時間：2023-01-24 03:52:58
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論文摘要：自動控制原理課程不僅是控制類專業(yè)而且是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。主要介紹了自動控制原理課程建設(shè)與改革的實踐和體會?？偨Y(jié)了教學(xué)、教改工作中所取得的成果，提出了一些具體做法和措施，著重對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系的整合和優(yōu)化以及實驗內(nèi)容、實驗教學(xué)方法與實驗組織方式進行了討論，旨在突出教學(xué)重點，增強學(xué)生的動手能力，提高教學(xué)質(zhì)量。實踐證明，效果良好，并對該課程的進一步改革提出了一些設(shè)想。
論文關(guān)鍵詞：自動控制原理教學(xué)改革教學(xué)質(zhì)量
引言
自動控制理論發(fā)展的歷史并不長，從二十世紀三十年代開始，不過幾十年的發(fā)展，而真正進入高等學(xué)校課程還是二十世紀五六十年代。它的出現(xiàn)給高等教育注入了新的活力，目前這門理論課程已是控制類和電子信息類專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是一門知識覆蓋面廣、課程內(nèi)容多、更新發(fā)展快且應(yīng)用性很強的課程，該課程對學(xué)生建立系統(tǒng)和工程的概念具有十分重要的意義。
1改革教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量
隨著控制理論的發(fā)展和計算機技術(shù)的應(yīng)用，新的控制方法和控制手段也越來越多，為了適應(yīng)時代要求，根據(jù)本科專業(yè)培養(yǎng)目標和專業(yè)特點，我們對自動控制課程的內(nèi)容進行了重新整合，選用優(yōu)秀教材，制定了新的教學(xué)大綱、實驗大綱和考核大綱。適時地把一些新內(nèi)容、新的教學(xué)成果、應(yīng)用實例融合到教學(xué)內(nèi)容中，做到課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進性相結(jié)合，把握經(jīng)典與現(xiàn)代、本課程與其他相關(guān)課程內(nèi)容的關(guān)系處理。大幅度減少了學(xué)時數(shù)，將經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論結(jié)合起來講授，重點講解控制理論的基本知識及應(yīng)用，理清思路，了解方法，增強系統(tǒng)性。
自動控制原理的教學(xué)內(nèi)容有一條主線：系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計。圍繞這條主線，把教學(xué)內(nèi)容劃分為六大塊：自動控制的一般概念、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)的分析、系統(tǒng)的設(shè)計、采樣控制系統(tǒng)的分析和非線性系統(tǒng)的分析。對于系統(tǒng)分析是重點講解部分，介紹了各種分析方法：時域分析法、根軌跡法、頻域分析法，狀態(tài)空間法等，進行有關(guān)系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)分析，以及能控性和能觀性分析；在系統(tǒng)設(shè)計這一重點部分的講解中，介紹了根軌跡設(shè)計法、頻域設(shè)計法和狀態(tài)控制設(shè)計法，與系統(tǒng)分析相呼應(yīng)，使學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中，圍繞“系統(tǒng)分析和設(shè)計”這條主線進行，做到舉一反三，從而對自動控制理論有一個完整清晰的理解。
在分析設(shè)計這個主線下，以穩(wěn)定性指標為輔線。在各個有關(guān)章節(jié)的小結(jié)中對穩(wěn)定性都予以重點討論，通過對各種穩(wěn)定性判斷方法的分析，把前后的知識點加以銜接聯(lián)系，并綜合應(yīng)用。
在講清系統(tǒng)物理概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程內(nèi)容，引入先進的計算機輔助教學(xué)手段。將Matlab軟件在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用引人課堂教學(xué)，在諸多課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中實現(xiàn)了Matlab仿真演示，增強了學(xué)生對抽象理論的感性認識，收到了良好的教學(xué)效果。
為體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的先進性、科學(xué)性和前沿性，引導(dǎo)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的興趣，對目前控制理路研究的熱點和發(fā)展趨勢作一些簡要介紹，如模糊控制、智能控制等。
2改革教學(xué)方法，提升教學(xué)手段
自動控制原理對學(xué)生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運用能力、數(shù)—形結(jié)合能力有一定的要求，并需具有扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)常會感到困難而產(chǎn)生畏難情緒，影響學(xué)習(xí)效果。因此，改革傳統(tǒng)教學(xué)方法和教學(xué)手段，進而提高教學(xué)質(zhì)量，是課程改革的重中之重
2．1采用現(xiàn)代教育技術(shù)與手段提高教學(xué)效果
在以信息、知識爆炸為特征的今天，傳統(tǒng)的教學(xué)手段以不能適應(yīng)時代的需要，教學(xué)手段的改革勢在必行。在《自動控制原理》課的多媒體教學(xué)實踐中，我們努力探索如何使多媒體這一先進的教學(xué)手段更好地服務(wù)于課堂教學(xué)。開發(fā)了《自動控制原理多媒體課件》、(Mat—lab仿真軟件包》等CAI課件，．采樣了多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方法，既充分利用了多媒體教學(xué)的生動、逼真、容量大的優(yōu)點，又充分利用了板書教學(xué)的嚴謹性、邏輯性強的優(yōu)點。實踐證明，這一方法取得了良好的教學(xué)效果，受到了學(xué)生的認可，對教學(xué)質(zhì)量的提高起了一定的積極作用。轉(zhuǎn)貼2．2加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增強學(xué)生的動手能力
注重實踐能力的培養(yǎng)，堅持理論聯(lián)系實際的原則，加強學(xué)生動手訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生對新知識的理解，僅僅通過課堂講解還很不夠，必須通過實踐教學(xué)這一環(huán)節(jié)，使學(xué)生對知識有一個感性認識。
實踐教學(xué)是提高學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的重要途徑，在教改過程中，我們加強實驗室建設(shè)，徹底改造了原有的實驗內(nèi)容，開發(fā)了綜合設(shè)計實驗及課程設(shè)計，目的在于通過實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用控制理論的方法解決實際問題、將實際問題抽象為理論問題的能力。實驗只提目標和要求，沒有詳細的實驗步驟和實驗電路圖。學(xué)生根據(jù)個人情況自主選擇難度等級不同的實驗，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，獨立完成系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)搭建和調(diào)試，記錄原始數(shù)據(jù)和圖形，寫出實驗報告。所有這些都極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，鞏固了課程理論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和獨立思考的能力，使其觀察、分析和解決問題的能力都有很大的提高。
為了加強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，在教學(xué)過程中還增加了課程設(shè)計這一教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計，使學(xué)生了解到了Matlab軟件在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的知識面，加深學(xué)生對(lf動控制原理》這門課程的基本概念，基本的分析方法及設(shè)計方法的理解。
3以教學(xué)推動科研，以科研促進教學(xué)
對于普通高等教育來說，教學(xué)固然重要?？蒲幸膊豢梢院鲆?。教學(xué)和科研是相輔相成的兩個方面，兩者不可分割。從自動控制理論來講，它近幾十年才建立起來，與工程實際聯(lián)系較廣，特別是在發(fā)展過程中，數(shù)學(xué)和計算機起了很大的作用，成為控制理論的重要工具。因此可以說，控制理論是工程與數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)相互作用的前沿。在教學(xué)中講授理論知識的同時，可以增加一些與科研結(jié)合的內(nèi)容，如在同學(xué)中選一些成績較好，對科研又有一定興趣的同學(xué)，參加有關(guān)教師的科研項目，也可為學(xué)生科技活動中心提供一些課題，指導(dǎo)學(xué)生參與科研。這樣，一方面調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，另方面，也可為科研活動的開展打好基礎(chǔ)。學(xué)生通過參與科研，學(xué)習(xí)興趣更加濃厚了，求知的欲望更強了。
4下一步改革設(shè)想
該課程的教學(xué)改革已在我校實施。取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生的基本知識、專業(yè)能力、實踐技能乃至學(xué)習(xí)興趣等。都較以往有較大的提高。教學(xué)改革的路子還很長。尚需繼續(xù)探索和實踐，使之不斷完善，下一步改革的設(shè)想有四點：
(1)從課程的實際及教學(xué)規(guī)律出發(fā)，以培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐技能為宗旨，真正探索出一種新的實踐教育模式。
關(guān)鍵詞：全英文教學(xué)；自動控制原理；教學(xué)方法
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）03-0219-02
自動化技術(shù)在社會生產(chǎn)和生活中具有廣泛的應(yīng)用，自動化專業(yè)教育具有巨大的市場需求?！蹲詣涌刂圃怼氛n程是自動化專業(yè)的主干課程之一，并且此課程是后續(xù)自動化專業(yè)課程的基礎(chǔ)。該課程傳授反饋控制系統(tǒng)的最基本概念以及反饋控制系統(tǒng)分析設(shè)計最基礎(chǔ)的思路方法，是自控專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)的基石。隨著經(jīng)濟全球化和中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，外企在中國投資和中國企業(yè)走向國際已經(jīng)成為現(xiàn)實。這種現(xiàn)狀使得高科技人力資源在不同國家流動的趨勢越來越強。中國大學(xué)留學(xué)生數(shù)目以及中國高校畢業(yè)生使用英語在外企和國外工作的數(shù)目呈不斷上升趨勢，中國大學(xué)與英語國家的校級交流也越來越多，這些變化都使得中國大學(xué)教育對全英文專業(yè)課程教學(xué)的需求越來越大[1-3]。全英文《自動控制原理》課程就是為了適應(yīng)這種教育國際化的形式而設(shè)置的。目前中國大學(xué)教育處于走向國際化的初步階段，探索并交流適應(yīng)現(xiàn)階段形式的全英文課程教學(xué)方法提高全英文教學(xué)質(zhì)量是非常必要的。
一、課程特點與教學(xué)對象分析
《自動控制原理》課程是一門理論性非常強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，面向電類專業(yè)中國本土學(xué)生和留學(xué)生開設(shè)。該課程對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識要求比較高，課程用全英文開設(shè)，還需要學(xué)生具有較強的英文聽力和閱讀理解力，作業(yè)和實驗報告等需要學(xué)生有較強的英語書面表達能力。該課程設(shè)有實驗環(huán)節(jié)，在有留學(xué)生參與的實驗小組進行系統(tǒng)分析與設(shè)計的團隊工作，不僅需要學(xué)生有較強的實驗操作能力還需要學(xué)生具有良好的專業(yè)英語口頭溝通能力?！蹲詣涌刂圃怼氛n程是自控專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在大學(xué)三年級上半年開設(shè)，是其他自控專業(yè)課的基礎(chǔ)，只有很好地理解和掌握控制原理的基礎(chǔ)知識，才能繼續(xù)學(xué)習(xí)好后續(xù)的其他專業(yè)課。目前我校留學(xué)生人數(shù)雖然呈上升趨勢但絕對數(shù)量還不是很多，全英文教學(xué)班一般由本土學(xué)生和來自非洲、歐洲、美國、亞洲等不同地區(qū)的留學(xué)生組成。由于學(xué)生們的背景不同，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、英語程度、接受能力、思維習(xí)慣和特點都具有一定的差異。一般來講，本土學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好一些，英語閱讀能力較強，但因生活環(huán)境為中文，英語聽力理解能力相對閱讀能力弱一些；對于母語不是英語的留學(xué)生，因其有限的英語程度，在課程學(xué)習(xí)和交流中具有一定困難。從已開設(shè)的英文課來看，一般留學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對中國學(xué)生弱一些。對來自不同背景學(xué)生進行自控原理的教學(xué)，如何因材施教，具有一定的挑戰(zhàn)性。
二、教學(xué)組織與方法
面向不同背景的學(xué)生來源開展《自動控制原理》的全英文教學(xué)，要保證提高教學(xué)質(zhì)量，必須從師資配備、教學(xué)對象認識、教學(xué)組織、教材選擇、教輔資料與軟件工具選擇、實驗安排等方面全方位地合理安排。全英文教學(xué)應(yīng)該從教學(xué)對象背景的需求出發(fā)，在注重知識傳授、能力培養(yǎng)的同時，要特別注意教學(xué)交流質(zhì)量的提高，以達到知識傳授、能力培養(yǎng)的目的。
1.教學(xué)團隊的素質(zhì)。自控原理的全英文教學(xué)，涉及數(shù)學(xué)及專業(yè)知識的傳授、使用英語的溝通，在教學(xué)對象來源差異較大的情況下，對教學(xué)團隊的素質(zhì)要求比較高。（1）教師英語能力基礎(chǔ)及保持：全英文授課的教師，一般應(yīng)具較強的責(zé)任心，具有較好的英語口語表達能力。盡管有些老師有海外學(xué)習(xí)經(jīng)歷，全英文任課老師由于一般工作在中文語境中，也要注意英語聽說能力的保持。（2）專業(yè)知識及其應(yīng)用能力：《自動控制原理》課程是一門比較傳統(tǒng)和基礎(chǔ)的課程，任課老師一般都學(xué)習(xí)過此門課程。因此老師對相應(yīng)的知識點都比較熟悉，但對于課程知識的應(yīng)用還需予以加強。教師應(yīng)該有課程相關(guān)的比較全面系統(tǒng)的知識背景，不僅可以講述課程的知識點，也能夠講述知識點之間的相互聯(lián)系以及知識點的應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用方法及應(yīng)用工具，使學(xué)生不僅獲得課程的知識點，還獲得關(guān)于知識應(yīng)用方面的技巧。（3）面向教學(xué)對象的教學(xué)方法：課程教學(xué)的效果取決于課程教學(xué)的方法。一般教學(xué)方法由理論學(xué)習(xí)和課堂經(jīng)驗積累兩種途徑獲得。教學(xué)方法沒有絕對的好與不好，關(guān)鍵的是教學(xué)方法要適用于教學(xué)對象。因此除了一般教學(xué)方法的掌握，教師還要在教學(xué)實踐中注意收集學(xué)生對教學(xué)的反饋意見，不斷積累總結(jié)教學(xué)方法及其適用對象。（4）教師的組織與溝通能力：主講教師是課程的負責(zé)人，全面負責(zé)助教、實驗指導(dǎo)老師和學(xué)生之間的工作安排和溝通。教師應(yīng)該在第一節(jié)課收集所有學(xué)生的聯(lián)系信息，包括留學(xué)生的國籍，并向?qū)W生公布課程助教、實驗指導(dǎo)老師的聯(lián)系方式，保證課程參與者的雙向溝通。
2.課程教材與輔助材料：（1）課程教材的選擇要考慮到教學(xué)對象，選擇難易適中的教材。在本課程的實踐中，為了滿足不同層次學(xué)生的需要，為學(xué)生推薦了一組具有不同特點的教學(xué)參考書。在參考書中有相對比較深的教材滿足專業(yè)和英語基礎(chǔ)比較好、好奇心上進心比較強的學(xué)生；也有參考書比較深入淺出，易于理解，滿足基礎(chǔ)相對弱的同學(xué)?？紤]到中國本土學(xué)生將來也有可能在中國企業(yè)工作，本課程推薦了具有中文翻譯版的英文原版經(jīng)典教材，便于學(xué)生能在課后了解專業(yè)詞匯的中文表達，也幫助英文程度差但具有一定中文語言能力的學(xué)生對課程的理解。另外本課程為學(xué)生提供控制原理主要貢獻者的生平介紹，幫助學(xué)生理解一些控制原理產(chǎn)生的背景，讓學(xué)生們學(xué)習(xí)該領(lǐng)域大師的創(chuàng)新精神。（2）教學(xué)輔助資料與工具的提供可以幫助學(xué)生理解復(fù)習(xí)課堂教學(xué)的內(nèi)容。本課程為學(xué)生提供中英文對照專業(yè)詞匯，幫助學(xué)生對課程的理解和掌握，并能使用英文專業(yè)詞匯進行作業(yè)和實驗報告的表達。自控原理是一門對數(shù)學(xué)要求比較高的課程，可以把一些課程常用的數(shù)學(xué)公式表，如拉普拉斯變換表等，作為輔助材料提供給學(xué)生。本課程還在課程網(wǎng)頁上提供全部課程的英文錄像，如果學(xué)生在上課時沒有完全消化，可以在課后自己觀看相關(guān)課程錄像，理解和消化上課的內(nèi)容。
3.課堂教學(xué)方法。課堂教學(xué)是課程知識傳授的主要環(huán)節(jié)，直接影響到最后的教學(xué)效果。教師在英文課堂教學(xué)中，要注重以下環(huán)節(jié)：（1）任課老師的課堂表達：教師上課應(yīng)注意循序漸進，深入淺出，板書要整潔明了。語言采用簡單明了、易于理解的句型?？紤]到班級里有英語聽力不太好的學(xué)生，上課語速要適中，并配有相應(yīng)的關(guān)鍵字板書或多媒體演示稿，以補充學(xué)生由于聽力原因造成的信息損失。發(fā)放多媒體演示稿關(guān)鍵部分的紙質(zhì)打印件，方便學(xué)生做課堂筆記。教師上課應(yīng)該基礎(chǔ)部分簡單清晰、教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有擴展性，同時注重介紹知識的應(yīng)用環(huán)境，既要照顧到基礎(chǔ)較差的學(xué)生，也應(yīng)滿足綜合能力強的學(xué)生的需求。（2）課堂教學(xué)的互動與反饋：由于該課程理論性強，對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，大部分學(xué)生使用第二語言第一次接觸新的概念，如果沒有進行足夠時間的預(yù)習(xí)很難在課堂上使用英語主動提出問題。而電類專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)比較繁重，一般沒有時間做足夠的預(yù)習(xí)。教師可以圍繞課程內(nèi)容，設(shè)計課堂討論題目，采用分組課堂練習(xí)的形式，一般為二到三人一組，學(xué)生可以互相討論，加強對所學(xué)概念方法的理解，教師在學(xué)生練習(xí)時，巡回檢查，期間學(xué)生可以向老師詢問不懂之處。這種形式的全英文互動，既減少了學(xué)生的表達壓力，又能達到互動反饋教學(xué)效果的作用，非常受學(xué)生歡迎，教師也能及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生難于理解的知識點。
4.課程實驗。課程實驗是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生通過實驗可以加深對課堂知識的理解，并掌握理論知識的應(yīng)用方法。為保證實驗質(zhì)量，首先要向?qū)W生提供清晰的實驗指導(dǎo)書，在實驗分組時應(yīng)避免將留學(xué)生分在一組，而是將中國本土學(xué)生與外國學(xué)生搭配開來，加強留學(xué)生與中國學(xué)生相互交流學(xué)習(xí)，幫助留學(xué)生融入本土學(xué)習(xí)環(huán)境，克服由于外國學(xué)生對環(huán)境的不熟悉造成的工作障礙，順利完成課程實驗任務(wù)。實驗報告也是課程實驗的重要組成部分，要求學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行有效處理，對實驗現(xiàn)象運用課程理論知識進行詳細分析、解釋。
5.課程學(xué)習(xí)質(zhì)量的監(jiān)控與評估。學(xué)生課程學(xué)習(xí)質(zhì)量的監(jiān)控分課堂學(xué)習(xí)評估、課程階段學(xué)習(xí)評估和課程學(xué)體評估。課堂學(xué)習(xí)評估主要通過課堂練習(xí)來進行。教師通過學(xué)生課堂練習(xí)的情況，評估學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的質(zhì)量，改善課堂教學(xué)效果。課程階段學(xué)習(xí)評估主要通過階段小測驗來進行，通過階段小測驗可以測試學(xué)生對一個階段所學(xué)知識的綜合運用能力。課程學(xué)體評估包括學(xué)生的課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況、小測驗情況以及實驗情況和期末考試，是學(xué)生整個課程學(xué)習(xí)過程的綜合評估。期末考試內(nèi)容應(yīng)該含概課程基礎(chǔ)知識、課程知識靈活應(yīng)用和課程知識綜合運用等層次，以測試不同層次學(xué)生掌握課程知識的情況。
現(xiàn)階段全英文專業(yè)課程教學(xué)在中國大學(xué)尚屬于初步發(fā)展階段，本文主要討論全英文自控原理課程的教學(xué)特點與方法。論文分析了全英文課程班的學(xué)生組成和特點，闡述了自控原理全英文課程的教學(xué)質(zhì)量保證的關(guān)鍵措施及經(jīng)驗，為中國大學(xué)全英文專業(yè)課程的發(fā)展提供參考。
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關(guān)鍵詞：自動控制風(fēng)機盤管變風(fēng)量系統(tǒng)制冷裝置新風(fēng)機組恒溫控制器電動閥
一、工程概況：
本空調(diào)工程全部采用吊頂暗裝風(fēng)機盤管加獨立新風(fēng)系統(tǒng)。室內(nèi)風(fēng)機盤管承擔(dān)全部的室內(nèi)冷負荷和濕負荷，新風(fēng)機組把引入的室外新風(fēng)處理到室內(nèi)焓值，再按需求分配到各個房間。按舒適性空調(diào)設(shè)計，采用露點送風(fēng)。系統(tǒng)冷熱源選用風(fēng)冷式空氣源熱泵，安置于天臺上。空調(diào)水系統(tǒng)采用一次泵定水量系統(tǒng)，雙管制，閉式循環(huán)。系統(tǒng)主機采用遠程控制，各房間的風(fēng)機盤管可單獨控制調(diào)節(jié)。
二、空氣房間溫度自動控制是通過接通或斷開電加熱器，以增加或減少精加熱器的熱量，而改變送風(fēng)溫度來實現(xiàn)的。
空調(diào)溫度自動控制系統(tǒng)常用的改變送風(fēng)溫度方法有：控制加熱空氣的電加熱器，空氣加熱器（介質(zhì)為熱水或蒸汽）的加熱量或改變一、二次回風(fēng)比等。室溫控制規(guī)律有位式、比例、比例積分、比例積分微分以及帶補償與否等幾種。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)室溫允許波動范圍大小的要求，被控制的調(diào)節(jié)機構(gòu)及設(shè)備形式，選配測溫傳感器、溫度調(diào)節(jié)器及執(zhí)行器，組成溫度自動控制系統(tǒng)。
（1）控制電加熱器的功率
控制電加熱器的功率來控制室溫的系統(tǒng)，其原理圖及方框圖見下
①是室溫位式控制方案，由測溫傳感器TN，位式溫度調(diào)節(jié)器TNC，及電接觸器JS組成。當(dāng)室溫偏離設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器TNC輸出通斷指令的電信號，使電接觸器閉合或斷開，以控制電加熱器開或停，改變送風(fēng)溫度，達到控制室溫的目的
②是室溫PID控制方案，由測溫傳感器TN，PID溫度調(diào)節(jié)器TNC及可控硅電壓調(diào)整器ZK組成，可實現(xiàn)室溫PID控制。
（2）控制空氣加熱器的熱交換能力
控制進入空氣加熱器熱媒流量的室溫控制系統(tǒng)及其原理如下：
該方案是由測溫傳感器TN，溫度調(diào)節(jié)器TNC，通斷儀ZJ及直通或三通調(diào)節(jié)閥組成。當(dāng)室溫偏離設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器輸出偏差指令信號，控制調(diào)節(jié)閥開大或關(guān)小，改變進入空氣熱交換器的蒸汽量或熱水量，從而改變送風(fēng)溫度，達到控制室溫的目的。
（3）制進入空氣加熱器的熱水溫度
該溫控方案組成與上面相同，不同的是控制三通閥來改變進入空氣加熱器的水溫，改變熱交換能力，達到控制室溫的目的。
三、房間空氣相對濕度自動控制的方法
空調(diào)房間溫濕度控制：
空調(diào)房間溫濕度的干擾因素的多樣性，氣候變化的多工況性以及房間存在的較大的熱慣性等因素使得利用單回路直接控制房間溫濕度的方法難以達到滿意的調(diào)節(jié)效果。因此，應(yīng)該另選有效的方法。針對空調(diào)房間的熱特性，采用串級調(diào)節(jié)較適宜。其調(diào)節(jié)框圖如圖所示
室溫調(diào)節(jié)器用于克服維護結(jié)構(gòu)傳熱，室內(nèi)熱源散熱引起的室溫干擾。室溫調(diào)節(jié)器根據(jù)房間內(nèi)實際溫度與設(shè)定溫度的偏差調(diào)整送風(fēng)溫度的設(shè)定值。送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)器則用來控制送風(fēng)溫度。這一環(huán)節(jié)主要克服在不同的季節(jié)，新風(fēng)、回風(fēng)混合比的變化引起的對換熱器的出口狀態(tài)干擾。使其在進入房間前受到一定的抑制，減少對室內(nèi)狀態(tài)的影響。采用串級調(diào)節(jié)后，還能改變對象的時間特性，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。
四、風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)的自動控制
（一）溫控器
（1）風(fēng)機盤管宜采用溫控器控制電動水閥，手動控制風(fēng)機三速的控制方式。風(fēng)機啟停與電動水閥連鎖。
（2）冬夏季均運行的風(fēng)機盤管，其溫控器應(yīng)有冬夏轉(zhuǎn)換措施。一般以各溫控器獨自設(shè)置冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)為好。
（二）節(jié)能鑰匙
（1）房間設(shè)有節(jié)能鑰匙系統(tǒng)時，風(fēng)機盤管宜與其連鎖以節(jié)能。
（2）當(dāng)要求不高時，可采用插、拔鑰匙使風(fēng)機盤管啟動或斷電停轉(zhuǎn)的方式。使用要求較高時，可增設(shè)一個溫度開關(guān)。
（三）定流量水系統(tǒng)
風(fēng)機盤管定流量水系統(tǒng)自控方式較簡單易行，但節(jié)能效果沒有變流量自控方式好。
五、風(fēng)機盤管的定流量水系統(tǒng)自動控制
該工程使用定流量二管制，其風(fēng)機盤管機組的控制通常采用兩種方式。
（1）三速開關(guān)手控的二管制定流量系統(tǒng)
采用二管制水系統(tǒng)時，表面冷卻器中的水是常通的。水量依靠閥門的一次性調(diào)整，而室溫的高低是由手動選擇風(fēng)機的三檔轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。
（2）溫控器加三速開關(guān)的二管制定流量水系統(tǒng)
采用這種控制的水系統(tǒng)時，表面冷卻器中的水是常通的，水量依靠閥門一次性調(diào)整。室內(nèi)溫度控制器控制風(fēng)機啟停，而手動三檔開關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。
溫控器選擇AFT06*系列即可滿足要求。該系列是帶浸入式套管的。
六、變風(fēng)量系統(tǒng)的監(jiān)控
變風(fēng)量系統(tǒng)的基本思想是當(dāng)室內(nèi)空調(diào)負荷改變以及室內(nèi)空氣參數(shù)設(shè)定值變化時，自動調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)送入房間的送風(fēng)量，使通過空氣送入房間的負荷與房間的實際負荷相匹配，以滿足室內(nèi)人員的舒適要求或工藝生產(chǎn)要求。同時送風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以最大限度的減少風(fēng)機的動力，節(jié)約運行能耗。
除了節(jié)能的優(yōu)勢外，VAV系統(tǒng)還有以下特點：（1）能實現(xiàn)局部區(qū)域的靈活控制，可根據(jù)負荷變化或個人舒適度要求調(diào)節(jié)。（2）由于能自動調(diào)節(jié)送入各房間的冷量，系統(tǒng)內(nèi)各用戶可以按實際需要配置冷量，考慮各房間的同時使用系數(shù)和負荷分布，系統(tǒng)冷源配置可以減少20%~30%左右，設(shè)備投資相應(yīng)較大減少。（3）室內(nèi)無過冷過熱現(xiàn)象。
該系統(tǒng)采用單風(fēng)管再加熱VAV空調(diào)系統(tǒng)，其原理和控制系統(tǒng)圖如下：
七、空調(diào)用制冷裝置的自動控制
1、蒸發(fā)器的自動控制
空調(diào)用制冷裝置系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器溫度的自動控制如圖所示
空調(diào)負荷是經(jīng)常變化的，因此，要求制冷裝置的制冷量也要相應(yīng)地變化。而制冷量的變化，就是循環(huán)的制冷劑流量的變化，所以需要對蒸發(fā)器的供液量進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對載冷劑即被冷卻物質(zhì)的溫度控制?？照{(diào)用制冷裝置的中常用的供液量自動控制的設(shè)備是熱力膨脹閥。
熱力膨脹閥的一種直接作用式調(diào)節(jié)閥，安裝在蒸發(fā)器入口管上，感溫包安裝在蒸發(fā)器的出口管上。DV1和DV2是電磁閥，壓縮機停時，電磁閥立即關(guān)閉，切斷冷凝器至蒸發(fā)器的供液。
2、冷凝器的自動控制
在制冷裝置上通常用冷卻水量調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)冷凝溫度。冷卻水量調(diào)節(jié)閥是一種直接作用式調(diào)節(jié)閥，安裝在冷凝器的冷卻水進水管上，它的壓力測量溫包安裝在壓縮機的排氣端，或冷凝器的制冷劑入口端，以感受Pl的變化。
3、制冷裝置的自動保護
為了保證制冷裝置的安全運行，在制冷系統(tǒng)中常有一些自動保護器件。制冷系統(tǒng)常用的自動保護包括排氣壓力保護、吸氣壓力保護、減壓保護、斷水保護、冷凍水防凍保護等。其系統(tǒng)圖如下：
（一）排氣與吸氣壓力自動保護
在制冷設(shè)備中設(shè)置了安全閥，還使用壓力控制器來控制排氣壓力。當(dāng)排氣壓力超過設(shè)定值時，壓力控制器立即切斷壓縮機電動機電源，起高壓保護作用；控制吸氣壓力的采用壓力控制器PxS。它對吸氣壓力有保護作用。
（二）油壓的自動保護
在制冷壓縮機運轉(zhuǎn)過程中，它的運動部件會摩擦生熱。為了防止部件因發(fā)熱而變形而發(fā)生事故，必須不斷供給一定壓力的油。油壓控制器是一個壓差控制器，用它可以實現(xiàn)制冷裝置油壓的自動保護。
（三）斷水自動保護
為了保證壓縮機的安全，在壓縮機水套出水口和冷凝器出水口，裝設(shè)了斷水保護裝置。該裝置是由測量冷凝器出水口水的電阻的兩個電極，配以晶體管控制電路的水流控制器SLS及繼電器所組成。
（四）凍水防凍自動保護
在制冷裝置運行中，蒸發(fā)器中冷凍水溫度過低，容易發(fā)生凍結(jié)影響壓縮機的正常運行，因此設(shè)置了冷凍水防凍自動保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在蒸發(fā)器出口端安裝了溫度控制器TfS，當(dāng)冷凍水出口處溫度降至較低時，溫度控制器使中間繼電器斷開，壓縮機也就停止運轉(zhuǎn)；在壓縮機停轉(zhuǎn)后，若蒸發(fā)器冷凍水溫度回升到某一溫度時，溫度控制器使中間繼電器接通，冷凍水泵和冷卻水泵就重新啟動，而壓縮機也恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
4、水量調(diào)節(jié)閥的選擇：
根據(jù)系統(tǒng)水管管徑尺寸為：DN25DN32DN50三種，選擇相應(yīng)閥門口徑的電動調(diào)節(jié)閥。結(jié)果如下：（品牌：丹佛斯）
閥門口徑KV值經(jīng)過閥們的流量（m^3/h）
壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)
0.20.250.30.350.40.450.50.550.6
DN25104.475.005.485.926.326.717.077.427.75
DN32167.168.008.769.4710.1210.7311.3111.8712.39
DN504017.8920.0021.9123.6625.3026.8328.2829.6630.98
二通閥選擇：DN25Kvs=10m^3/h編號：065Z3420法蘭連接VL2（PN6）
065B1725法蘭連接VF2（PN16）
065B1525法蘭連接VFS2（PN25）
DN32Kvs=16m^3/h編號：065Z3421法蘭連接VL2（PN6）
065B1732法蘭連接VF2（PN16）
065B1532法蘭連接VFS2（PN25）
DN50Kvs=40m^3/h編號：065Z3423法蘭連接VL2（PN6）
065B1750法蘭連接VF2（PN16）
065B1550法蘭連接VFS2（PN25）
三通閥選擇：DN25Kvs=10m^3/h編號：內(nèi)螺紋：065B1425外螺紋：065B1325
法蘭連接VF3，VL3
DN32Kvs=16m^3/h編號：內(nèi)螺紋：065B1432外螺紋：065B1332
DN50Kvs=40m^3/h編號：內(nèi)螺紋：065B1450外螺紋：065B1350
模擬量控制驅(qū)動器：AME15，AME16，AME25，AME35
AME電子驅(qū)動器用在DN50以下的VRB，VRG，VF，VL，VFS2，VEF2閥門。該驅(qū)動器自動適應(yīng)行程到閥的終端位置以減少調(diào)試時間。電源電壓：24V~。適配器編號：065Z7548，介質(zhì)溫度超過150℃。閥桿加熱器，用于DN15~DN50的閥門，編號是065B2171。
手動平衡閥：MSV-C該閥用于平衡制冷、供熱和生活用水系統(tǒng)的流量。其特點有：固定的測量孔板；帶有2件針式測量接頭；手輪具有關(guān)斷功能，一圈360度均可讀數(shù)；數(shù)字刻度指示，并具有鎖定功能；固定孔板測量精度是+-5%，MSV-C為內(nèi)螺紋。
八、風(fēng)機盤管系統(tǒng)的監(jiān)控
風(fēng)機盤管系統(tǒng)的控制通常包括風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制和室內(nèi)溫度控制兩部分。
1、風(fēng)機盤管系統(tǒng)的監(jiān)控功能
（1）室內(nèi)溫度測量；（2）冷、熱水閥開關(guān)控制；（3）風(fēng)機變速及啟?？刂?/p>
其監(jiān)控原理圖如圖
九、新風(fēng)機組的監(jiān)控
新風(fēng)機組通常與風(fēng)機盤管配合進行使用，主要是為各房間提供一定的新鮮空氣，滿足人員衛(wèi)生要求。其基本監(jiān)控功能有：（1）監(jiān)測功能檢查風(fēng)機電機的工作狀態(tài)，確定是處于開或關(guān)；檢測風(fēng)機電機的電流是否過載；測量風(fēng)機出口處的空氣溫濕度，以了解機組是否已將新風(fēng)處理到要求的狀態(tài)；測量空氣過濾器兩側(cè)的壓差，以了解過濾器是否要求清洗；檢查新風(fēng)閥狀態(tài)，確定是開還是關(guān)。（2）控制功能根據(jù)要求啟停風(fēng)機；控制水量調(diào)節(jié)閥的開度；控制干蒸汽加濕器調(diào)節(jié)閥的開度；換熱器的冬季防凍保護（3）集中管理功能顯示新風(fēng)機組啟停狀態(tài)，送風(fēng)溫濕度，風(fēng)閥，水閥狀態(tài)。通過中央控制管理機啟停機組，修改送風(fēng)參數(shù)設(shè)定值
為實現(xiàn)上述功能，相應(yīng)的硬件配置如下：
新風(fēng)機組的新風(fēng)閥配置開關(guān)式風(fēng)閥控制器。這是因為新風(fēng)機組的風(fēng)量是根據(jù)工作區(qū)內(nèi)人員數(shù)量計算出來的，一般不做調(diào)節(jié)，因此新風(fēng)門只有開、閉兩種狀態(tài)。在風(fēng)機開啟時，風(fēng)閥全開，停機時，風(fēng)閥全關(guān)。風(fēng)閥的控制通過一路DO通道完成。當(dāng)輸入為高電平時，風(fēng)閥全開；低電平時，風(fēng)閥全關(guān)。若要了解風(fēng)閥的實際狀態(tài)，還可以用一路DI接受風(fēng)閥執(zhí)行器的反饋信號。
十、電子機械房間恒溫控制器RMTE
該控制器廣泛應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)和住宅建筑。適用于供熱，制冷和全年空調(diào)系統(tǒng)的室溫控制，特別是風(fēng)機盤管和電加熱器等。特點是：高度敏感，無基準振動問題，硬防火塑料底座和上蓋，一體結(jié)構(gòu)，易于安裝，系統(tǒng)OFF位置，切斷所有環(huán)路。RMTE-HC2適用于2管制供熱/關(guān)斷/制冷，溫度范圍是10~30℃。電源等級：230V+-10%50/60HZ電流等級：恒溫控制器1A230V/AC風(fēng)機6（2）A230V/AC
十一、區(qū)域電動閥ZV-2/3
該系列閥門與時間溫度控制器一起用來控制家庭和商業(yè)的中央供熱，熱水及冷水系統(tǒng)中的水量。主要參數(shù)：適用于各種安裝要求和偏好，適用于供熱和供冷應(yīng)用，性能可靠，使用壽命長，易于安裝和接線，結(jié)構(gòu)堅固。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：
類型產(chǎn)品編號種類DN關(guān)閉壓力KV螺紋（外）介質(zhì)
ZV-215087N72402-通開/關(guān)152.5bar3.2G1/2”制冷/熱水（+5/+90）
ZV-220087N7241202bar3.2G3/4”
ZV-225087N7242250.8bar6.8G1”
ZV-315087N72373-通分流器152.5bar4.3G1/2”
ZV-320087N7238201bar4.6G3/4”
ZV-325087N7239251bar5.7G1”
十二、SIEMENS3LD主控和急停開關(guān)
3LD1開關(guān)可用于控制主回路、輔助回路以及三相電機和其它負載。應(yīng)用
它是手動隔離開關(guān)，符合IEC947-3/DINVDE0660第107部分(EN60947-3)標準，并且滿足隔離要求。3LD1控制開關(guān)可以用于：起/停(ON/OFF)。控制該開關(guān)有三個相鄰的主觸頭，在開關(guān)的任何一邊都可以裝第四個觸頭。這個觸頭可以是N觸頭或一個帶1常開和1常閉觸點的開關(guān)
SIEMENS3TH中間繼電器
3TH系列中間繼電器，適用于交流50Hz或60Hz，電壓至660V和直流電壓至600V的控制電路中，用來控制各種電磁線圈及作為電信號的放大和傳遞，符合IEC947，VDE0660，GB14048等標準。繼電器動作機構(gòu)靈活，手動檢查方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，可防止外界雜物及灰塵落入繼電器的活動部位。接線端都有罩覆蓋，人手不能直接接觸帶電部位，安全防護性很高；繼電器電磁鐵工作可靠、損耗小、噪音小、具有很高的機械強度，線圈的接線端裝有電壓規(guī)格標志牌，標志牌按電壓等級著有特定的顏色，清晰醒目，接線方便，可避免因接錯電壓規(guī)格而導(dǎo)致線圈燒毀。
十三、壓差控制器
根據(jù)閥門口徑，選擇以下幾種：ASV-PVDN25ASV-PVDN32AIPDN50
ASV壓差平衡閥可自動保證供熱和制冷系統(tǒng)的水力平衡。該工程中采用的是定水量系統(tǒng)，壓差控制器用在排氣與吸氣壓力自動保護中。使用ASV閥門，可避免煩瑣的調(diào)試過程，安裝完閥門即可。在所有負荷下自動平衡系統(tǒng)，也有助于節(jié)能。安裝時需安在回水管，且流向應(yīng)與閥體上的箭頭一致。
十四、參考文獻
建筑環(huán)境與設(shè)備的自動化劉耀浩天津大學(xué)出版社
建筑設(shè)備自動化卿曉霞重慶大學(xué)出版社
關(guān)鍵詞空調(diào)系統(tǒng)自動控制傳感器現(xiàn)場控制器PID控制模糊控制
1引言
空調(diào)耗能是建筑物耗能中的大戶，隨著能源供應(yīng)的日趨緊張及人們對室內(nèi)熱環(huán)境、空氣品質(zhì)的要求愈來愈高，迫切要求在保持空調(diào)區(qū)域一定舒適度的前提下最大限度地降低空調(diào)能耗?？照{(diào)自控系統(tǒng)可以使建筑內(nèi)環(huán)境更舒適、設(shè)備運行更可靠、能源利用更充分，是現(xiàn)代樓宇空調(diào)系統(tǒng)重要的組成部分。但是由于資金缺口和工程進度等等問題，許多已建成的商用建筑和辦公大樓的空調(diào)系統(tǒng)往往都沒有設(shè)計或安裝自動控制系統(tǒng)，隨著建筑物的投入使用，會發(fā)現(xiàn)空調(diào)區(qū)域的溫、濕度波動很大，往往會超過允許的變化范圍，這時業(yè)主會提出空調(diào)系統(tǒng)自動控制改造的要求。
這種舊有空調(diào)系統(tǒng)進行自動控制改造與新空調(diào)系統(tǒng)的自控設(shè)計相比有許多不同之處，比如舊有的空調(diào)系統(tǒng)在運行中往往遭到一些人為因素的影響，致使風(fēng)系統(tǒng)平衡遭到破壞，加裝自控系統(tǒng)前必須先對舊有空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道系統(tǒng)重新進行平衡調(diào)整，不然自控系統(tǒng)可能達不到預(yù)期限效果；另外加裝自動控制系統(tǒng)后對原空調(diào)系統(tǒng)的制冷、供熱和水循環(huán)系統(tǒng)都交有一定的影響；同時在改造進程中也會遇到一些特殊的問題，有些問題在舊有空調(diào)系統(tǒng)的自控改造中是要特殊考慮的。
筆者于2001年參加了某廣播電視大樓的空調(diào)系統(tǒng)自動控制改造的工作，該大樓的空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)初由于種種原因沒有安裝自控系統(tǒng)。隨著室外氣象條件的變化和室內(nèi)負荷的變化，空調(diào)區(qū)域的溫、濕度發(fā)生了很大的波動，常常會超過允許的變化范圍。幾年運行下來，每年都發(fā)生有的房間過熱有的房間過冷的問題。室內(nèi)工作人員為了防止過熱或過冷大多將本室的部分送風(fēng)口用膠紙等物遮擋，結(jié)果導(dǎo)致了風(fēng)系統(tǒng)阻力的不平衡，破壞了其他房間的溫、濕度狀況，造成整個系統(tǒng)的失調(diào)。很多工作室出現(xiàn)了冬熱夏冷的情況，這大大影響了工作人員的工作效率，而且對工作人員身體健康有著很大的損傷，且給室內(nèi)高級機器設(shè)備的正常工作造成了一定的隱患（情況嚴重時會影響對溫、濕度比較敏感的設(shè)備的正常工作）。由于系統(tǒng)失調(diào)，冷站和鍋爐房提供的能量沒能合理使用，造成極大的浪費，運行費用大大提高。在這種情況下，業(yè)主提出了給空調(diào)系統(tǒng)增加自動控制的要求。下面我們對此空調(diào)系統(tǒng)自控改造進行中遇到的問題和相應(yīng)采取的解決方法作一個介紹，希望能給空調(diào)、自控設(shè)計和運行管理人員一些啟迪。
2空調(diào)控制系統(tǒng)方案的確定
室溫控制是空調(diào)自動系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，它是用溫度敏感元件來控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機構(gòu)，使得送風(fēng)溫度隨擾量的變化而變化。改變送風(fēng)溫度的方法有：調(diào)節(jié)加熱器的加熱量或冷卻器的冷卻量，調(diào)節(jié)新、回風(fēng)混合比或一、二次回風(fēng)比等。此廣播電視大樓的空調(diào)系統(tǒng)是由11個空氣處理機組組成的全空氣系統(tǒng)，每個機組都是一次回風(fēng)式系統(tǒng)，本著經(jīng)濟、簡便的方針，此次空調(diào)系統(tǒng)的改造我們采用了常用的調(diào)節(jié)加熱器的加熱量和冷卻器的冷卻量的方法以改變送風(fēng)濕度。室內(nèi)相對濕度的控制可以采用兩種方法：間接控制法（變露點）、直接控制法（變露點），此廣播電視大樓很多工作室因一些儀器設(shè)備的緣故對室內(nèi)相對濕度的要求較為嚴格，為此我們選用了直接控制法去控制室內(nèi)空氣的相對濕度，即用相對濕度敏感元件，控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機構(gòu)，直接根據(jù)相對濕度偏差進行調(diào)節(jié)，以補償室內(nèi)熱濕負荷的變化。另外我們還加了一些輔助控制設(shè)備以更好的完成空調(diào)系統(tǒng)的自動控制。在此次改造進程中自控系統(tǒng)的所有電動調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行器我們?nèi)坎捎昧嗣绹鳫ownywell公司的產(chǎn)品。
空調(diào)機組控制系統(tǒng)流程圖及文字說明如下：
圖1空氣處理機組自動控制系統(tǒng)流程圖
如圖所示我們在回風(fēng)機進程處設(shè)置了溫、濕度傳感器（AI），以測定總回風(fēng)的溫、濕度，為控制器的調(diào)節(jié)提供依據(jù)。在冷卻器的供水管路上增加了水量調(diào)節(jié)閥（AO），夏季根據(jù)室內(nèi)溫度（接近回風(fēng)溫度）和設(shè)定濕度之間的差值，自支控制閥門的開啟度，使室溫控制在要求的范圍內(nèi)。另外在加熱器的供水管上相應(yīng)的增加了熱水流量調(diào)節(jié)閥（AO），用于冬季的室溫控制。我們在加濕器的供汽管道上加裝了電動調(diào)節(jié)閥（AO）以根據(jù)室內(nèi)相對濕度與設(shè)定濕度之間的差值，自動地調(diào)節(jié)蒸汽的加濕量，以確保室內(nèi)相對溫度維持在要求的范圍內(nèi)。同時我們在過濾器的兩端設(shè)置了壓差傳感器（DI），用以測定過濾器的積塵情況，在過濾器的積塵達到一定程度后，發(fā)出報警信號，用以提醒檢修人員及時更換或清洗過濾器。
廣播電視臺在錄制節(jié)目進對噪聲的要求很高，但由于此廣播電視大樓空調(diào)系統(tǒng)在噪聲處理上有些欠缺，錄音室在錄制節(jié)目時往往很難滿足要求，為此工作人員要求在錄制節(jié)目過程中關(guān)閉相應(yīng)的空調(diào)機組以完成高質(zhì)量的節(jié)目錄制。為了自動檢測、控制空調(diào)機組的啟停，我們在送、回風(fēng)機的進出口設(shè)置了壓差傳感器，用于檢測風(fēng)機的工作狀態(tài)；在送、回風(fēng)機的啟動電路上安裝了自控觸點（DO）用以自動控制風(fēng)機的啟停。
控制系統(tǒng)我們選用了集散式控制系統(tǒng)DSC（DistributingControlSystems），它是70年代中期推出的一種計算機控制系統(tǒng)，集計算機、通信、控制、屏幕顯示等技術(shù)為一體，實現(xiàn)了危險分散，控制分散，控制管理集中等功能，是一種面向工程師的計算機控制系統(tǒng)。筆者參與的改造工程應(yīng)用的是我們自己開發(fā)的一套空調(diào)集散式控制系統(tǒng)，運行效果良好。
整個系統(tǒng)采用總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場控制器以MCS-51系列單片機為核心開發(fā)，主監(jiān)控機與現(xiàn)場控制器之間通過RS-485總線通信。每個空調(diào)機組配裝一臺現(xiàn)場控制器（DDC），自成體系，獨立工作，其結(jié)構(gòu)見圖2所示。它的主要功能有如下幾項：①定期采集各相應(yīng)空調(diào)機組回風(fēng)的溫、濕度和送風(fēng)機、過濾器的壓差并存儲，定期上傳存儲的現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)；②接受主監(jiān)控機下達的指令，接受監(jiān)控機下傳的修改后的控制規(guī)則；③根據(jù)主監(jiān)控機發(fā)出的指令和現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)控制相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的開度及電磁閥的開關(guān)，完成控制任務(wù)；④具有顯示，設(shè)定，控制和通訊功能，可以全年不間斷地對本組空調(diào)系統(tǒng)進行自動控制。
圖2現(xiàn)場控制器原理圖
主監(jiān)控機通過網(wǎng)絡(luò)控制器把整個系統(tǒng)連接起來，通過此通訊網(wǎng)絡(luò)采集11臺下位機傳送來的各空調(diào)機組的運行數(shù)據(jù)。其采用windows操作平臺，以圖形方式及時地顯示11套空調(diào)機組的運行狀態(tài)，同時可以對各套空調(diào)機組的運行數(shù)據(jù)進行分析，指定出切合實際的運行方案。體制改革有控制軟件采用我們自行研制的產(chǎn)品，可以保證系統(tǒng)安全可靠的工作。
3一個空調(diào)機組負責(zé)的兩個工作室冷熱不均勻的問題及解決方法
在冬季運行工況下，有一空調(diào)機組負責(zé)的兩個相鄰工作室，一個較熱，另一則較冷。由于兩個工作室由同一空調(diào)機組負責(zé)送回風(fēng)，所以控制起來十分麻煩。究其原因是在最初的空調(diào)設(shè)計時考慮不周，或者是電視臺在使用中更改了房間的使用功能所致。
一個工作室（設(shè)為A）其外維護結(jié)構(gòu)很少且室內(nèi)有很多機器及工作人員，散熱量很大，在冬季幾乎不用供熱風(fēng)就可滿足要求甚至室內(nèi)還會過熱，這時應(yīng)該考慮的是增大新風(fēng)比降溫；而另一個工作室（設(shè)為B）其外維護結(jié)構(gòu)面積很大且機器不多（比如辦公室等），冬季工況下需要持續(xù)的送熱風(fēng)才能滿足室內(nèi)熱舒適性要求。雖然機組運轉(zhuǎn)起來后可以在一定程度上混合冷、熱丙部分室內(nèi)回風(fēng)，緩和兩個工作室的冷熱不均問題。但是在保證B工作室室內(nèi)溫度時，A工作室有時室溫過高，嚴重影響了室內(nèi)的工作人員的工作效率及機器的正常運轉(zhuǎn)。本來可以用調(diào)節(jié)新、回風(fēng)比的方法解決問題，可是這套系統(tǒng)不同于其他10套系統(tǒng)，它沒有回風(fēng)閥，只有新風(fēng)閥。我們當(dāng)時嘗試遮住室內(nèi)部分回風(fēng)口的方法彌補沒有回風(fēng)閥的缺陷，結(jié)果其工作人員反映效果很好，不但溫度舒適，感覺空氣也比以前清閑。這種方法相當(dāng)于增加了新風(fēng)比例，從一定程度上緩解了問題，但這只是臨時解決的問題的方法。
4PID控制與模糊控制相結(jié)合控制算法的應(yīng)用
模糊控制的控制速度快、響應(yīng)時間短、魯棒性好，但是控制精度偏低，而傳統(tǒng)PID控制其控制精度好，但是相應(yīng)的時間偏長，兩者的優(yōu)點互補，把兩者結(jié)合在一起就可以彌補對方的弱點，發(fā)揮其相互的優(yōu)點。用模糊控制進行粗調(diào)，把被控制對象（室內(nèi)溫度）控制在小于閾值（模糊控制與PID控制的轉(zhuǎn)換臨界點），然后由傳統(tǒng)的PID控制來精調(diào)，這樣一來，控制的效果會大大的改善。因此在控制算法上我們采用了PID控制與模糊控制相結(jié)合的算法。
5加裝自動控制系統(tǒng)后對冷水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)影響的分析
在舊有空調(diào)系統(tǒng)進行自控改造的過程中，機房工作人員提出疑問，即我們的履行是否會對該空調(diào)系統(tǒng)的制冷、供熱和水循環(huán)系統(tǒng)造成不良影響，比如調(diào)節(jié)閥關(guān)小是否會對制冷機的工作造成不好的影響、循環(huán)水泵是否能正常工作等等。為此我們對原冷水、供熱循環(huán)系統(tǒng)因自控改造的影響程度進行了評估，具體如下：
5．1加裝自動控制系統(tǒng)后對原冷水循環(huán)系統(tǒng)影響的分析
因為原冷水循環(huán)系統(tǒng)的供回水主干管之間未接旁通控制裝置，當(dāng)末端裝置采用變流量調(diào)節(jié)閥以后，末端裝置水流量的減少將使水系統(tǒng)的阻力增大，主干管之間的壓差增大，冷凍水泵的工作點偏移，在這種情況下冷凍水泵是否可以正常工作？同時，調(diào)節(jié)閥關(guān)小是否會對制冷機的工作造成不好的影響？分析如下：
5．1．1對制冷機的影響
經(jīng)甲方提供的數(shù)據(jù)計算得出待改造的11臺空調(diào)機組所在的工作區(qū)所需的總制冷量約為2306500kcal/h，此工作區(qū)還包括很多風(fēng)機盤管系統(tǒng)，但我們可以計算出11套系統(tǒng)總需冷量為714000kcal/h，占全部需冷量的百分比為：
如調(diào)節(jié)的最大限按50%考慮，則調(diào)節(jié)量占需冷量的百分比：
5．1．2對水泵的影響
原冷水循環(huán)系統(tǒng)采用3臺IS200-150-400A單吸清水泵，兩用一備，每臺的設(shè)計流量為224～373m3/h，揚程為47.7～43m，兩臺合用時的流量為448～746m3/h，取中間值為597m3/h，揚程為45.6m。
被改造的11套系統(tǒng)的總水量：
占總水量的百分比；
如調(diào)節(jié)閥關(guān)閉一半，則系統(tǒng)的總水量變?yōu)椋?/p>
如調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉，則系統(tǒng)的總水量變?yōu)椋?/p>
從以上計算可以看出：（a）被改造的11套系統(tǒng)的需冷量占全部低區(qū)需冷量的30.9%，考慮極端情況，各閥門均調(diào)節(jié)到輸出能量的50%，則系統(tǒng)的冷量從原來的100%變?yōu)?00-（30.96÷2）=84.52%。制冷機組用的是約克離心式機組，從約克離心式機組的說明書中我們知道，機組可以在總負荷的20%～100%之間可靠的工作，故調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)作用對冷水機組工作的可靠性是沒有影響的；（b）被改造的11套系統(tǒng)的總水量占整個低區(qū)總冷凍水循環(huán)量的23.9%，如調(diào)節(jié)閥關(guān)閉一半，即11套系統(tǒng)的總水量從143m3/h減少為71.5m3/h。此時的系統(tǒng)總循環(huán)水量從原來的597m3/h減少為597-71.5=525m3/h。從IS200-150-400A水泵的樣本中我們知道，此時水泵的工作點揚程大約為46.6m，不但水泵可以可靠的工作，而且不容還仍處于高效區(qū)（高效區(qū)的水量下限為448m3/h），因此不會對系統(tǒng)的冷凍水泵的工作造成不良影響。
5．2加裝自動控制系統(tǒng)后對原供熱系統(tǒng)影響的分析
加裝自動控制系統(tǒng)后是否會對供熱系統(tǒng)的板式換熱器、熱水循環(huán)泵等造成影響，我們也進行了分析：
5．2．1目前的供熱系統(tǒng)是由鍋爐提供3kg/cm2的蒸汽，經(jīng)過兩臺Alfallaval板式換熱器換成90℃的熱水，再經(jīng)過兩臺ISR125-100-200循環(huán)水泵供給A區(qū)低層，B區(qū)和C區(qū)的大約36臺新風(fēng)機組一組合式空調(diào)機組熱水盤管，向相關(guān)區(qū)域提供熱量后變70℃的回水，再經(jīng)過板式換熱器加熱后供出。整個系統(tǒng)的最高處大約32m，膨脹水箱裝在8.5層的設(shè)備層內(nèi)，水箱內(nèi)水面距鍋爐房熱水循環(huán)泵入口處的高度為33.5m，系統(tǒng)設(shè)有一補水泵，補消耗在熱水循環(huán)泵入口處，水泵揚程為82.6m。
主要設(shè)備的規(guī)格：
①熱水循環(huán)泵：ISR125-100-200三臺揚程：50m，流量200m3/h
②板式換熱器：M15-MFCL兩臺熱負荷：6400kW
設(shè)計壓力：16.0barg實驗壓力：20.8barg設(shè)計溫度：150℃
③補水泵：40DL×7揚程：82.6m
5．2．2影響分析
可以看出，熱水循環(huán)水泵入口的靜壓為33.5m，經(jīng)過循環(huán)泵加壓后的壓力為33.5m+50m=83.5m，這一點是系統(tǒng)的最高壓力，系統(tǒng)中其他點的壓力都不會超過這一點的壓力。當(dāng)用戶的熱負荷減少，經(jīng)查看ISR125-100-200水泵曲線，當(dāng)該水泵的流量從200m3/h減少為100m3/h時，該泵揚程從50m上升為65m，在這種極端情況下，系統(tǒng)最大壓力點的壓力為33.5m+65m=98.5m。當(dāng)補水泵向管網(wǎng)補水時，膨脹水箱的水位將會上升，當(dāng)水面上升至上限時，電接點信號將會自動切斷補水泵的補水，從而使補水點的壓力恒定，維持在33.5m。
從以上分析可知，熱水管網(wǎng)中任何一點的壓力在任何情況下，都不會超過98.5m，而板式換熱器的設(shè)計壓力為16barg（大約160m水柱），從而可以知道，自動控制的加入不會給熱水循環(huán)系統(tǒng)的管網(wǎng)和板式換熱器造成不利的影響。
6結(jié)論
6．1加裝自動控制系統(tǒng)是解決舊有空調(diào)系統(tǒng)溫度超限、分布不均、局部過熱/過冷和能量浪費的有效方法，對改善空調(diào)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量，減少能量損失，降低運行成本有著顯著的作用。
6．2對由多臺空氣處理器組成的較大規(guī)?？照{(diào)系統(tǒng)進行自控改造時，集散熱量式控制系統(tǒng)是應(yīng)該首選的一種控制方式，它具有結(jié)構(gòu)簡單，功能強大、傳輸方便、數(shù)據(jù)安全可靠的特點。
6．3自控系統(tǒng)的調(diào)試就在對舊有空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道系統(tǒng)重新進行平衡調(diào)整后進行，不然自控系統(tǒng)可能達不到預(yù)期的效果。
6．4暖通空調(diào)工程中的控制對象多為溫度、流量等這些具有非線性、滯后特征的參數(shù)，單一的控制算法很難獲得較好的控制效果，PID控制與模糊控制的結(jié)合是個很好的算法選擇。
參考文獻
1張兆亮，集散控制系統(tǒng)，內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古人民出版社，1993
2王福瑞，單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999。
福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中以示范農(nóng)場位于福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)埔檔村，于2013年10月引進以色列設(shè)備及技術(shù)，建成3500耐以上的玻璃溫室大棚，建成投人使用1年來運行良好?，F(xiàn)將該玻璃溫室大棚的自動化控制系統(tǒng)設(shè)計，及其應(yīng)用于無土基質(zhì)設(shè)施栽培的管理經(jīng)驗總結(jié)如下。
1自動化控制玻璃溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計
1.1玻璃溫室大棚自動化控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)
玻璃溫室是以透明玻璃為覆蓋材料的溫室，透光率一般為60%一70%。溫室的骨架為鍍鋅鋼管，門窗框架、屋脊為鋁合金輕型鋼材，肩高約8ma大棚管理系統(tǒng)采用JPK-013型自動化控制系統(tǒng)。開啟電腦，輸入用戶名及密碼，在桌面點擊海峽農(nóng)業(yè)示范園控制系統(tǒng)圖標，點擊特殊菜單，點擊登錄“開”，彈出對話框，再次輸人另外一個用戶名及密碼，就可進行參數(shù)操作設(shè)計。設(shè)計結(jié)束后，下拉特殊菜單，點擊退出“關(guān)”。把目標溫度設(shè)計為300C，降溫需求百分比為10%。
1.2系統(tǒng)功能及操作設(shè)計方案
1.2.1夏、秋季的操作設(shè)計方案根據(jù)南方夏、秋季需要降溫的要求設(shè)計操作方案。
1.2.2冬、春季的操作設(shè)計方案根據(jù)南方冬、春季的氣候特點設(shè)計保溫操作方案。
2玻璃溫室大棚自動化控制系統(tǒng)設(shè)計管理要點
2.1水肥機一體化系統(tǒng)管理
水肥機由以色列Galcon公司提供。操作步驟:電腦開機一桌面一點擊Client系統(tǒng)一點擊Mixero
2.2分區(qū)設(shè)計管理
2.2.1水肥機一體化分區(qū)管理將整個溫室分成6個水肥灌溉區(qū)域，即與電腦連接的6個水閥所控制的灌溉區(qū)域為一個獨立的單元。區(qū)域布置見圖to水肥機裝肥料母液的肥料桶共7個桶，A,B液各3個桶，另外1個酸液桶，分為3個組別，酸液桶共用。針對不同作物，每組的肥料母液可以有所區(qū)別。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都設(shè)為5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量設(shè)為3.5I}/m3。1區(qū)、2區(qū)種植瑞豐番茄，2014年5月31日移植;3區(qū)種植金玉滿堂番茄，4區(qū)種植串串紅鈴番茄，3區(qū)、4區(qū)均為5月22日移植。從移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00開始滴灌，時間為10mino7月2日開始增加為4次，每次3min。因為3區(qū)、4區(qū)結(jié)果多，植株細弱，7月6日再增加1次，即3區(qū)、4區(qū)結(jié)果期每天灌溉5次，每次3mino5區(qū)、6區(qū)分別種植金石王1號和金玉滿堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3區(qū)、4區(qū)，因結(jié)果盛期需肥水較多，增至每天7次(表3)。
2.2.2各區(qū)域的項目編號綁定及灌溉時間表(Irri-gationProgramNo.)設(shè)計各區(qū)域的電腦識別代碼及灌溉時間表設(shè)計見表30
2.3灌溉時間等數(shù)據(jù)的設(shè)計及修改
在Mixer的圖案里，點擊IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里輸入所要修改或設(shè)定的項目編號(ProgramNo.)，回車，再在左上角白色框格的左邊，點擊鎖匙(解鎖)，選擇要修改的數(shù)據(jù)，輸人要修改的數(shù)據(jù)，全部修改完畢，再次點擊解鎖，點擊確定(sure)完成修改。其他項目的修改過程同樣。
2.4所需EC,pH值的修改及其感應(yīng)器校準
點擊FertilizationPrograms，在肥料項目號7,8,9欄目內(nèi)修改各種植區(qū)所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年種植番茄，1,2,3,4區(qū)的EC值設(shè)置為1.5ms/cm,爪6區(qū)盛果期設(shè)置為2.0ms/cm;pH值都設(shè)置為5.7。當(dāng)發(fā)現(xiàn)水肥機上的EC,pH值有偏差時，要用標準液來進行校準。
2.5洗鹽
點擊右上角IrrigationPrograms進人操作界面，點擊ProgramSettings進入灌水?dāng)?shù)據(jù)界面。程序號(Prog.No)要選擇灌溉肥料沒用過的空白號。優(yōu)先權(quán)(PrioritySetup)選擇low。灌溉間隔天數(shù)(Irri.Cycledays)選擇1d，時間單位(Irri.Unit)為min;灌水量(Quantity)為持續(xù)灌水60min，肥料(Fert.Prog)填寫0。開始(StartTime)寫0:O1，結(jié)束寫23;59;各區(qū)的間隔灌溉時間(Duratior)寫250min(洗鹽1輪60x4為240min，其間休息10min。這就是洗鹽1d的循環(huán)模式。
2.6過濾器清洗
每個肥料母液桶下面都有1個過濾器，選擇在沒有灌溉的時間段里，關(guān)閉水肥母液桶的開關(guān)，把過濾器小心擰開，用清水沖洗過濾片，干凈為止。然后在灌溉之前裝回，打開水肥開關(guān)。水肥機后面也有1個過濾器。
2.7混合桶溢水問題的解決
灌溉是邊混合水肥邊進行灌溉，如果遇到突然停電，等來電時，電腦不知道混合桶的水肥該往哪個區(qū)走。因此，當(dāng)看到混合桶溢水時，應(yīng)立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。
3小結(jié)
“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”是哈爾濱工業(yè)大學(xué)（原哈爾濱建筑大學(xué)）承接的項目，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)和北京德達數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司合作開發(fā)。該項目采用LONWORKS技術(shù)開發(fā)研究并在住宅示范小區(qū)工程中試運行。1、對住宅居住環(huán)境（濕度、濕度）及設(shè)備進行監(jiān)控；2、住戶三表（水表、電表、煤氣表）遠傳；3、住戶三防（防火、防災(zāi)、防盜）；4、廚房設(shè)備監(jiān)控；5、衛(wèi)生間排風(fēng)控制。這些功能用LON總線一節(jié)點實施，即每一住戶為一LON節(jié)點，然后再用棗服務(wù)器管理各個用戶的節(jié)點構(gòu)成LON總線系統(tǒng)。該項研究已在北京翌景嘉園示范小區(qū)通過試運行，下面對其自評估如下：
一、攻關(guān)的任務(wù)、考核目標及主要技術(shù)指標：
經(jīng)過論證，我們在專題合同中將各種指標定位在：
本專題的攻關(guān)任務(wù)：研究智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩項任務(wù)，其一是開發(fā)家用管理軟件，其二是開發(fā)家庭智能控制裝置，實現(xiàn)對居室溫度、濕度進行自動調(diào)節(jié)；對廚房用具進行時序控制；對衛(wèi)生間的排風(fēng)進行控制。而家用電腦管理軟件要對家庭設(shè)施進行管理并提供若干家政服務(wù)程序。
本專題的考核目標：提供具有居室空調(diào)、廚房監(jiān)控、衛(wèi)生間自動排風(fēng)功能的微機控管裝置一套；提供家用電腦管理軟件一套；住宅溫、濕度等參數(shù)應(yīng)滿足智能住宅規(guī)定標準；在示范工程中應(yīng)用該項成果。
本專題的技術(shù)經(jīng)濟指標：溫度、濕度等主要被控參數(shù)應(yīng)滿足智能小康住宅標準（溫度18℃～28℃，濕度30％～70％）；系統(tǒng)運行可靠。
在進行該項專題的進一步研究的過程中，結(jié)合當(dāng)前先進技術(shù)的發(fā)展以及我國智能住宅發(fā)展狀況，在原有的合同的基礎(chǔ)上，我們對家庭智能控制器又增加了三表遠傳、安防等功能。
二、專題執(zhí)行情況評價
本專題按兩個部分實施，即家庭智能控制器和家用電腦管理軟件的研究：
1、家庭智能控制器
（1）功能
本專題所開發(fā)的家庭智能控制器即智能節(jié)點具有4路模擬輸入，12路數(shù)字輸入，12路數(shù)字輸出，其所實現(xiàn)的功能如下：
通過對室內(nèi)溫度監(jiān)測，得到實際溫度與設(shè)定溫度比較：當(dāng)實際溫度低于設(shè)定溫度一定值時，在夏季關(guān)空調(diào)，在冬季開暖氣；當(dāng)實際溫度高于設(shè)定溫度一定值時，在夏季開空調(diào)，在冬季關(guān)暖氣。溫度控制達到智能小康住宅規(guī)定標準：18～28℃。
通過對室內(nèi)濕度監(jiān)測，得到實際濕度與設(shè)定濕度比較：當(dāng)實際溫度高于設(shè)定溫度一定值時，關(guān)加濕器；當(dāng)實際濕度低于設(shè)定濕度一定值時，開加濕器。濕度控制達到智能小康住宅規(guī)定標準：30～70％。
對三表實行脈沖計數(shù)，并發(fā)送到上位機。
當(dāng)門磁或紅外報警時，在設(shè)防狀態(tài)下，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
玻璃破碎報警時，聲光報警啟動；在設(shè)防狀態(tài)下，自動撥號器啟動：有報警信號傳到上位機。
緊急按鈕報警時，自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
排風(fēng)扇按鈕控制排風(fēng)扇，排風(fēng)扇運行一段時間自動關(guān)閉。
煙感探頭報警時，煤氣閉閥器關(guān)閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位，此外，通過判斷煙感探頭輸入信號可識別探頭是否有故障。
煤氣泄漏報警時，排風(fēng)扇啟動，煤氣閉閥器關(guān)閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
探頭復(fù)位輸入控制火災(zāi)探頭掉電復(fù)位及開啟煤氣閉閥器。
通過上位機運作，可以控制廚房設(shè)備按一定時序啟動。
溫度的設(shè)置可以通過上位機或者設(shè)定按鈕實現(xiàn)。
濕度的設(shè)置可以通過上位機或者設(shè)定按鈕實現(xiàn)。
與本專題預(yù)期目標相比，我們在設(shè)備監(jiān)控的基礎(chǔ)上，增加了安防功能，三表遠傳功能；我們經(jīng)過認真研究，考慮研發(fā)產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣，我們單片機來完成這些功能，而是采用了先進的現(xiàn)場總線棗LON總線。
（2）應(yīng)用的LONWORKS技術(shù)特點
本專題采用了LONWORKS技術(shù)進行開發(fā)，該技術(shù)有如下特點：
開放性：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放，對用戶平等；
通信媒介的多樣性：可采用任何媒介進行通信，如雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外等，并且同一網(wǎng)絡(luò)可以有多種通信媒介；
互操作性：其通信協(xié)議Lontalk是符合ISO定義的OSI模型，任何制造商的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)互操作性；
網(wǎng)絡(luò)拓撲：有星型、總線型、環(huán)型以及自由型；
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：主從式、對等式或客戶/服務(wù)式結(jié)構(gòu)；
通信的每幀有效字數(shù)可從0至228個字節(jié)；
通信速率可達1.25MB/S，此時有效距離為130M；78KB/S的雙絞線，直線通信距離可達2700M；
其技術(shù)核心器件棗Neuron芯片內(nèi)部裝有三個8位微處理器、34種I/O對象和定時器以及LONTALK通信協(xié)議等。該芯片具有通信和控制功能。
近年來，該技術(shù)在國內(nèi)外的智能建筑領(lǐng)域都得到了應(yīng)用和發(fā)展，其開發(fā)工具平臺強大，開發(fā)者在短期內(nèi)就可以完成開發(fā)工作；在韓國、日本、澳大利亞、加拿大等國都已經(jīng)利用該技術(shù)完成多項工程；并且，總體來看，該技術(shù)適用于中國，而且還在無線擴頻等方面有繼續(xù)加強的潛力，能在家庭智能系統(tǒng)上有更大的突破。
（3）解決的技術(shù)關(guān)鍵
功能集成：在目前智能住宅產(chǎn)品中，實現(xiàn)單一功能（如抄表、安防）的產(chǎn)品很多，本裝置將三表收費、三防、廚房設(shè)備監(jiān)控、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)生間排風(fēng)扇控制等功能集成在一起，真正實現(xiàn)了功能集成。
采用了Lonworks技術(shù)：Lonworks技術(shù)作為先進的總線技術(shù)，在本專題得以采用，將會更有利于家庭智能控制裝置的推廣。
模擬量的引入：從長遠來看，將模擬量引入智能住宅將是必然，而目前國內(nèi)幾乎沒有智能住宅產(chǎn)品將其引入，本裝置將模擬量引入，也體現(xiàn)裝置的前瞻性。
軟件編程語言采用NeuronC語言，利用該語言事件驅(qū)動任務(wù)的特點，增強了裝置的實時性。
本裝置可靈活組態(tài)：如果用戶不需要該模塊中的模擬輸入，我們就會在設(shè)計硬件電路時預(yù)留出端口，而不焊接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣可為用戶省下投資，也為其將來擴展做好準備；12路數(shù)字輸入點被開關(guān)量或脈沖信號來觸發(fā)，其可以配置成電表水表煤氣表輸入，可以配置成安防信號輸入，也可以是二者結(jié)合；12路輸出只是一個開關(guān)信號，也可根據(jù)實際情況進行靈活配置。
與目前系統(tǒng)集成商所提出智能小區(qū)方案相比，本專題將家用電腦引入家庭智能控制系統(tǒng)來管理家庭設(shè)施。
住宅節(jié)能：我們認為，智能住宅在提供給人們安全、舒適的環(huán)境的同時，也應(yīng)將節(jié)能的概念引入智能住宅中。在本專題中，我們對衛(wèi)生間排風(fēng)采取實時控制，使其在滿足室內(nèi)排風(fēng)要求的同時做到節(jié)省電能；我們通過對室內(nèi)溫度的設(shè)定，在不同季節(jié)內(nèi)對空調(diào)或供暖設(shè)備進行控制，使其在一定的條件下工作，當(dāng)達到預(yù)期要求時，立刻停止工作，進而達到節(jié)能的目的。
模數(shù)轉(zhuǎn)換通信匹配問題：在本專題中，我們利用Max186芯片對采樣的溫濕度信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。Max186芯片具有12位精度，其與LONWORKS技術(shù)的neurowire方式進行通信需要匹配，本專題解決了這個問題。
本專題所開發(fā)出來的家庭智能控制器比較成熟，可作為產(chǎn)品投入市場，并且，該家庭智能控制器已經(jīng)在北京翌景嘉園使用。與目前國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，其性能價格比是最優(yōu)的（具體情況見效益分析）。
2、家用電腦管理軟件
家用電腦管理軟件是在Delphi5.2平臺上開發(fā)而成，其功能、設(shè)計特點如下：
（1）功能
提供家庭生活服務(wù)信息。主要有：醫(yī)療保健知識、家庭菜肴、點心制作方法及飲食科學(xué)知識、女性美容裝飾常識、花鳥魚種值飼養(yǎng)方法、旅游知識、保險知識及家庭生活中的一些常用信息等。
提供家庭事物管理手段。這部分主要內(nèi)容有：家庭財務(wù)、親友通訊錄、個人檔案管理。
該軟件通過網(wǎng)卡直接對家庭設(shè)施進行管理：三表計費、設(shè)備狀態(tài)顯示、廚房設(shè)備時序控制、溫濕度設(shè)定。
（2）軟件特點：
是軟、硬件技術(shù)成功結(jié)合的典范：考慮到“小康住宅”的特點，將計算機硬件、軟件技術(shù)相結(jié)合，通過LON控制模塊成功地實現(xiàn)了對住宅內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測及設(shè)備監(jiān)控。
實用性強：在本軟件中，我們以科學(xué)實用為原則，從醫(yī)學(xué)、美食、旅游、保險、美容裝飾、花鳥魚種植飼養(yǎng)、財務(wù)管理、通信錄管理等方面為用戶提供了及其豐富的生活服務(wù)信息，以便為用戶的工作、學(xué)習(xí)提供更多的方便。
易學(xué)易用：在軟件開發(fā)過程中，我們在不影響功能及生動性的前提下，盡量使界面簡潔、直觀，并具有邏輯性，從而使得用戶容易掌握軟件的思路及操作方法。
三、成果應(yīng)用前景及效益分析
建筑業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，住宅建設(shè)占總房產(chǎn)建設(shè)投資的80％左右，國家十分關(guān)注住宅建設(shè)，繼“解困”、“安居”工程后，又努力實施“小康”工程。為了加大“小康”工程力度，國家把“2000年小康城鄉(xiāng)科技產(chǎn)業(yè)工程”列為國家重大科技產(chǎn)業(yè)項目?？梢姡渡碛谧≌^(qū)智能化以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，既有利于推動建筑業(yè)的發(fā)展，又能帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
1、國內(nèi)智能小區(qū)市場預(yù)測
隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和自動控制技術(shù)等高新技術(shù)的延伸，智能建筑應(yīng)運而生。智能小區(qū)是智能大廈的基本含義中擴展出來的。以1999年為例，國家在99年對住宅的投資1700～1800億元人民幣，根據(jù)建設(shè)部對小區(qū)初、中、高三個等級的劃分，小區(qū)智能化為住宅小區(qū)總投資的1％～3％。以此比例計算，則僅99年度對小區(qū)智能化的需求就達17～54億元人民幣，而隨著住房體制改革的不斷深入及人們對住宅環(huán)境要求的不斷提高，該數(shù)值還會將大幅度提高。由此可見，小區(qū)智能化市場前景廣闊。
2、本專題的實用性及前瞻性
“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”作為2000年小康城鄉(xiāng)科技產(chǎn)業(yè)工程“的一個專題，該項研究應(yīng)用LONWORKS技術(shù)開發(fā)并在住宅示范小區(qū)工程中試運行。該家庭智能控制器具有很強的靈活必一，根據(jù)用戶需要，可以進行靈活配置，例如：如果用戶不需要該模塊中的模擬輸入，我們就會在設(shè)計硬件電路時預(yù)留同端口，而不焊接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣可為用戶省下投資，也為其將來擴展做好準備；12路數(shù)字輸入點被開關(guān)量或脈沖信號來觸發(fā)，其可以配置成電表水表煤氣氣輸入，可以配置成安防信號輸入，也可以是二者結(jié)合；12路輸出只是一個開關(guān)信號，也可根據(jù)實際情況進行靈活配置。總之，該家庭智能控制器即適合現(xiàn)在智能住宅的要求，也會在一定程度上滿足將來發(fā)展的需要。
我們開發(fā)的家庭智能控制器再加上各種傳感器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其價格為4000元左右，即每個住戶用于智能化投資在4000元左右，與當(dāng)前國家制定普及型智能住宅價格（5000元）相比，相對價位下降20％；而從長遠來看，隨著人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各類相關(guān)器件價格的下調(diào)，大多數(shù)用戶對智能化的投資是可以接受的，并且其所帶來的各種效益是無法估量的。
4、本專題的社會效益
本專題是以小康住宅智能化宗旨，旨在為人們提供舒適、安全、健康的環(huán)境。這一方面提高了人們生活水平，另一方面也為人們的高效率快節(jié)奏提供了條件。
智能住宅設(shè)施的自動控制和管理，既需要相關(guān)行業(yè)的支持，也促進相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。智能住宅建設(shè)的興起，將使許多相關(guān)企業(yè)投入建筑市場，又為許多人提供了就業(yè)機會。
此外，對于生產(chǎn)智能控制器的廠商來說，他們在推廣應(yīng)用這項成果中，將會獲得可觀的經(jīng)濟效益。
四、專題調(diào)協(xié)的科學(xué)性和合理性的后評估
本專題設(shè)置的科學(xué)性和合理性可從以下幾方面反映出來：
1、專題在智能小區(qū)的地位
智能小區(qū)在智能化大樓的基礎(chǔ)上擴展和延伸出來，人們通過對小區(qū)建筑群的四個基本要素（結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理）進行優(yōu)化考慮，提供一個投資合理，又擁有高效率、舒適、溫馨、便利以及安全的人居環(huán)境。從以上的定義可以看出，人們通常提出的智能大廈的3A（建筑設(shè)備自動化、辦公自動化、通信自動化）或5A（在“3A”的基礎(chǔ)上加上安防自動化和防火自動化）也適合智能小區(qū)，所以智能小區(qū)的“智能”很大一部分都體現(xiàn)在其自動化的程度。此次國家制定的該課題與以往課相比，其對智能建筑的功能定位更加合理（功能多而必要），并且具有一定的前瞻性（廚房設(shè)備的自動化以及模擬量的引入隨著人民生活的提高也將會被人們接受）?？傊?，本專題對智能小區(qū)“智能”的研究，在智能小區(qū)的整體研究中起著相當(dāng)重要的作用。
2、未來市場走向
筆者認為，建筑業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，住宅建設(shè)將占房產(chǎn)建設(shè)投資的80％左右，其中對智能小區(qū)投資占總房產(chǎn)建設(shè)投資的8～24％，在這種背景下，國家將會進一步加大對智能化建筑的投資。由于智能小區(qū)的概念是近幾年才形成的，單個功能或系統(tǒng)如抄表、報警功能在一些住宅小區(qū)中已經(jīng)有些應(yīng)用，但是還沒有哪個廠家能夠推出從總體上設(shè)計和規(guī)劃成熟的智能小區(qū)網(wǎng)絡(luò)化綜合管理系統(tǒng)，目前的市場還處于群龍無首階段。此時，國內(nèi)市場急需一種性能價格比較高的智能化產(chǎn)品，這時研究智能型住宅家庭設(shè)施控制和管理系統(tǒng)將有更重要的意義。
3、用戶需求
隨著生活水平的提高，一方面，人們對住宅的追求不僅僅局限于外表的裝飾，人們對住宅的智能已經(jīng)有了初步的認識；另一方面，在一些發(fā)達的城市中已經(jīng)出現(xiàn)智能小區(qū)并為人們所接受。此時研究本專題開發(fā)出適合人們要求的智能化產(chǎn)品也具有很重要的意義。
4、科技含量
可以說智能小區(qū)是隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制等的發(fā)展而提出和發(fā)展起來的。智能小區(qū)的“智能”也可理解成為其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小區(qū)智能化的水平。本專題所采用的LONWORKS技術(shù)是最近幾年內(nèi)流行的先進的現(xiàn)場總線技術(shù)，運用該項技術(shù)研究本專題并開發(fā)出基于該技術(shù)的產(chǎn)品，將更有利于該產(chǎn)品的推廣，并且隨著LONWORK技術(shù)本身的改進和提高，智能化產(chǎn)品也利于更新?lián)Q代。
總之，“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”專題的完成，一方面，為家庭設(shè)施智能化的可行性提供了依據(jù)；另一方面，也為制定家庭設(shè)施智能化規(guī)范提供了參考。并且，本專題開發(fā)出來的成果正在轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品，這進一步證明了專題設(shè)置的科學(xué)性和合理性。
五、經(jīng)費決算和經(jīng)費使用評價
國家科委為“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”專題攻關(guān)撥款10萬元，于1999年9月?lián)芸畹焦枮I建筑大學(xué)，課題組將其分成兩個子項實施，即智能家庭控制裝置和家用電腦管理軟件，經(jīng)過一年多的研發(fā)，現(xiàn)已完成。其經(jīng)費使用情況如下：
收入
支出
科目實際數(shù)（萬元）科目金額（萬元）單位自籌2儀器設(shè)備費1.5國家撥款10材料費0.5加工費0.5試驗費1.0管理費3.0勞務(wù)費2.0軟硬件費1.0調(diào)研費1.5其他1.0合計12合計122、經(jīng)費使用評價
本專題的研究采用LONWORK技術(shù)，并要求在示范小區(qū)試運，這樣做可保證技術(shù)的先進性和成果的推廣。但應(yīng)用該技術(shù)必須在其開發(fā)平臺上完成，我們沒有（國內(nèi)僅少數(shù)單位具有）開發(fā)工具，該開發(fā)系統(tǒng)由美國ECHLON公司專賣，價值二十萬元。其次選擇示范小區(qū)，也要花費相當(dāng)數(shù)量的費用。面對這兩項主要開銷，國家科委下?lián)艿氖f元是明顯不足的。為了解決經(jīng)費的不足，我們采取如下措施：
（1）將該專題分成兩個子項，即智能住宅家庭控制裝置和家用電腦管理軟件。其中智能住宅家庭控制裝置由于采用LONWORKS技術(shù)，我們決定采用合作開發(fā)的辦法，而家用電腦管理軟件采用自主開發(fā)，經(jīng)費分項使用。
（2）選擇北京德達數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司作為合作伙伴，主要原因是該公司作為國內(nèi)智能建筑領(lǐng)域起步最早的企業(yè)之一，其在智能建筑科研、設(shè)計、安裝頗具實力，并且還備有開發(fā)技術(shù)產(chǎn)品的成套設(shè)備。與該公司合作，他們可提供開發(fā)設(shè)備和安裝調(diào)試條件，我們出技術(shù)、人力，這樣做就不需購買專題開發(fā)用的設(shè)備，也就節(jié)省了這筆大的開銷。
（3）確定北京翌景嘉園示范小區(qū)作為試運點，該智能住宅小區(qū)是北京德達數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司承接工程，其中有該公司科研、開發(fā)、實驗樣板間，利用該樣板間提供的條件（其中包括智能住宅的多種傳感器），可以節(jié)省現(xiàn)場安裝調(diào)試所需的硬件費用。
（4）本著節(jié)省的原則辦事情，由于合作單位、示范小區(qū)均在北京，而我們在哈爾濱，兩地的差旅費將要占科研經(jīng)費的三分之一，我們利用北京德達數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司提供給校方人員的食宿條件以及按每次出差要集中高效辦事的原則，使差旅費的花銷僅用原計劃的一半。
由于利用以上一些措施，使得該項目實際用費基本與國家科委撥款持平。
六、存在的問題
目前，國內(nèi)沒有一個完整的智能小區(qū)規(guī)范，這為定位智能住宅的功能帶來一定難度，本專題對家庭智能控制裝置的功能是結(jié)合我國智能小區(qū)現(xiàn)狀及各種技術(shù)資料定位的，并且對每個家庭所配置節(jié)點數(shù)還有待進一步研究。
在本專題中，由于目前廚房設(shè)備的種類和數(shù)量的不可預(yù)測性，我們僅定義了兩個廚房設(shè)備，并對其進行一定的時序控制，對廚房設(shè)備數(shù)量及實時監(jiān)控還需深入探討；家庭智能控制裝置對設(shè)備控制只局限于開關(guān)控制，對設(shè)備的進一步控制有待于進一步研究。
關(guān)鍵詞：本機振蕩器直接數(shù)字頻率合成自動頻率控制脈內(nèi)測頻
雷達系統(tǒng)根據(jù)其工作頻率一般分為米波雷達、分米波雷達和厘米波雷達，其接收機通常是超外差形式的。分米波雷達和厘米波雷達由于其工作頻率較高，一般都有自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，控制本振頻率自動跟蹤發(fā)射頻率的變化，或者控制發(fā)射頻率自動穩(wěn)定在本振頻率對應(yīng)的頻率點上，保證雷達接收機的中頻頻率穩(wěn)定。但是傳統(tǒng)的模擬式單環(huán)路或雙環(huán)路AFC系統(tǒng)由于受模擬電路本身的局限，使得AFC的跟蹤速度慢、跟蹤頻率范圍窄、精度低，甚至有可能出現(xiàn)錯誤跟蹤的情況；此外，控制本振的自頻控雷達由于在本機振蕩器上加裝了頻率調(diào)整裝置，影響了本振的頻率穩(wěn)定度，這對動目標雷達而言是難以接受的。米波雷達由于其工作頻率較低，基本上沒有自動頻率控制系統(tǒng)，但是米波雷達的發(fā)射機工作頻率和接收機本機振蕩頻率由于環(huán)境溫度、電源電壓和負載變化而發(fā)生一定的變化，其變化范圍從幾十千赫茲到數(shù)百千赫茲，通常在500～600kHz之間。雖然由此造成的中頻頻率變化量的絕對值不會超出中頻放大器的通頻帶范圍（中頻放大器的通頻帶通?！?MHz），但是數(shù)百千赫茲的變化量使回波信號不能得到最有效的放大，造成雷達接收機技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能降低，此時即使加裝DSU（DigitalStableUnit）設(shè)備，也由于中頻頻率漂移的影響，使DSU的性能無法得到最有效的發(fā)揮。
應(yīng)用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)實現(xiàn)雷達自動頻率控制系統(tǒng)已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)方案，這種方案的應(yīng)用解決了非相參雷達的自動頻率跟蹤與本振頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，但是鎖相環(huán)固有的大慣性、大步進間隔和非線性誤差卻嚴重地限制著鎖相環(huán)自動頻率控制系統(tǒng)的性能，使其無法滿足高速、高頻率分辨率、大帶寬的要求。
DDS技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展的頻率合成技術(shù)，它采用全數(shù)字化的技術(shù)，具有集成度高、體積小、相對帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時間短、相位連續(xù)性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調(diào)制的優(yōu)點，并能直接與單片機接口構(gòu)成智能化的頻率源。基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達自動頻率控制系統(tǒng)是新一代的自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，它以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）為基礎(chǔ)，以單片機為控制核心，通過高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊對雷達發(fā)射頻率進行精確測量，然后由單片機控制DDS，對發(fā)射頻率進行搜索和跟蹤。因此它是一種易于實現(xiàn)的數(shù)字式智能化自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)。
圖2DDS頻率合成模塊結(jié)構(gòu)圖
1系統(tǒng)組成及工作原理
基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達自動頻率控制系統(tǒng)主要由高速脈內(nèi)頻率測量模塊、DDS頻率合成模塊、單片機和包括頻率顯示、控制鍵盤的人機接口模塊組成，如圖1所示。
系統(tǒng)采用高速高精度實時脈內(nèi)頻率測量技術(shù)，利用頻率穩(wěn)定度高達10－9的高穩(wěn)恒溫時標對頻率進行倒計數(shù)法測量，由單片機對測量結(jié)果進行分析處理，并控制DDS頻率合成模塊，完成對發(fā)射頻率的搜索和跟蹤。系統(tǒng)中除了DDS輸出后的濾波、放大電路采用模擬電路外，其它全部采用高速數(shù)字電路，并結(jié)合了單片機具有的可編程能力，使系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)模擬式AFC的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的控制。
雷達開機后，系統(tǒng)首先工作于搜索模式：單片機控制DDS頻率合成模塊輸出本振頻率的最低值，與從發(fā)射機耦合過來并經(jīng)過衰減后的發(fā)射脈沖頻率混頻，取出下變頻后的中頻信號，經(jīng)過頻率測量模塊測量后將結(jié)果送入單片機，單片機若判斷頻率測量結(jié)果不是規(guī)定的中頻頻率值，則控制DDS頻率合成模塊將輸出的本振頻率按規(guī)定的步長（通常是頻率測量系統(tǒng)的頻率分辨率）調(diào)高，重復(fù)此過程，直到頻率測量系統(tǒng)測量得到的頻率值為規(guī)定的中頻頻率值為止。若搜索過程中本振頻率達到上限時仍未搜索到規(guī)定的中頻頻率值，則返回到本振頻率最低值，重新開始新一輪的搜索。系統(tǒng)一旦搜索到規(guī)定的中頻頻率值就進入跟蹤狀態(tài)。
在跟蹤狀態(tài)，頻率測量模塊對每一個發(fā)射脈沖頻率與本振頻率下變頻得到的中頻脈沖頻率進行實時精確測量，在發(fā)射脈沖結(jié)束時將測量結(jié)果送入單片機。單片機立即根據(jù)測量結(jié)果計算出響應(yīng)的本振頻率調(diào)整量，并控制DDS頻率合成模塊調(diào)整輸出頻率，保證在目標回波信號到達接收機時，本振信號已經(jīng)調(diào)整到與該發(fā)射脈沖頻率對應(yīng)的頻率點上，使目標回波信號下變頻后的頻率值為準確的中頻頻率值，從而保證目標回波信號能夠得到最有效的放大。
跟蹤模式實質(zhì)上是一個自適應(yīng)的控制過程：某一發(fā)射脈沖的頻率比前一發(fā)射脈沖的頻率升高（降低）在本振頻率不變的條件下，中頻頻率升高（降低）頻率測量模塊的測量結(jié)果升高（降低）單片機得到測量結(jié)果后控制DDS頻率合成模塊，使之輸出的本振頻率相應(yīng)升高（降低）中頻頻率降低（升高）到規(guī)定值。
2硬件結(jié)構(gòu)
2．1DDS頻率合成模塊
DDS頻率合成模塊以DDS芯片AD9854為核心，包括濾波電路、放大電路和與單片機的接口電路，圖2是其組成框圖。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的內(nèi)部時鐘，4～20倍的內(nèi)部可編程倍頻器使外部輸入的時鐘信號頻率可以從15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口總線，內(nèi)置正交雙通道DAC輸出，具有多種編程工作方式，能產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和非線性調(diào)頻信號等復(fù)雜信號。
AD9854采用CMOS結(jié)構(gòu)，工作電壓為3．3V，而單片機AT89C51工作在5V電壓下，其總線電平是5V的TTL電平，為保證AD9854的正常工作，必須經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后再與AD9854接口，AD9854的時鐘信號也必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后送到AD9854的時鐘引腳。AD9854有正交雙通道DAC輸出，每一個通道都是反相的互補輸出，經(jīng)MAX436放大后濾波，然后再經(jīng)MAX436放大到雷達要求的本振電平。兩路輸出中的一路用于和發(fā)射脈沖混頻，將下變頻后的中頻信號送到頻率測量模塊進行頻率測量，系統(tǒng)已經(jīng)知道DDS頻率合成模塊輸出的本振頻率，測量出發(fā)射脈沖的中頻頻率就能計算出發(fā)射頻率；另一路作為接收機的本振信號。
根據(jù)奈奎斯特采樣定律，當(dāng)DDS系統(tǒng)的時鐘為300MHz時，其輸出頻率的上限是150MHz，在工程應(yīng)用中通常只使用到時鐘頻率的40％，即120MHz。某型米波雷達的本振頻率上限略高于120MHz，經(jīng)查閱AD9854的數(shù)據(jù)手冊，其輸出頻率能夠達到理論的150MHz；同時經(jīng)實驗證實，AD9854能夠在雷達本振頻率上限值處穩(wěn)定工作，且輸出信號質(zhì)量完全可以滿足雷達系統(tǒng)對本振的要求。
2．2高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊
高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊采用倒計數(shù)法進行頻率測量，主要由下變頻混頻器、濾波整形電路、計數(shù)器T0、計數(shù)器T1和時序控制電路組成。圖3是其結(jié)構(gòu)的組成框圖，圖4是倒計數(shù)法頻率測量的時序圖。
倒計數(shù)法測頻是用被測信號的N個周期形成一個計數(shù)門時間T＝N·Tx，在T時間內(nèi)由時標F0計數(shù)，這樣一來測頻就相當(dāng)于測量門寬T，T的最大量化誤差是T0，Tx的最大量化誤差是T0/N。
某型雷達的發(fā)射脈沖的寬度是13μs，考慮到其發(fā)射機是單級振蕩式發(fā)射機，每個脈沖在起振和停振的過程中振蕩不穩(wěn)定，因此取中間的10μs作為測頻區(qū)間。該型雷達的第一中頻頻率為30MHz，在正常工作時，發(fā)射脈沖與本振信號下變頻的輸出頻率應(yīng)該是準確的30MHz，在10μs的測頻時間內(nèi)應(yīng)有300個脈沖，即可取N＝300；高穩(wěn)定的時標的頻率是100MHz，T0＝10ns，相應(yīng)的Tx的最大誤差是T0／300＝1／30ns，據(jù)此可計算出測頻的分辨率是30kHz，相對于雷達中頻放大器接近1MHz的帶寬而言，此指標完全能夠滿足雷達系統(tǒng)的要求。用頻譜分析儀實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差如表1所示。
表1實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差表
發(fā)射頻率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振輸出頻率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟蹤誤差/kHz-1-5+8-8-10-7
發(fā)射頻率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振輸出頻率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟蹤誤差/kHz-5-10-10+10+50
模塊的工作過程是：當(dāng)雷達觸發(fā)脈沖到來時，時序控制電路打開計數(shù)器T，發(fā)射脈沖隨后到來，經(jīng)下變頻、濾波、整形后轉(zhuǎn)換成TTL方波作為計數(shù)器T的時鐘。當(dāng)計數(shù)器T計到第32個脈沖時，時序控制電路打開計數(shù)器T0，T0開始對高穩(wěn)定時標計數(shù)；當(dāng)計數(shù)器T計到第332個脈沖時，時序控制電路關(guān)閉計數(shù)器T和T0，并通知單片機已經(jīng)完成一次頻率測量，單片機取走測量結(jié)果，并對硬件電路復(fù)位，準備下一個周期的測量。
2．3高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊
本機振蕩器的頻率穩(wěn)定度是影響雷達接收機性能的關(guān)鍵性指標。由于DDS頻率合成方法的輸出頻率穩(wěn)定度僅僅取決于其時鐘的頻率穩(wěn)定度，因此選用頻率穩(wěn)定度高達10－9的恒溫晶體振蕩器作為整個系統(tǒng)的時鐘。恒溫晶體振蕩器輸出的100MHz高穩(wěn)正弦波經(jīng)放大后整形為標準的TTL方波，一路作為頻率測量模塊的時間標準，另一路經(jīng)F161分頻為25MHz的TTL方波，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后作為AD9854的外部時鐘信號，利用AD9854內(nèi)部的可編程倍頻器倍頻12倍使AD9854工作在300MHz的內(nèi)部時鐘頻率下。高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊組成框圖如圖5所示。
3軟件結(jié)構(gòu)
單片機是整個系統(tǒng)的控制核心，可以充分利用軟件可編程控制的優(yōu)勢對系統(tǒng)進行靈活有效的控制。圖6是單片機的軟件框圖。
通電以后單片機首先進行初始化，然后設(shè)置DDS模塊的工作模式等參數(shù)，再進行時序控制電路的復(fù)位并對所有計數(shù)器進行清零操作。隨后單片機不斷查詢測量完成信號。當(dāng)時序控制電路在雷達觸發(fā)脈沖的作用下完成一次測量時?熏就通過該信號通知單片機，單片機一旦查詢到測量完成便立即讀入測量結(jié)果。然后進行分析，是標準中頻頻率時不進行本振頻率的調(diào)整，直接準備下一脈沖周期的測量，若不是則計算所需的頻率調(diào)整量，控制DDS頻率合成模塊進行頻率調(diào)整，然后再準備下一脈沖周期的測量。
搜索和跟蹤過程的區(qū)別主要在于計算頻率調(diào)整量的方法不同，其它流程基本一致。
