湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 張遠(yuǎn)念 邱 達(dá) 黃 碩 龔美鳳 羅 念

智能新風(fēng)系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)

湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 張遠(yuǎn)念 邱 達(dá) 黃 碩 龔美鳳 羅 念

為了降低基站能耗，設(shè)計(jì)了一套應(yīng)用邏輯算法控制基站內(nèi)的空調(diào)與風(fēng)機(jī)配合動(dòng)作，。利用算法可以有效的控制空調(diào)與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行關(guān)系，以達(dá)到節(jié)能的效果。該系統(tǒng)具有對(duì)基站溫度、濕度、空調(diào)開(kāi)關(guān)等檢測(cè)功能，具有風(fēng)機(jī)幾組、人機(jī)互動(dòng)控制功能。設(shè)置離線模式保證基站的穩(wěn)定運(yùn)作。

新風(fēng)系統(tǒng)；節(jié)能減排；離線模式

0　引言

隨著我國(guó)通信事業(yè)的不斷發(fā)展，通信基站數(shù)量快速增加，通信設(shè)備的數(shù)量也在逐漸增加。為了保證通信機(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)其工作環(huán)境也提出了更高的要求。通信機(jī)房一般采用空調(diào)來(lái)調(diào)節(jié)溫度，通信設(shè)備的增多，使得通信用電量快速增長(zhǎng)，耗能升高。為了實(shí)現(xiàn)通信基站節(jié)能降耗的目的，通過(guò)智能新風(fēng)系統(tǒng)，合理運(yùn)用算法。它可以有效地減少或調(diào)節(jié)空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的[1]。

1　系統(tǒng)工作原理

新風(fēng)系統(tǒng)在室內(nèi)室外均安裝了溫度濕度感應(yīng)器，可以根據(jù)核心控制器進(jìn)行室內(nèi)的溫度濕度和室外的溫度濕度進(jìn)行測(cè)量顯示，而后根據(jù)以設(shè)計(jì)好的邏輯算法進(jìn)行判斷，室外的新風(fēng)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，如果達(dá)到了就操控空調(diào)與風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)配合，利用空氣質(zhì)量交換和能量交換原理，依靠大量通風(fēng)有效地將基站內(nèi)的熱量迅速向外遷移，通過(guò)安裝在機(jī)房的進(jìn)風(fēng)機(jī)將外界較冷的空氣引入，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)散熱，有效控制機(jī)房?jī)?nèi)部溫濕度。該系統(tǒng)可根據(jù)不同的室內(nèi)外溫濕度及其他環(huán)境條件與空調(diào)聯(lián)動(dòng)，減少空調(diào)使用時(shí)間，減少或取消備用空調(diào)配置，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗[2]。

2　新風(fēng)系統(tǒng)紅外算法學(xué)習(xí)模塊

紅外學(xué)習(xí)模塊由紅外發(fā)射、紅外接收和紅外存儲(chǔ)等功能?？照{(diào)發(fā)出紅外載波由紅外接收器接受再由存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。當(dāng)需要時(shí)從存儲(chǔ)器讀取相關(guān)代碼對(duì)空調(diào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。

紅外遙控信號(hào)采用二進(jìn)制代碼，利用代碼信號(hào)去調(diào)制固定頻率的載波信號(hào),再利用此載波信號(hào)去控制紅外信號(hào)的發(fā)送。經(jīng)紅外頭接收、放大、檢波、整形,得到TTL電平的代碼信號(hào),經(jīng)單片機(jī)譯碼并執(zhí)行,從而控制指定對(duì)象[3]。

NEC遙控指令的數(shù)據(jù)格式為同步碼、地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼。同步碼由一個(gè) 9ms的低電平和一個(gè) 4.5ms的高電平組成。地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼均是8位數(shù)據(jù)。按照低位在前，高位在后的順序發(fā)送。反碼增加傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

第一步：接收空調(diào)紅外遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)，然后從引導(dǎo)碼開(kāi)始逐位的接收數(shù)據(jù)，每8位裝到一個(gè)數(shù)組中，得到的32位數(shù)據(jù)就是空調(diào)開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)之一。

第二步：將已經(jīng)接收的一個(gè)開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)裝進(jìn)存儲(chǔ)器中，判斷學(xué)習(xí)按鍵是否按下，如果按下，單片機(jī)將會(huì)把紅外接收器接收到的信號(hào)寫(xiě)到存儲(chǔ)芯片上。

第三步：當(dāng)某臺(tái)空調(diào)需要開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，單片機(jī)會(huì)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心選取它所對(duì)應(yīng)的控制代碼，進(jìn)行讀操作，然后進(jìn)行發(fā)射操作，使用ATmega32模擬PWM波輸出，可以得到38khz的載波，將存儲(chǔ)器中取出的控制代碼進(jìn)行編輯，將它寫(xiě)到38khz上逐位的再發(fā)射出去。如圖1所示。

圖1　紅外學(xué)習(xí)功能程序流程圖

3　控制邏輯管理

圖2　整體通訊圖

IFCU1：室內(nèi)溫濕度檢測(cè)TIO1、HO1

IFCU2：室外溫濕度檢測(cè)TIO2、HO2

EFCU1：室內(nèi)進(jìn)風(fēng)口溫度檢測(cè)TEI1

EFCU2：室外排風(fēng)口溫度檢測(cè)TEI2

表1　溫度與新風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)照表

邏輯控制要點(diǎn)：

（1）通信模塊每輪詢(xún)完一圈，計(jì)算一次室內(nèi)溫度，那么室內(nèi)溫度TIn =（TIo1+ TEI1）/2，室外濕度HIn=HO1 ，計(jì)算前先判斷TIo1和TEI1的有效性（＞-30且＜50），無(wú)效值不進(jìn)行計(jì)算；同理室外溫度TO=（TIO2+ TEI2）/2，室外濕度HO=HO2 ，對(duì)室外溫度有效性參照室內(nèi)進(jìn)行判斷。

（2）系統(tǒng)邏輯控制采用狀態(tài)機(jī)方式，空調(diào)和風(fēng)機(jī)的動(dòng)作就是在不同狀態(tài)機(jī)之間運(yùn)轉(zhuǎn)，

空調(diào)狀態(tài)機(jī)如下：

關(guān)閉空調(diào)：Status1(01)

開(kāi)啟一臺(tái)空調(diào)制冷：Status2(02)

開(kāi)啟一臺(tái)空調(diào)制熱：Status3(03)

風(fēng)扇狀態(tài)機(jī)如下：

關(guān)閉風(fēng)扇：Status1(01)

開(kāi)啟風(fēng)扇：Status2(02)

（3）當(dāng)室內(nèi)溫度從一個(gè)狀態(tài)機(jī)進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)機(jī)，連續(xù)判斷5次，如果連續(xù)5次都處于新的狀態(tài)機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，否則不動(dòng)作。

（4）空調(diào)狀態(tài)與風(fēng)扇狀態(tài)保持互鎖，當(dāng)空調(diào)不為關(guān)閉空調(diào)狀態(tài)時(shí)，即Status1，風(fēng)扇狀態(tài)將一直保持為關(guān)閉風(fēng)扇狀態(tài)。

（5）系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)最小關(guān)機(jī)運(yùn)行時(shí)間，本系統(tǒng)設(shè)置為10分鐘，系統(tǒng)最小關(guān)機(jī)運(yùn)行時(shí)間可設(shè)置為5～30分鐘。

（6）本系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行分為兩個(gè)階段

a)無(wú)級(jí)調(diào)速階段

風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度22℃，可將22℃～28℃溫度區(qū)間均分為3個(gè)區(qū)間，當(dāng)室內(nèi)溫度位于相應(yīng)區(qū)間，就對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

b)全速運(yùn)行階段

當(dāng)溫度達(dá)到28℃風(fēng)機(jī)開(kāi)始全速運(yùn)行。

4　離線工作模式

當(dāng)系統(tǒng)中某一個(gè)單元通信斷后，各單元板按照預(yù)先設(shè)計(jì)的工作模式工作，對(duì)風(fēng)機(jī)和空調(diào)繼續(xù)保持控制。離線工作模式有節(jié)能模式、安全模式與手動(dòng)操作模式[4]。

TCU邏輯控制算法：當(dāng)系統(tǒng)配置子單元中出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)通信斷告警，設(shè)定10分鐘的延時(shí)計(jì)數(shù)器，如果10分鐘后通信斷開(kāi)的子單元未恢復(fù)正常通信則進(jìn)入離線模式管理，通知未通信斷的單元進(jìn)入離線模式。

（1）節(jié)能模式

1）FCU與TCU通信斷，TCU通知ACU進(jìn)入離線

FCU在15分鐘內(nèi)沒(méi)有收到MCU的數(shù)據(jù)，F(xiàn)CU根據(jù)自身溫度傳感器判斷室溫檢測(cè)點(diǎn)溫度大于25度時(shí)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，小于20度時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)；ACU收到TCU“進(jìn)入離線模式”命令便立即關(guān)閉空調(diào)。

2）ACU與TCU通信斷，TCU通知FCU進(jìn)入離線

ACU在10分鐘未收到TCU數(shù)據(jù)后，立即關(guān)閉空調(diào)；FCU收到TCU離線命令15分鐘后，F(xiàn)CU根據(jù)自身傳感器判斷室溫檢測(cè)點(diǎn)溫度大于25度時(shí)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，小于20度時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

（2）安全模式

1）ACU與TCU通信斷，TCU通知FCU進(jìn)入離線

ACU在10分鐘內(nèi)沒(méi)有收到TCU的數(shù)據(jù)，ACU關(guān)閉所有空調(diào)30分鐘；每4分鐘檢測(cè)一次空調(diào)狀態(tài)，若有空調(diào)開(kāi)機(jī)，則再次下發(fā)關(guān)空調(diào)的紅外信號(hào)和輸出干接點(diǎn)動(dòng)作，30分鐘重新計(jì)時(shí)；關(guān)閉空調(diào)30分鐘后ACU根據(jù)空調(diào)口溫度控制空調(diào)，若不需要開(kāi)啟空調(diào)，則再次進(jìn)入關(guān)閉空調(diào)30分鐘階段；若需要開(kāi)啟空調(diào)，則開(kāi)啟后維持235分鐘重復(fù)上面動(dòng)作；FCU收到TCU進(jìn)入離線模式命令則關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

2）FCU與TCU通信斷，TCU通知ACU進(jìn)入離線

FCU在10分鐘內(nèi)沒(méi)有收到TCU的數(shù)據(jù)，F(xiàn)CU立即關(guān)閉風(fēng)機(jī)；ACU收到TCU進(jìn)入離線命令后，ACU關(guān)閉所有空調(diào)30分鐘；每4分鐘檢測(cè)一次空調(diào)狀態(tài)，若有空調(diào)開(kāi)機(jī)，則再次下發(fā)關(guān)空調(diào)的紅外信號(hào)和輸出干接點(diǎn)動(dòng)作，30分鐘重新計(jì)時(shí)；關(guān)閉空調(diào)30分鐘結(jié)束，ACU根據(jù)空調(diào)口溫度控制空調(diào)，若不需要開(kāi)啟空調(diào)，則再次進(jìn)入關(guān)閉空調(diào)30分鐘階段；若需要開(kāi)啟空調(diào)，則開(kāi)啟后維持235分鐘，重復(fù)上面動(dòng)作。

（3）手動(dòng)模式

在緊急情況下，工作人員在基站內(nèi)直接對(duì)空調(diào)或風(fēng)機(jī)操作，優(yōu)先級(jí)為最高。當(dāng)基站出現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障時(shí)，空調(diào)狀態(tài)為常開(kāi)。

5　總結(jié)

本文對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的算法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，算法合理運(yùn)用機(jī)房室內(nèi)外溫差形成熱交換，依靠大量的通風(fēng)有效地將機(jī)房?jī)?nèi)的溫度降低，從而使基站能夠正常工作。當(dāng)室外溫度較低時(shí)，使用新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)將室外冷空氣引入機(jī)房?jī)?nèi)對(duì)設(shè)備散熱[5]。同時(shí)引入了溫度、濕度、電壓保護(hù)保證新風(fēng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。引入了安全模式、節(jié)能模式和手動(dòng)模式，通過(guò)減少空調(diào)的工作時(shí)間達(dá)到節(jié)能目的。根據(jù)不同機(jī)房環(huán)境能夠節(jié)省機(jī)房空調(diào)能耗的40%～60%。

[1]范敦浩.移動(dòng)通信基站的電源和環(huán)境監(jiān)控[J].通信電源技術(shù),2000(3): 25-28.

[2]饒中浩,張國(guó)慶,等.通信基站空調(diào)的智能型綜合節(jié)能系統(tǒng)研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn),2008,5(12):26-28.

[3]Report linker adds green mobile networks & base stations:Strategies Scenarios & Forecasts 2009-2014.2009,2.

[4]Report linker adds green mobile networks & base stations:Strategies Scenarios &Forecasts 2009-2014(2009,Dec 02).PR News wire.

[5]蔣青泉.通信網(wǎng)絡(luò)能耗分析與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,40(2):464-470.