基于无线通信技术的热泵供热控制系统的研究

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现今世界,节能与环保问题越来越受到社会的广泛关注,采用清洁、可再生能源作为供热热源已成为研究领域的热点。热泵技术是一门新兴的制热技术,具有节能、高效、安全、免维护等优点,热泵实质上是一种热量提升装置,其在建筑物供热供暖中的作用越来越大,该应用向多机组布局、精确测控、集中网络化控制方向发展。ZigBee无线网络技术的采用,改进热泵供热系统运行方式,提高系统的自动化水平和性能。本课题对基于无线技术的热泵供热系统的研究,主要内容包括以下几个方面:第一章绪论部分,介绍了本课题的研究背景及意义,热泵技术及无线通信技术的概述,分析国内外供热现状,最后确定本课题的主要研究内容。第二章ZigBee技术及热泵控制系统方案设计部分,首先阐述了ZigBee技术,并分别对其协议栈结构、拓扑结构进行了分析,针对本系统的特点选择适合热泵控制系统的设备类型及网络拓扑结构,并设计了热泵无线控制系统的整体方案。第三章无线网络控制系统设计与实现部分,热泵无线网络系统设计主要为无线网络节点的软硬件设计,包括无线收发模块设计、微处理器模块的设计、电源管理模块、串口通信模块及无线网络的软件流程设计。另外设计主程序的软件框架,编写协调器和终端设备的程序,其中包括建立无线网络及设备加入无线网络、实现数据采集等。第四章热泵机组设计与实现部分,研究了整个热泵机组的硬件设计和控制过程,包括热泵机组采集系统的软硬件设计与实现和对电子膨胀阀的模糊PID控制系统设计。系统采集部分实现对整个热泵机组运行状态的监控,便于系统的维护;电子膨胀阀的模糊PID控制系统设计主要是对模糊控制器的设计,通过研究给出电子膨胀阀模糊变量的隶属度函数、模糊控制规则等,实现了根据蒸发器过热度偏差、其偏差变化量及实践经验来确定PID的比例、积分、微分系数,可以实时修改PID参数。通过Simulink进行仿真研究,结果表明系统具有良好的动态性能。第五章系统测试部分,本文对无线网络节点在有无障碍物情况下的传输距离、协调器组建网络功能及热泵机组系统进行了测试,测试结果符合系统要求。该系统在国美大厦十七楼已经试运行,完成了阶段性的任务。热泵供热属于生态供热范畴,具有广阔的应用前景。采用热泵供热技术,对地区能源结构调整、治理大中城市环境污染,解决电力结构性过剩、促进供热供暖的可持续发展有着十分积极的意义。而ZigBee无线网络技术的采用,有效解决了有线网络硬件结构复杂、施工布线难度高等难题。
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