基于EDA技術(shù)與VHDL語言實(shí)現(xiàn)空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引 言

空調(diào)控制系統(tǒng)是智能建筑樓宇自動(dòng)控制的一個(gè)重要組成部分。系統(tǒng)占據(jù)整個(gè)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的30％以上的監(jiān)控點(diǎn)，而且空調(diào)的能耗也占整個(gè)建筑物能耗的50％以上。因此，空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，也是節(jié)電節(jié)能的重點(diǎn)，特別對(duì)于大型建筑而言，更是如此。在此設(shè)計(jì)一種新型空調(diào)控制器，并采用了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)，用目前廣泛應(yīng)用的VHDL硬件電路描述語言，在Altera公司的Max+PlusⅡ集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行綜合、仿真，并下載到可編程邏輯器件中，以實(shí)現(xiàn)控制功能。

1 空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先由傳感器檢測室內(nèi)溫度，并將采集來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的預(yù)處理單元。在預(yù)處理單元將采集來的溫度信號(hào)與設(shè)定值相比較，以判斷當(dāng)前的狀態(tài)(太熱、太冷或適中)。然后將處理結(jié)果傳輸?shù)娇刂茊卧?；最后由?zhí)行機(jī)構(gòu)接收控制單元輸出的控制信號(hào)，控制室內(nèi)空調(diào)。

2 控制單元的EDA實(shí)現(xiàn)

2．1 控制單元的芯片功能

控制芯片如圖2所示。

有3個(gè)輸入端時(shí)鐘端：cIk，temp_high和temp_low；2個(gè)輸出端：heat和cool，高電平有效。如果室內(nèi)溫度正常， temp_high和temp_low均為“0”，則輸出端heat和cool均為“0”。如果室內(nèi)溫度過高，temp_high為“1”， temp_low為“0”，則heat和cool分別為“1”和“0”，空調(diào)制冷。如果室內(nèi)溫度過低，temp_high為“0”，temp_low為 “1”，則heat和cool分別為“0”和“1”，空調(diào)制熱。

2．2 控制單元芯片的VHDL代碼

VHDL(Very High Speed Integrated CircuitHardware Description Language)是IEEE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，是隨可編程邏輯器件(PLD)的發(fā)展而發(fā)展起來的。這種用語言描述硬件電路的方式，容易修改和保存，且具有很強(qiáng)的行為描述能力，所以在電路設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。以下是描述控制單元VHDL代碼：

2．3 控制單元芯片的功能仿真

控制單元芯片系統(tǒng)采用Altera公司的EPF8282-ALC84-2芯片，所有程序在Max+Plus II中開發(fā)。當(dāng)設(shè)計(jì)輸入完成后，進(jìn)行整體的編譯和邏輯仿真，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換、布局、布線，延時(shí)仿真生成配置文件，最后下載至FPGA器件，完成結(jié)構(gòu)功能配置，實(shí)現(xiàn)其硬件功能。控制芯片的系統(tǒng)邏輯功能仿真波形如圖3所示。各信號(hào)的邏輯功能和時(shí)序配置完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 語

這里設(shè)計(jì)的空調(diào)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)室溫的變化控制空調(diào)制冷或制熱，起到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，大大降低了空調(diào)的能耗。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)方便，成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此極具市場競爭力。