资源节约水平。本控制系统的时候将有助于改进智能建筑的能耗衡量标准，使绿色建筑标准的认证具体化。(4)改善家居室内的空气品质随着科
10、学技术的进步和人们生活水平的提高，越来越多的人开始注重的美观和舒适，室内装修热不断的升温，豪华装饰越来越普遍。各种新型建筑材料、装修材料日用化学品进入住宅成为室内污染源，但空调的使用和普及使室内通风率比以前明显下降，造成住宅室内污染的累积，致使室内的空气质量严重恶化。在自然通风不能满足需要的时候，往往可以通过机械通风方式来改善室内的热环境和空气品质。本文所论述的机械通风方式不单纯指厨房和卫生间的短时排风，而是以改善室内空气品质为主要目的的通风方式。世界卫生组织“健康住宅”标准的巧条里面有 8 条根室内空气质量有关这些是提高生活品质的主要标志：节约能源，建筑节能是关系到我国可持续发展的必由之路。
11、关着窗子要新风，通风还要不耗能，是国内外解决建筑节能的一致目标。消除室内环境污染，让消费者住上达标房。近几年，室内环境质量问题引发的业主和开发商之间的纠纷时有发生，成为社会各界关注的焦点，社会要求制定相应法律3的呼声日益高涨。 室内空气质量标准已经正式发布了我国第一部室内空气质量标准(标准号:GB/T18883 一 2002)正式发布，并于 2003 年 3 月 1 日正式实施。该标准与国家标准委以前发布的民用建筑室内环境污染控制规范 、10 种室内装饰装修材料有害物质限量标准共同构成了一个比较完整的室内环境污染控制和评价体系，为广大消费者解决室内污染难题提供了有力的依据，也为装饰、餐饮等企业
12、的施工操作提供了规范文件。通风才是解决室内污染的好办法。虽然去除空气污染办法有多种，可以减少污染源，可以吸附杀灭，可以过滤和活性炭吸附，在特定场合下这些都是必需的解决方案。但是室内空气品质专家指出，改善室内空气质量的最有效的办法就是通风。大自然干万年营造出的新鲜空气人类根本无法复制。高品质的生活需要的不仅仅是污染达标的空气，而是需要新鲜、洁净、宁静、舒适的空气就像人们喜欢山涧海边的大自然空气一样。现在呼吸新鲜空气，耳根清静地在室内工作学习和生活，越来越成为都市人可望不可及的奢求。我国现在是世界第二大能源消耗国家，各种化石能源储藏量十分稀缺，国家领导己经把寻找能源放到了国家战略的重要位置。另一方
13、面节能是国家可持续发展的必由之路。我国能源总消费量中，建筑能耗所占的比例已从 1978 年的 10%上升到 2001 年的 27.45%。并在每年持续大幅度上升。数据表明我国建筑能耗中有 55%是采暖、空调能耗，这是一个极为庞大的数字，酒店、高档写字楼深切感受到暖通能耗在他们运营成本中的份量，通风节能己经变成一个刻不容缓的重大问题。建筑通风能耗相当于几十个三峡的发电量，非节约不可!通风节能需要概念创新和技术创新，室内通风不畅是现代城市的普遍现象，建筑通风节能又是缓解能源危机的必由之路。市场呼唤多元化的室内空气品质解决方案，更呼唤建立通风的新概念和新风行业的迅速发展。国际上建筑节能的重点都是放在
14、节约采暖和降温的能耗上，因此对与本控制系统类似的产品研制主要是室内通风设备，但是由于进口的室内通风设备价格比较昂贵，在国内一直没有得到大范围推广。目前，我国每年竣工房屋建筑面积约 20 亿平方米，新增房屋面积不断扩大。智能建筑工程的投资己占建筑工程总投资的 5%一 10%，全国每年智能建筑总投资约几十亿元，甚至达上白亿元，是世界上最大的智能建筑的建设市场。我国是世界上空调制造和使用的第一大国，每年新增中央空调机组 3 万多台，新4增空调末端设备 120 万多台，家用空调的使用量更是逐年增长，广东珠三角地区在全国又占首位。另外，目前我国的移动机房、基站主要使用领域的需求量也很客观为 10万套，未
15、来 40 万套，使用空调的需求量也非常大。本控制系统产品价格是进口同类进口产品的十分之一，其经济寿命期 8-10 年，目前处于寿命期的初期阶段，所有有很大的发展空间，其发展趋势显而易见的。本系统不仅可以与中央空调或单体家用空调进行配合使用，而也可以单独使用，功能可选、系统组成结构可选，灵活方便。家用式的使用方法和安装，合理的成本，本产品有着广阔的市场前景。1.2 课题研究主要内容本控制系统所研制的室内环境智能调节系统充分利用自然环境条件，通过对建筑物室内外温度、湿度、风速、光照度等的测量运行、比较、优化，进而控制送风、排风设备和窗及窗帘的状态，配合并联动空调，同时操作系统、设定与修改系统的运行
16、参数及空调的启动条件，达到智能调节建筑物室内环境的目的。研发的系统适用于多种场合，如使用中央空调的智能建筑(酒店、宾馆、大型写字楼等)、使用家用空调的办公室和住宅、无空调的办公室和住宅、无人值守的通信机房和基站等等多种需要调节室内环境的场所。本控制系统由监控管理计算机、控制器、遥控器、进风与排风设备、自动化窗及窗帘和温度、湿度、风速、光照度等传感器及软件性构成，为三级结构。第一级为中央管理计算机(PC 机)，实现系统的远程监视、报警、显示、存储、记录、操作等功能;第二级为控制器，采集、处理各类 I/O 信号，完成系统的控制功能:第三级为遥控器、传感器和各类风机等设备。第二级与第三级之间根据设备
17、的不同由串口、1/0 接口等实现信号的传递与处理。本控制系统研究开发的重点内容是系统的硬件设计和软件设计，其中控制器、遥控器等主设备和系统软件为自主研发，其它常规传感器、辅助设备等采用集成的方法实现。控制器由 89E58RD240-C-JE 单片机和若干个温度传感器、TLC2543A/D 转换器、继电器、报警和电源电路等组成，完成远程数据采集与控制，可以对多个测温点进行测量，温度传感器采集的数据传送给单片机进行数据处理。监控管理计算机为 PC 机，主要技术指标:CPU 为 PIV0=2.6GHZ、=80G 硬盘、17寸彩色显示器、标准键盘、256MB 内存、40XDCDROM，集成以太网通信接
18、口。完成系5统的操作、监视、报警、记录、存储和报表生产等管理功能。1.3 本文的组织结构本论文是围绕室内环境智能调节系统的研究与实现过程展开的。论文首先对涉及的数据采集及相关硬件设计进行研究探讨，然后对软件系统的设计与实现进行了详细的阐述。整篇论文组织结构如下:第一章 首先对系统进行整体的叙述，介绍了其现状、研究的意义、组织结构和课题来源。第二章 揭示了国内大部分的建筑室内污染状况堪忧。并提出了相应的控制算法来计算出室内所需的通风量，进而改善室内空气品质。第三章 对整个系统的总体构架、设计原则及其需要完成的功能做了系统的阐述。第四章 介绍了系统的硬件设计的一些基本原理知识和相关技术。首先系统的总体解决方案设计的基本内容、系统框图、以及单片机和传感器的选型等。第五章 集中对软件设计进行了具体阐述，包括系统需求分析，下位机软件设计实现、上位机软件设计实现。第六章总结了本文的成果，最后指出了本文还存在的问题以及今后的研究方向。
