2、硬件电路设计

2.1、风阀与水阀执行电路的设计

本控制器将温度、湿度、CO2传感器检测到的模拟信号经放大器、A/D转换送入单片机，与设定值进行比较，由单片机发出控制信号给D/A转换器，经过放大驱动后控制空调的送风阀门和水阀如图1。

图1 风阀与水阀执行电路

2.2、温度、CO2浓度信号检测电路：

温度传感器选用DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器，DS18B20是单总线数字温度传感器，可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理，在一条总线上可挂接多个DS18B20芯片，是只有一个总线命令者和一个或多个从者组成的计算机应用系统。 DS18B20性能特点：采用单总线专用技术。既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度数字量（9-12位二进制数，含1位符号位，可由编程决定具体位数）;测温范围为-55℃～+125℃，测量分辨率为0.5℃，最高可达0.0625℃，内含64位经过激光修正的只读存储器ROM;适配各种单片机或系统机。 用户可分别设定温度的上、下限;供电方式有两种：①外加电源电压为3.0～5.5V ②寄生电源。

本系统采用红外式的CO2浓度传感器。这种传感器具有对CO2高敏感性，结构紧凑，对湿度低依赖性，测量范围为0～2000ppm，输出0～4vDC，供给电压5vDC。多应用于屋内、公共场所空气质量检测控制如图2。

图2 温度、二氧化碳浓度检测电路

3、仿真与实验

3.1系统模型建立

上述被控对象的模型包括空调房间模型方程、冷冻水管路模型方程和送风系统模型方程，模型中各参数的意义如下： hW—液态水焓值，T0—室外温度，hfg—水蒸气焓值，T2—送风温度，Vhe—热交换器容积，T3—室内温度，V3—房间体积，f—送风风速，W0—室外空气含湿量，gpm—冷冻水流量，W2—送风空气含湿量，M0—房间湿负荷，W3—室内空气含湿量，Q0—房间显热负荷，Cp—空气比热，ρ—空气密度。

3.2、系统在Matlab环境下进行控制系统仿真

为了便于在Matlab/Simulink环境下进行预测控制效果仿真研究，网络模型须采用能够被Simulink调用的语言编写。有两个途径可以实现：一种是利用Matlab提供的S功能，编写S程序供Simulink仿真程序调用。另一种方法是直接用Simulink模块搭建网络模型。为了便于在仿真过程中实时调整和修改，本文采用Simulink模块构造可视化的神经网络模型，图3为加空调房间温度Simulink神经模型。模型中模块u,y为系统输入，经延迟变换输入为

;模块yhat为模型系统输出，即空调房间的温度。

图3空调房间温度Simulink神经模型

对于该区域房间从旱晨8时到傍晚20时对HVAC系统进行控制，在此过程中假设负荷随外在环境不断变化，仿真结果如图4所示，图中横坐标轴为时间，纵坐标轴取室内空气温度（℃）和室内空气相对湿度（%）。

图4室内温度、湿度控制仿真结果

由图4可知，房间的温度在人们日常的工作时段内基本维持在24℃一27℃之间，相对湿度也保持在45%一60%之间，可以做到随外部环境参数的变化实时调整，既满足了舒适性的要求，又满足了节省能耗的目的。能够克服干扰和不确定性的影响，具有较好的鲁棒性。利用人工神经网络技术，建立的表征人体热舒适感的PMV指标的预测模型具有很高的准确度，可以对PMV指标进行实时预测，在此基础上可以进一步实现基于PMV指标的空调系统实时控制，从而创造更加舒适健康的室内环境。

4、结束语

变风量空调系统的控制方法很多，各种新风量的确定和控制方法都有自身的优缺点，变风量空调系统也是一种先进的空调方式，在变风量空调系统中新风量是一个很重要的技术参数，它对系统的节能效果如何以及室内空气质量好坏都有非常大的影响。本系统充分考虑到室内空气质量和节能问题，与传统的固定新风量的控制方法比较，在保证室内空气品质不变的前提下，这种控制方法有潜在的节能效果。