1采暖系统的总体方案
1.1采暖系统的结构方案
太阳能空气采暖系统是一种采用空气作为传热介质的太阳能光热转换系统，主要由太阳能空气集热模块、风机、管道、散流器等构成，如图1所示。随着太阳辐射强度的增加，太阳能空气模块温度不断上升，在风机作用下，模块内空气间层形成负压，外部空气通过模块上孔缝被吸入空气间层并被加热，加热后的热空气通过送风口输至建筑内，为建筑室内提供采暖。
1.2采暖系统的控制方案
智能控制系统主要由微处理器控制单元、液晶显示与操作单元、温度传感器、太阳辐射照度传感器和室内PM10传感器等组成，如图2所示。系统将多种传感器采集的环境参数输送至微处理器控制单元，经过计算与分析，实时调整风机速度、加热单元等，实现太阳能空气智能采暖。
2控制系统设计
2.1硬件设计
微处理器控制单元是太阳能空气采暖智能控制系统的核心部分，由单片机、存储芯片、光电隔离电路、模数与数模转换电路以及电源转换电路等组成。其中，单片机采用SiliconLaboratories公司设计的C8051F340混合信号片上系统单片机，内有4个16位计数器/定时器、2个具有扩展波特率配置的全双工UART、1个增强型SPI端口、多达4352字节的内部RAM，128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及多达40个I/O引脚，并且同MCS-51指令集完全兼容，与标准的8051结构相比，指令执行速度有很大的提高，其复位和写入程序电路如图3所示。液晶显示与操作单元采用串口智能显示模块EzUIV10_070K，模块显示器为7.0英寸彩色TFT显示屏，800×480点阵，内置有256M资源存储器。其供给电源为5V直流，与微处理器控制单元通过串行UART（TTL电平）接口进行通讯。人机显示界面由EzUITool_V30软件设计，包括触摸区域、位图触摸按钮、数值和字符等控件素材，方便编辑与生成资源文件。
2.2软件设计
智能控制系统软件程序以C语言设计为主，它既拥有高级编程语言的优点，又具有汇编语言的空间小、运行速度快等特点，表达运算能力、可读性和可移植性也比较突出，拥有较高的指令执行效率［5］。程序开发环境采用C8051F官方开发环境SiliconLaboratoriesIDE，为设计者提供了用于开发和测试项目的所有工具。程序设计采用模块化设计，通过主程序、子程序和子过程等框架描述出智能控制系统软件的主要结构与流程，并且定义各个框架间的联系，简化程序的开发、调试和维护。首先分配RAM区的资源，然后系统（包括C8051F340单片机、串口智能显示模块等元件）进行初始化，之后依据系统各单元工作顺序与状态依次调用相应的子程序，完成触摸屏的显示与输入，传感数据的采集、分析与判断，模拟量的输出控制和故障判断等功能，主程序流程如图4所示。此外，上位机软件可以通过USB接口将微处理器控制单元存储的运行数据导入SQLServer数据库，方便统计与维护。
2.3抗干扰设计
为了确保智能控制系统各模块间软硬件资源无冲突、高效与稳定运行，避免电磁环境以及其他方面干扰的出现。本文在详细分析了控制系统干扰源及干扰途径的基础上，采用了以下几种抗干扰设计：第一，系统内部重要元件统一采用贴片封装形式，减少周围环境的电磁干扰，同时降低器件本身的杂散特性。第二，弱电信号与交流电源线等分开布线，保持一定的安全距离，防止由浪涌电流产生的错误信号输入或强电辐射对弱电信号传输过程的干扰。第三，所有布线应该有效接地，以防止触电与干扰，并且分离工作接地与保护接地。第四，传感器信号传输应用同轴屏蔽电缆连接，增强对外界的抗干扰能力。第五，数字集成电路芯片电源引脚并入去耦电路，有效减少电源的杂波干扰。
3结语
本文设计了以微处理器为核心的，集多传感数据采集、分析与显示、风机与加热单元控制为一体的太阳能空气采暖智能控制系统，引入了影响太阳能空气采暖建筑室内环境影响因素的分析与计算，有效改善了室内空气品质，提高了人体感受的舒适度，解决了室温波动大及采暖效果不理想等问题，促进了太阳能空气采暖系统产业的进一步发展。
作者：秦国辉 王玉鹏 周闯 罗向东 单位：黑龙江省科学院科技孵化中心
