CN215490250U - 一种利用模糊算法的辐射空调温湿度的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置，包括控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器、OLED显示屏、按键电路和电源电路。风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路构成4路负载驱动电路。电源电路负责降压整流滤波，得到直流12V、直流5V和直流3.3V，分别给继电器、电动调节阀和单片机以及温湿度传感器等外设供电。单片机根据四个按键，用户给定的温湿度初始值，以及温湿度传感器读取到的温湿度数据进行处理分析并控制显示屏，显示温湿度数据，同时可利用模糊PID算法控制4路负载何时工作何时不工作，从而构成完整的闭环，实现恒温、湿度控制。

Description

一种利用模糊算法的辐射空调温湿度的控制装置

技术领域

本实用新型涉及辐射空调控制技术领域，尤其涉及一种利用模糊算法的辐射空调温湿度的控制装置。

背景技术

辐射空调是指降低(升高)围护结构内表面中一个或多个表面的温度，形成冷(热)辐射面，依靠辐射面与人体、家具及围护结构其余表面的辐射热交换进行供冷(暖)的空调设备。辐射面可通过在围护结构中设置冷(热)毛细管网，也可在天花板或墙外表面加设辐射板来实现。

毛细管网可以用小温差辐射采暖制冷两用，但是为了避免湿度大露点高辐射供冷产生凝露，就要配套除湿系统，采用毛细管网恒温辐射+置换新风方案，实现高舒适低能耗达到最高健康环保要求，称为生态空调系统。造价与传统中央空调+地板采暖相当，但是节省了空间和能耗，也极大程度上提高了使用者的舒适度。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种利用模糊算法的辐射空调温湿度的控制装置，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置，包括控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器和电源电路；控制电路具有单片机最小系统；

温湿度传感器的输出端电路连接控制电路的输入端，温湿度传感器用于将室内环境的温湿度信息转换成温湿度电信号并传输到控制电路；

控制电路的输出端分别电路连接风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路和制冷/制热驱动电路，控制电路用于将接收到的温湿度电信号转换成驱动电信号，并传输到风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路和制冷/制热驱动电路；

风机驱动电路、水泵驱动电路和制冷/制热驱动电路分别具有第一继电器、第三继电器和第四继电器，当驱动电信号为低电平驱动电信号时，第一继电器、第三继电器和第四继电器导通；

电源电路用于向控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器供电。

优选地，控制电路包括单片机和分别与该单片机电路连接的时钟电路、复位电路和滤波电路；

时钟电路包括：分别通过各自一端电路连接单片机的第五电容和第六电容，该第五电容和第六电容的另一端相互并联之后接地；晶振，该晶振通过两端分别连接第五电容和第六电容；

复位电路包括：第十五电阻，该第十五电阻一端连接单片机；第二十一电阻，该第二十一电阻一端连接单片机；第七电容，该第七电容一端连接第十五电阻，另一端与第二十一电阻并联后接地；

滤波电路包括相互并联之后连接单片机的第八电容、第九电容、第十电容和第十一电容。

优选地，风机驱动电路包括第二光耦、第一电阻、第二电阻、第五电阻、第一二极管、第一三极管、第一继电器和风机接口；

第二光耦分别电路连接单片机、第一电阻、第二电阻和第一三极管的基极；第五电阻一端接入第二光耦与第一三极管的基极之间，另一端与第一三极管的发射极并联之后接地；第一二极管一端用于连接电源，另一端连接第一三极管的集电极，还与第一继电器耦合连接；第一继电器还与风机接口电路连接；

当第二光耦接收到低电平驱动电信号，第二光耦导通，第一继电器导通并通过风机接口为风机接电。

优选地，电动调节阀驱动电路包括数模转换器、第三电阻、第四电阻、第六电阻、第二二极管、第十二电容、运算放大器和电动调节阀接口；

数模转换器一端连接单片机，另一端连接电动调节阀接口，第三电阻和第四电阻分别连接数模转换器和单片机之间；第十二电容与数模转换器相连接；

运算放大器一端连接单片机，另一端连接电动调节阀接口，第二二极管接入单片机和运算放大器之间，第六电阻接入运算放大器和电动调节阀接口之间；第二二极管为双二极管；

数模转换器用于将单片机发送的驱动电信号转换成模拟信号并发送至电动调节阀接口；第六电阻用于将电动调节阀反馈的电流信号转换为电压信号并发送到运算放大器，运算放大器将该电压信号发送到单片机。

优选地，水泵驱动电路包括第五光耦、第七电阻、第八电阻、第十二电阻、第五二极管、第三三极管、第三继电器和水泵接口；

第五光耦分别电路连接单片机、第七电阻、第八电阻和第三三极管的基极；第十二电阻一端接入第五光耦与第三三极管的基极之间，另一端与第三三极管的发射极并联之后接地；第五二极管一端用于连接电源，另一端连接第三三极管的集电极，还与第三继电器耦合连接；第三继电器还与水泵接口电路连接；

当第五光耦接收到低电平驱动电信号，第五光耦导通，第三继电器导通并通过水泵接口为水泵接电。

优选地，制冷/制热驱动电路包括第六光耦、第十三电阻、第十四电阻、第二十电阻、第六二极管、第四三极管、第四继电器和制冷/制热接口；

第六光耦分别电路连接单片机、第十三电阻、第十四电阻和第四三极管的基极；第二十电阻一端接入第六光耦与第四三极管的基极之间，另一端与第四三极管的发射极并联之后接地；第六二极管一端用于连接电源，另一端连接第四三极管的集电极，还与第四继电器耦合连接；第四继电器还与制冷/制热接口电路连接；

当第六光耦接收到驱动电信号，第六光耦导通/断开，第四继电器相应导通/断开并通过制冷/制热接口控制辐射空调的制冷/制热设备通电/断开。

优选地，还包括稳压电路和降压电路，该稳压电路一端与电源电路相连接，另一端连接降压电路，降压电路另一端用于向控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器供电；

电源电路包括交流电源输入端子、电源开关、变压器、整流桥和第一电容；变压器分别与交流电源输入端子和整流桥耦合连接，电源开关接入变压器与交流电源输入端子之间；

稳压电路包括稳压处理器、第二电容、第四二极管、第一储能电感、第三电容和第四电容；稳压处理器的输入端连接整流桥，输出端连接第一储能电感；

降压电路包括降压处理器、第十三电容、第十四电容和第十五电容；降压电路的输出端用于供电，降压电路的输入端与第一储能电感相连接；

第三电容、第四电容和第十三电容分别接入第一储能电感和降压处理器之间，第四二极管接入稳压处理器与第一储能电感之间；

第一电容和第二电容分别接入整流桥和稳压处理器之间；

变压器用于对从交流电源输入端子输入的电流进行降压，整流桥用于将从变压器输出的电流转换为直流电流，稳压处理器、第四二极管和第一储能电感用于对从整流桥输出的电流进行降压，第一电容和第二电容用于对从整流桥输出的电流进行滤波，第三电容、第四电容和第十二电容用于对从稳压处理器输出的电流进行滤波，第十四电容和第十五电容用于对从降压处理器输出的电流进行滤波。

优选地，还包括分别与单片机和电源电路相连接的按键电路；该按键电路包括：分别连接单片机的第一按键开关、第二按键开关、第三按键开关和第四按键开关；接入第一按键开关与单片机之间的第十六电阻；接入第二按键开关与单片机之间的第十七电阻；接入第三按键开关与单片机之间的第十八电阻；接入第四按键开关与单片机之间的第十九电阻；第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻和第十九电阻的另一端连接电源电路；

通过第一按键开关、第二按键开关、第三按键开关和第四按键开关的其中一个或多个的触点转换，对应地改变第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻和第十九电阻的其中一个或多个的电阻，进一步改变按键电路接入单片机的电平。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置，包括控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器、OLED显示屏、按键电路和电源电路。风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路构成4路负载驱动电路。电源电路负责降压整流滤波，得到直流12V、直流5V和直流3.3V，分别给继电器和单片机以及温湿度传感器等外设供电。单片机根据四个按键，用户给定的温湿度初始值，以及温湿度传感器读取到的温湿度数据进行处理分析并控制显示屏，显示温湿度数据，同时可利用模糊PID算法控制4路负载的工作状态，从而构成完整的闭环，实现恒温、湿度控制。本实用新型提供的控制装置，能够精确地控制辐射空调，实现智能控制，体感舒适，节约能源，降低成本，提高室内生活质量；还添置露点开关减小冷凝水带来的腐蚀设备等风险。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的逻辑框图；

图2为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的电路图；

图3为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的控制电路的电路图；

图4为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的风机驱动电路的电路图；

图5为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的电动调节阀驱动电路的电路图；

图6为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的水泵驱动电路的电路图；

图7为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的制冷/制热驱动电路的电路图；

图8为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的降压整流的电路图；

图9为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的电源电路的电路图；

图10为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的稳压电路的电路图；

图11为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的降压电路的电路图。

图12为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的按键电路的电路图；

图13为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的温湿度传感器的电路图；

图14为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的OLED显示屏的电路图；

图15为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的控制过程的流程图；

图16为本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置的模糊控制的原理图。

图中：

101.控制电路 102.风机驱动电路 103.电动调节阀驱动电路 104.水泵驱动电路105.制冷/ 制热驱动电路 106.温湿度传感器 107.电源电路 108.稳压电路 109.按键电路 110.OLED显示屏 111.降压电路。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

本实用新型提供一种利用模糊算法对辐射空调进行温湿度控制的装置，主要用于解决现有辐射空调的如下缺点：

温度控制不够精确无法达到设置的恒温环境，现有的辐射空调设计难度较高，在安装之前，要对天花板等造型区域进行规划，这样无形中增加了室内环境设计的难度，冷凝水会带来的腐蚀设备等安全隐患。

参见图1和2，本实用新型提供一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置，包括控制电路101、风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104、制冷/制热驱动电路105、温湿度传感器106和电源电路107；风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104、制冷/制热驱动电路105构成4路负载驱动电路，控制电路101具有单片机最小系统。

温湿度传感器106的输出端电路连接控制电路101的输入端，温湿度传感器106用于将室内环境的温湿度信息转换成温湿度电信号并传输到控制电路101；

控制电路101的输出端分别电路连接风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104和制冷/制热驱动电路105，控制电路101用于将接收到的温湿度电信号转换成驱动电信号，并传输到风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104和制冷/制热驱动电路105。风机驱动电路102通过接收到的驱动电信号控制辐射空调的风机启动、停止和转速。水泵驱动电路104通过接收到的驱动电信号控制水泵的启动/停机。电动调节阀驱动电路103通过接收到的驱动电信号控制辐射空调管路上的电动调节阀，该电动调节阀用于控制管路的水流量，在本实用新型提供的实施例中，电动调节阀驱动电路103将控制电路101发送的数字信号转换为模拟信号控制电动调节阀。制冷/制热驱动电路105通过接收到的驱动电信号控制辐射空调的制冷/制热设备的工作状态，实现制冷/制热的转换。

在本实用新型提供的实施例中，风机驱动电路102、水泵驱动电路104和制冷/制热驱动电路105分别具有第一继电器、第三继电器和第四继电器，当驱动电信号为低电平驱动电信号时，第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器导通，相应的整个驱动电路导通，反之，当驱动电信号为高电平驱动电信号时，第一继电器、第三继电器和第四继电器断开，相应的整个驱动电路断开；

电源电路107用于向控制电路101、风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104、制冷/制热驱动电路105、温湿度传感器106供电。

在本实用新型提供的优选实施例中，如图3所示，控制电路101采用STM32单片机最小系统，具体可以采用STM32F103CBT6，其包括单片机U4和分别与该单片机U4电路连接的时钟电路、复位电路和滤波电路。如图所示，单片机的VBAT、VDD_1、VDD_2、VDD_3、 VDDA引脚连接滤波电路，BOOT0、NRST引脚连接复位电路，PD0 OSC_IN、PD1 OSC_OUT引脚连接时钟电路，PB8-PB12为输出对四路负载的驱动信号。

时钟电路包括：分别通过各自一端电路连接单片机U4的第五电容和第六电容，该第五电容C5和第六电容C6的另一端相互并联之后接地；晶振X1，该晶振X1通过两端分别连接第五电容C5和第六电容C6。晶振X1给单片机U4提供8Mhz时钟信号，第五电容C5和第六电容C6协助晶振X1快速起震，并稳定时钟频率。

复位电路包括：第十五电阻R15，该第十五电阻R15一端连接单片机U4；第二十一电阻 R21，该第二十一电阻R21一端连接单片机U4；第七电容C7，该第七电容C7一端连接第十五电阻R15，另一端与第二十一电阻R21并联后接地。第十五电阻R15和第七电容C7组成上电复位，上电利用电容充放电原理，自动复位。

滤波电路包括相互并联之后连接单片机U4的第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10 和第十一电容C11，其作为单片机U4的电源滤波电容，靠近单片机U4的电源引脚，保证单片机U4电源供电稳定。

如图3所示，P5为STM32单片机的SWD接口，3、4两个引脚为电源引脚，1、2两个引脚为数据引脚，用STLINK工具连接电脑，可以实现在线调试，烧写程序。

在本实用新型提供的优选实施例中，如图4所示，风机驱动电路102包括第二光耦U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5、第一二极管D1、第一三极管Q1、第一继电器 RL1和风机接口P1；

第二光耦U2分别电路连接单片机U4、第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管Q1的基极；第五电阻R5一端接入第二光耦U2与第一三极管Q1的基极之间，另一端与第一三极管Q1的发射极并联之后接地；第一二极管D1一端入第二电阻R2与电源VCC之间，另一端连接第一三极管Q1的集电极，还与第一继电器RL1耦合连接；第一继电器RL1还与风机接口 P1电路连接；

上述设置的作用在于，由于STM32单片机U4只能输出0V和3.3V，而且驱动能力有限，所以需要设计信号放大和驱动电路，实现以小控大。当从单片机U4的PB8引脚接入给第二光耦U2的驱动电信号为低电平驱动电信号时，第二光耦U2的3、4两个引脚导通，从而控制第一三极管Q1饱和导通，第一继电器RL1吸合导通，风机接口P1接入220V电压，风机启动，反之，当第二光耦U2接收到高电平驱动电信号，第二光耦U2断开，第一三极管Q1截止，第一继电器RL1断开，风机接口P1断电，风机停机。

在本实用新型提供的优选实施例中，如图5所示，电动调节阀驱动电路103包括数模转换器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第六电阻R6、第二二极管D2、第十二电容C12、运算放大器U7A和电动调节阀接口P2。

数模转换器U3一端连接单片机U4，另一端连接电动调节阀接口P2，第三电阻R3和第四电阻R4分别接入数模转换器U3和单片机U4之间；第十二电容C12与数模转换器U3相连接；

运算放大器U7A一端连接单片机U4，另一端连接电动调节阀接口P2，第二二极管D2接入单片机U4和运算放大器U7A之间，第六电阻R6接入运算放大器U7A和电动调节阀接口P2之间，构成取样电阻。

在本实施例中，电动调节阀接口P2具有6个引脚，其中1、2引脚为电源引脚，采用220V交流电供电。数模转换器U3采用MCP4725，其SCL和SDA脚分别串联第四电阻R4和第三电阻R3，第四电阻R4和第三电阻R3另一端分别连接单片机U4的PB10脚和PB11脚，数模转换器U3的VSS脚连接5V电源，VDD脚接地，第十二电容C12并联接入VSS脚和VDD脚，用于滤波。转换器U3的VOUT脚接入电动调节阀接口P2的3脚。电动调节阀接口P2的3、4 脚为控制信号，采用1-5V模拟量变化控制调节阀的打开程度，从而控制辐射空调的管路流速。数模转换器U3用于把单片机U4的数字信号转为模拟信号，从而输出1-5V变化的模拟量来控制电动调节阀。

运算放大器U7A采用LM358，其1脚连接单片机U4的PA1脚。第二二极管D2采用双二极管，型号优选BAT54S，其1脚接地，2脚接3.3V电源，3脚接入运算放大器U7A和单片机 U4之间，起到保护运算放大器U7A的作用。运算放大器U7A的2、3脚分别连接电动调节阀接口P2的5、6脚，电动调节阀接口P2的5、6脚为数据发反馈引脚，构成闭环控制信号，该 5、6两个引脚为4-20mA反馈数据，通过第六电阻R6的取样电阻，把电流信号转为电压信号，根据欧姆定律计算得到，U＝I*R，0.02A*150R＝3V，然后经过U7 LM358运算放大器输出到单片机U4的PA1模拟口，用STM32自带的内部ADC来采集，从而实现闭环控制。

在本实用新型提供的优选实施例中，如图6所示，水泵驱动电路104包括第五光耦U5、第七电阻R7、第八电阻R8、第十二电阻R12、第五二极管D5、第三三极管Q3、第三继电器RL3和水泵接口P4；

第五光耦U5分别电路连接单片机U4、第七电阻R7、第八电阻R8和第三三极管Q3的基极；第十二电阻R12一端接入第五光耦U5与第三三极管Q3的基极之间，另一端与第三三极管Q3的发射极并联之后接地；第五二极管D5一端接入第八电阻R8与供电端VCC之间，另一端连接第三三极管Q3的集电极，还与第三继电器RL3耦合连接；第三继电器RL3还与水泵接口P4电路连接。

当从单片机U4的PB9引脚接入给第五光耦U5的驱动电信号为低电平驱动电信号时，第五光耦U5的3、4两个引脚导通，从而控制第三三极管Q3饱和导通，第三继电器RL3吸合导通，水泵接口P4接入220V电压，水泵启动，反之，当第五光耦U5接收到高电平驱动电信号，第五光耦U5断开，第三三极管Q3截止，第三继电器RL3断开，水泵接口P4断电，水泵停机。

在本实用新型提供的优选实施例中，如图7所示，制冷/制热驱动电路105包括第六光耦 U6、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第二十电阻R20、第六二极管D6、第四三极管 Q4、第四继电器RL4和制冷/制热接口P8；

第六光耦U6分别电路连接单片机U4、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第三四极管 Q4的基极；第二十电阻R20一端接入第六光耦U6与第四三极管Q4的基极之间，另一端与第四三极管Q4的发射极并联之后接地；第六二极管D6一端接入第十四电阻R14与电源VCC之间，另一端连接第四三极管Q3的集电极，还与第四继电器RL4耦合连接；第四继电器RL4 还与制冷/制热接口电路P8连接。

当从单片机U4的PB12引脚接入给第六光耦U6的驱动电信号为低电平驱动电信号时，第六光耦U6的3、4两个引脚导通，从而控制第四三极管Q4饱和导通，第四继电器RL4吸和导通，制冷/制热接口P8制热接口接入220V电压，当辐射空调为制热模式时，其制热设备进行工作，当辐射空调为制冷模式时，其制冷设备工作，反之，当第六光耦U6接收到高电平驱动电信号，第六光耦U6断开，第四三极管Q4截止，第四继电器RL4断开，制冷/制热接口 P8失电，辐射空调的制冷/制热设备不工作，以此调节室内供暖的温度。应当理解的是，辐射空调的制热设备可以是电阻丝，用于加热管路中的水，制冷设备可以是压缩机、半导体制冷片等，用于制备通入管路中的冷水。

在本实用新型提供的优选实施例中，第一二极管D1、第五二极管D5和第六二极管D6 采用1N4007型整流二极管。

在本实用新型提供的优选实施例中，如图1和8所示，本控制装置还包括稳压电路108和降压电路111，该稳压电路108一端与电源电路107相连接，另一端连接降压电路111，降压电路111另一端用于向控制电路101、风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104、制冷/制热驱动电路105、温湿度传感器106供电，与三者一起构成降压整流电路。

如图9所示，电源电路107包括交流电源输入端子P3、电源开关S1、变压器T1、整流桥 D3和第一电容C1；变压器T1分别与交流电源输入端子P3和整流桥D3耦合连接，电源开关S1接入变压器T1与交流电源输入端子P3之间。

如图10所示，稳压电路108包括稳压处理器U1、第二电容C2、第四二极管D4、第一储能电感L1、第三电容C3和第四电容C4；稳压处理器U1的输入端连接整流桥D3，输出端连接第一储能电感L1。

如图11所示，降压电路111包括降压处理器U8、第十三电容C13、第十四电容C14和第十五电容C15；降压电路111的输出端用于向上述需电侧供电，降压电路111的输入端与第一储能电感L1相连接。

第三电容C3、第四电容C4和第十三电容C13相互并联并分别接入第一储能电感L1和降压处理器U8之间，第四二极管D4接入稳压处理器U1与第一储能电感L1之间。在本实施例中，稳压处理器U1采用LM2596S-5，其输出5V直流电；第四二极管D4为续流二极管；

第一电容C1和第二电容C2分别接入整流桥D3和稳压处理器U1之间；

变压器T1位低频变压器，用于对从交流电源输入端子P3输入的220V交流进行降压，输出9V交流电，整流桥D3用于将从变压器T1输出的电流进行整流转换为直流电流，第一电容 C1和第二电容C2用于对从整流桥输入到稳压处理器U1的电流进行滤波，保证稳压处理器 U1的供电稳定，第四二极管D4和第一储能电感L1配合稳压处理器U1对从整流桥D3输出的电流进行DC-DC降压，至5V，降压处理器U8将稳压电路108输出的5V电降压至3.3V以供需电侧之用。第三电容C3、第四电容C4和第十三电容C13用于对从稳压处理器U1输出的电流进行滤波，保证降压处理器U8的供电稳定，第十四电容C14和第十五电容C15相互并联并分别接入降压处理器U8和需电侧(即上述控制电路101、风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104、制冷/制热驱动电路105、温湿度传感器106等)之间，用于对从降压处理器U8输出的电流进行滤波，保证其供电稳定。在本实施例中，降压处理器U8优选AMS1117-3.3。

在本实用新型提供的优选实施例中，如图12所示，本控制装置还包括分别与单片机U4 和电源电路107相连接的按键电路109；该按键电路109包括：分别连接单片机U4的第一按键开关S2、第二按键开关S3、第三按键开关S4和第四按键开关S5；接入第一按键开关S2与单片机U4之间的第十六电阻R16；接入第二按键开关S3与单片机U4之间的第十七电阻R17；接入第三按键开关S4与单片机U4之间的第十八电阻R18；接入第四按键开关S5与单片机U4之间的第十九电阻R19；第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18和第十九电阻R19的另一端连接电源电路107输出的3.3V直流电；

按键电路109，用来设置温湿度初始值，四个按键的功能分别为设置，加，减，确认。第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18和第十九电阻R19为四个上拉电阻。通过第一按键开关、第二按键开关、第三按键开关和第四按键开关的其中一个或多个的触点转换，对应地改变第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻和第十九电阻的其中一个或多个的电阻，进一步改变按键电路109接入单片机的电平。例如，当按键没有按下，对应IO口被上拉电阻拉高，当按键按下，则对应的电阻的IO口拉低，单片机U4通过检测高低电平变化，即可知道按键是否按下，然后执行相应命令。

在本实用新型提供的优选实施例中，温湿度传感器106采用DHT22型温湿度传感器106，可以同时采集温度数据和湿度数据。如图13所示，温湿度传感器106的传感处理器P7的1、4引脚为电源引脚，用于接入电源电路107的3.3V直流供电，2脚为数据引脚，和 STM32单片机U4的PA8引脚通讯，第九电阻R9为上拉电阻，保证数据通讯稳定。

在本实用新型提供的优选实施例中，本控制器还具有OLED显示屏110，用来显示用户的设定温湿度数据，以及传感器实时采集的温湿度数据。如图14所示，其采用OLED12864型显示屏，其中的显示屏端子P6的1、2引脚为电源引脚，采用接入电源电路107的直流3.3V电源供电，3、4引脚为数据引脚，通过I2C协议和STM32单片机U4的PB6、PB7两个引脚通讯，第十电阻R10、第十一电阻R11为两个上拉电阻，保证数据通讯稳定。

图2显示了控制器的一个优选的电路结构，包括控制电路101、风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104、制冷/制热驱动电路105、温湿度传感器106、OLED显示屏110、按键电路109。稳压电路108和电源电路107图中未示出，通过需电侧各自的示意图的标识可以直接知晓供电的连接方式。风机驱动电路102、电动调节阀驱动电路103、水泵驱动电路104、制冷/制热驱动电路105构成4路负载驱动电路。电源电路107负责降压整流滤波，得到直流12V和直流3.3V，分别给继电器和STM32单片机U4以及温湿度传感器106等外设供电。单片机U4根据四个按键，用户给定的温湿度初始值，以及DHT22温湿度传感器106读取到的温湿度数据进行处理分析并控制OLED显示屏，显示温湿度数据，同时可利用模糊PID算法控制4路负载的工作状态，从而构成完整的闭环，实现恒温、湿度控制。STM32单片机U4的PA4-PA7接口连接按键的输出，PA8接口连接温湿度传感器106的输出，PB6，PB7为输出OLED显示信号。

在本实用新型提供的实施例中，单片机最小系统中的内置控制程序可以依据现有技术设置，例如市售的STM32F103CBT6现有内置控制程序，在一些优选实施例中，可利用模糊 PID算法控制4路负载的工作状态，从而构成完整的闭环，实现恒温、湿度控制。如图15所示，具体控制过程如下：

实时获取房间内温度和湿度，以及辐射装置的温度；

将实时获取的房间内温度和湿度与预设的目标温度进行比较，若与预设的目标温度不相同，则结合模糊逻辑对辐射空调进行温度调节。

在这个控制装置中，主要分成施工布局，传感，露点温度控制，控制模型四个部分。首先设置房间内所需的目标温度，然后通过传感装置进行温度的记录并与目标温度进行比较，如果需要调整则通过传热模型的计算得出实现目标温度所需要的参量，并通过控制模型进行模糊PID控制，最终通过整体施工布局所铺设的毛细管来实现温度控制以达到房间的目标温度，整个过程中对露点温度实时监测并调整，以避免结露现象的出现。

整体施工布局主要包括辐射空调系统在围护结构的内表面铺设毛细管，通过水路循环来降低或者升高围护结构内表面的温度，形成冷热辐射面，利用冷热辐射面与人体、家具及其与物体的表面进行热交换。毛细管式一般使用内径很小的塑料管，对室内负荷变化的反应快，而在辐射能力相当的情况下造价低、安装简捷、节约建筑空间。可以根据客户要求定制尺寸、干湿式建筑施工要求均可。辐射式供冷引起的室内空气对流风速很小，室内人员没有吹风感，一般应用于冷负荷不太大的场所，如办公室、学校、银行等。

传感部分设置环境温度传感器和毛细管网的温度传感器在预设时间单位内记录一次参数，该预设时间单位根据需要适当设置，例如可以是每分钟。主要参数就是室内环境温度，毛细管表面温度和已设置的目标环境温度，根据传感器所获取参数进行相应控制。

结露是指空气中的水汽能达到饱和状态时，若环境温度继续下降，开始出现空气中过饱和的水汽凝结水析出的现象，该饱和状态的房间内湿度可以称为结露临界点，其可以是预先根据房间内布局研究取得并预设在控制系统中。本实用新型提供的优选实施例中设置露点开关以控制温度，达到防止结露的效果。

露点开关于辐射金属冷吊顶易于结露的区域，如窗边吊顶板处。当辐射吊顶温度降到结露温度时，关闭辐射制冷电动阀，停止冷水进入毛细管，使冷辐射面温度升温，防止结露发生。待结露危险消除后，恢复到原先的运行模式。

温湿控制采用模糊PID控制，即利用模糊逻辑并根据一定的模糊规则对PID的参数进行实时的优化，以克服传统PID参数无法实时调整PID参数的缺点。

PID控制(比例积分微分控制)是指当通过传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值，PID程序可根据被测信号和给定值的偏差进行比例，积分，微分运算，从而输出某个适当的控制信号给执行器，改变工作电路的运行状态，促使测量值即室内温度恢复到给定值，达到自动控制的效果。

传统PID控制有着原理简单，使用方便，适应性强的特点，同时具有制时精度低、抗干扰能力差等缺点，模糊PID控制在PID算法的基础上，以误差和误差变化率作为输入，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整，来满足不同时刻的和对PID参数自整定的要求。

图16显示了本实施例的模糊PID控制算法结构框图，下面以进行温度控制为例解释其控制原理：

整个系统的输入r(t)为预先设定的温度值，输出为y(t)为房间内实际的温度，模糊PID 控制器为模糊控制器与PID控制器的结合，模糊控制器将设定温度与实际温度的偏差e和偏差变化率ec两个变量作为输入，以三个参数ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d作为输出对PID控制器的三个参数K_p，K_p，K_p进行动态的调整，以达到对被控对象更好的控制效果。

模糊控制器的工作原理可分为模糊量预处理，选择隶属度函数，建立模糊规则，模糊推理，解模糊五个步骤：

1.模糊量预处理

定义系统实际的输入输出范围为基本论域，模糊量预处理将实际偏差与偏差变化率乘以比例因子，实现系统的基本论域与模糊论域的对应关系；

2.选择隶属度函数

隶属度为对输入输出属于某一语言变量的程度进行的数值化定义，而隶属度函数则为将模糊变量与语言变量对应起来的函数；

3.建立模糊规则

考虑系统的超调量，稳态误差，响应时间等参量，根据专家经验建立PID参数调整规则表；

4.模糊推理

根据建立的模糊规则，利用模糊规则表运用Mamdani法进行推理；

5.解模糊

解模糊为将计算后的模糊量转换为实际控制数值的过程，通常采用加权平均法，得出ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d的具体数值。

综上所述，本实用新型提供的一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置，包括控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器、OLED显示屏、按键电路和电源电路。风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路构成4路负载驱动电路。电源电路负责降压整流滤波，得到直流12V、直流5V和直流3.3V，分别给继电器和单片机以及温湿度传感器等外设供电。单片机根据四个按键，用户给定的温湿度初始值，以及温湿度传感器读取到的温湿度数据进行处理分析并控制显示屏，显示温湿度数据，同时可利用模糊PID算法控制4路负载的工作状态，从而构成完整的闭环，实现恒温、湿度控制。本实用新型提供的控制装置，能够精确地控制辐射空调，实现智能控制，体感舒适，节约能源，降低成本，提高室内生活质量；还添置露点开关减小冷凝水带来的腐蚀设备等风险。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于辐射空调温湿度控制的控制装置，其特征在于，包括控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器和电源电路；所述控制电路具有单片机最小系统；

所述温湿度传感器的输出端电路连接所述控制电路的输入端，所述温湿度传感器用于将室内环境的温湿度信息转换成温湿度电信号并传输到所述控制电路；

所述控制电路的输出端分别电路连接所述风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路和制冷/制热驱动电路，所述控制电路用于将接收到的温湿度电信号转换成驱动电信号，并传输到所述风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路和制冷/制热驱动电路；

所述风机驱动电路、水泵驱动电路和制冷/制热驱动电路分别具有第一继电器、第三继电器和第四继电器，当所述驱动电信号为低电平驱动电信号时，所述第一继电器、第三继电器和第四继电器导通；

所述电源电路用于向所述控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器供电。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制电路包括单片机和分别与该单片机电路连接的时钟电路、复位电路和滤波电路；

所述时钟电路包括：分别通过各自一端电路连接所述单片机的第五电容和第六电容，该第五电容和第六电容的另一端相互并联之后接地；晶振，该晶振通过两端分别连接所述第五电容和第六电容；

所述复位电路包括：第十五电阻，该第十五电阻一端连接所述单片机；第二十一电阻，该第二十一电阻一端连接所述单片机；第七电容，该第七电容一端连接所述第十五电阻，另一端与所述第二十一电阻并联后接地；

所述滤波电路包括相互并联之后连接所述单片机的第八电容、第九电容、第十电容和第十一电容。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述风机驱动电路包括第二光耦、第一电阻、第二电阻、第五电阻、第一二极管、第一三极管、第一继电器和风机接口；

所述第二光耦分别电路连接所述单片机、第一电阻、第二电阻和所述第一三极管的基极；所述第五电阻一端接入所述第二光耦与所述第一三极管的基极之间，另一端与所述第一三极管的发射极并联之后接地；所述第一二极管一端用于连接电源，另一端连接所述第一三极管的集电极，还与所述第一继电器耦合连接；所述第一继电器还与所述风机接口电路连接；

当所述第二光耦接收到低电平驱动电信号，所述第二光耦导通，所述第一继电器导通并通过所述风机接口为风机接电。

4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述电动调节阀驱动电路包括数模转换器、第三电阻、第四电阻、第六电阻、第二二极管、第十二电容、运算放大器和电动调节阀接口；

所述数模转换器一端连接所述单片机，另一端连接所述电动调节阀接口，所述第三电阻和第四电阻分别连接所述数模转换器和所述单片机之间；所述第十二电容与所述数模转换器相连接；

所述运算放大器一端连接所述单片机，另一端连接所述电动调节阀接口，所述第二二极管接入所述单片机和所述运算放大器之间，所述第六电阻接入所述运算放大器和所述电动调节阀接口之间；所述第二二极管为双二极管；

所述数模转换器用于将所述单片机发送的驱动电信号转换成模拟信号并发送至所述电动调节阀接口；所述第六电阻用于将所述电动调节阀反馈的电流信号转换为电压信号并发送到所述运算放大器，所述运算放大器将该电压信号发送到所述单片机。

5.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述水泵驱动电路包括第五光耦、第七电阻、第八电阻、第十二电阻、第五二极管、第三三极管、第三继电器和水泵接口；

所述第五光耦分别电路连接所述单片机、第七电阻、第八电阻和所述第三三极管的基极；所述第十二电阻一端接入所述第五光耦与所述第三三极管的基极之间，另一端与所述第三三极管的发射极并联之后接地；所述第五二极管一端用于连接电源，另一端连接所述第三三极管的集电极，还与所述第三继电器耦合连接；所述第三继电器还与所述水泵接口电路连接；

当所述第五光耦接收到低电平驱动电信号，所述第五光耦导通，所述第三继电器导通并通过所述水泵接口为水泵接电。

6.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述制冷/制热驱动电路包括第六光耦、第十三电阻、第十四电阻、第二十电阻、第六二极管、第四三极管、第四继电器和制冷/制热接口；

所述第六光耦分别电路连接所述单片机、第十三电阻、第十四电阻和所述第四三极管的基极；所述第二十电阻一端接入所述第六光耦与所述第四三极管的基极之间，另一端与所述第四三极管的发射极并联之后接地；所述第六二极管一端用于连接电源，另一端连接所述第四三极管的集电极，还与所述第四继电器耦合连接；所述第四继电器还与所述制冷/制热接口电路连接；

当所述第六光耦接收到驱动电信号，所述第六光耦导通/断开，所述第四继电器相应导通/断开并通过所述制冷/制热接口控制辐射空调的制冷/制热设备通电/断开。

7.根据权利要求2至6任一所述的控制装置，其特征在于，还包括稳压电路和降压电路，该稳压电路一端与所述电源电路相连接，另一端连接所述降压电路，所述降压电路另一端用于向控制电路、风机驱动电路、电动调节阀驱动电路、水泵驱动电路、制冷/制热驱动电路、温湿度传感器供电；

所述电源电路包括交流电源输入端子、电源开关、变压器、整流桥和第一电容；所述变压器分别与所述交流电源输入端子和整流桥耦合连接，所述电源开关接入所述变压器与所述交流电源输入端子之间；

所述稳压电路包括稳压处理器、第二电容、第四二极管、第一储能电感、第三电容和第四电容；所述稳压处理器的输入端连接所述整流桥，输出端连接所述第一储能电感；

所述降压电路包括降压处理器、第十三电容、第十四电容和第十五电容；所述降压电路的输出端用于供电，所述降压电路的输入端与所述第一储能电感相连接；

所述第三电容、第四电容和第十三电容分别接入所述第一储能电感和所述降压处理器之间，所述第四二极管接入所述稳压处理器与所述第一储能电感之间；

所述第一电容和所述第二电容分别接入所述整流桥和所述稳压处理器之间；

所述变压器用于对从所述交流电源输入端子输入的电流进行降压，所述整流桥用于将从所述变压器输出的电流转换为直流电流，所述稳压处理器、第四二极管和第一储能电感用于对从所述整流桥输出的电流进行降压，所述第一电容和第二电容用于对从所述整流桥输出的电流进行滤波，所述第三电容、第四电容和第十二电容用于对从所述稳压处理器输出的电流进行滤波，所述第十四电容和第十五电容用于对从所述降压处理器输出的电流进行滤波。

8.根据权利要求2至6任一所述的控制装置，其特征在于，还包括分别与所述单片机和所述电源电路相连接的按键电路；该按键电路包括：分别连接所述单片机的第一按键开关、第二按键开关、第三按键开关和第四按键开关；接入所述第一按键开关与所述单片机之间的第十六电阻；接入所述第二按键开关与所述单片机之间的第十七电阻；接入所述第三按键开关与所述单片机之间的第十八电阻；接入所述第四按键开关与所述单片机之间的第十九电阻；所述第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻和第十九电阻的另一端连接所述电源电路；

通过所述第一按键开关、第二按键开关、第三按键开关和第四按键开关的其中一个或多个的触点转换，对应地改变所述第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻和第十九电阻的其中一个或多个的电阻，进一步改变所述按键电路接入所述单片机的电平。

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