- 基于ARM的室内温度控制系统的设计与实现[图]

因为室内温度系统是一个大纯滞后系统，无法建立精确的数学模型，所以本系统采用模糊控制技术对室内温度进行控制，以提高室内温度的控制精度。对于室内温度系统来说，随着室外温度及暖气温度的变化，原来完善的模糊控制规则可能会不适合变化后的新环境，从而导致控制效果不佳。因此，本设计采用了自适应模糊控制系统，以适应不断变化的环境。自适应模糊控制系统结构如图2 所示。

图2 自适应模糊控制系统

自适应模糊控制系统可以连续和自动地测量被控对象的动态特性并把它们与理想模型的动态特性相比较，再用两者之差去改变比例因子、模糊控制规则等可调参数，以使系统具有优化的性能。本系统采用动态改变相关比例因子的方式来实现模糊控制系统的自我调整。如图2 所示，为了降低模糊控制器的复杂度，减小计算量，系统采用二输入单输出模型。系统设定温度值T0与当前室内温度值T 的偏差e 和偏差率ec 为输入变量，控制量u 为输出变量。室外温度值T1 与暖气温度值T2 为系统参考量。e= T0-T,ec=de/dt.ke 和kec 分别为温度偏差和偏差变化率比例因子，ku 为控制量比例因子。系统根据e、ec 的变化并参考T1、T2 的值进行综合分析，性能辨识，然后动态的调整比例因子ke 与kec,从而实现模糊控制系统的自我调整，以适应不断变化的环境。

图3 自适应模糊控制系统仿真波形图

根据专家知识和实际测试，选择合适的论域、隶属度函数及相关比例因子，建立合理的模糊控制规则，在Matlab7.1 中的Simulink 下建立系统仿真模型。

系统设定温度为24℃，输出波形如图3 所示，超调量不超过0.5℃，在室内暖气大纯滞后环境下，控制品质已相当优良。实际测试表明，系统具有很好的控制效果及很强的鲁棒性。

3 系统软件设计

系统软件部分的设计主要是基于ARM-Linux,与其他嵌入式操作系统相比，Linux 操作系统具有完整的TCP/IP 协议，良好的稳定性和实时性，很好的满足了智能控制系统对系统可靠性的要求；此外，Linux 易于移植裁减、内核小、效率高、源代码开放并有众多的开发者，为系统的开发提供了良好的技术支持。

系统开发首先建立交叉编译环境，然后引导bootloader,移植操作系统，装载文件系统，开发图形界面，最后编写应用程序。本系统采用Linux2.6内核，其具有强大的进程、中断、内存和设备管理功能，支持各种文件系统。系统采用了基于QT/E 的图形用户界面，Q/E 延续了Qt 在桌面系统的所有功能，丰富的API 接口和基于组件的编程模型使得嵌入式Linux 系统中的应用程序开发更加便捷。

系统程序流程如图4 所示，系统应用程序主要由一系列用来实现相应功能的子程序组成，主要包括温度检测程序、ZigBee 无线通信程序、模糊控制程序、GPRS 无线通信程序等。

图4 系统程序流程

4 结束语

本文介绍了一种基于ARM 的室内智能温度控制系统，给出了详细的系统架构方案，从软、硬件两方面阐述了设计思路和实现方法。系统采用ZigBee 技术组建小型无线网络，实现了多点温度采集，避免了繁琐的布线；采用模糊控制技术，提高了室内温度的控制精度；建立了QT 用户界面，优化了人机交互环境；采用GPRS 技术实现了系统的远程控制。本系统弥补了我国北方冬季供暖系统存在的不足，随着我国计量取暖的逐步实施，具有很好的实际运用价值。