空调控制系统的EDA实现

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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

elsif (temp_high=‘1’) then stvar

else stvar

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

when too_cold=>heat

when too_hot=>heat

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

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。