自动地址分配技术多联机空调系统中的应用
发布时间：2015-11-24 14:44
发布者：designapp
|
摘要：本文在基于多联机系统的载体上介绍一种成熟的自动地址分配技术。该技术的成功应用，解决了目前多联机中手动地址设置的烦琐工作，并且可以避免人工设置的误操作。本文详细阐述了该方法的设计思想和工作逻辑，分享了实际项目中的测试数据与应用效果。本技术原理清晰、算法高效、应用场合广泛、可移植性强，能很好地推广应用于其它需要现场高效、准确设置地址的场合。 引言 变制冷剂流量多联机空调系统，是控制冷媒流通量并通过冷媒的蒸发或冷凝来实现制冷或制热的空调系统。其工作原理是：由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数，根据系统运行优化准则和人体舒适性准则，通过变频等手段调节压缩机转速，并控制空调系统的风扇、电子膨胀阀等一切可控部件，保证室内环境的舒适性，并使空调系统稳定工作在最佳工作状态。 为实现上述的信息交换，需要将整个系统中的机器设定一个特有的地址(也就是系统中各机器的ID码)，以方便各机组之间相互识别。如果没有一个特定的地址，整个通信系统可能会出现通信紊乱或者信道拥挤。本文介绍的一种地址分配技术就是实现为每个机器自动分配确定地址的方法，并对其应用场景、应用效果和现有技术作分析对比。 1 多联机系统结构与地址的必要性  多联机系统连接图如图1所示。其中室外机、室内机的系统状态(如各种温度值、压力值、电磁阀的开关信号等)和控制器的控制信息(如开关机、设定温度、运行模式等)，均是通过总线进行信息交互。正如图1所示，整个系统中每个机器没有确定地址(或者叫ID)，室外机如果需要收集内机信息时就不知道此时该给哪个内机发出信息指令;同时室内机没有地址，也无法确认此时总线上的数据是否与自己相关。 为解决上述问题，一个简单的办法就是为内机确定一个地址，如图2所示。  关于总线类型笔者推荐使用Home-bus的无极性连接方式，其应用实例、应用关键技术点、与现有的RS485等通信方式对比的优势等详情，可以参见笔者在本刊发表的《无极性通信在VRV空调系统中的应用》(2014年10月刊)。 2 现有地址设置技术与优缺陷 目前实现地址设置的常有方法有：(1)采用mac地址方法;(2)通过写存储介质方式。例如在EEPROM中写入一个数值作为地址;(3)外部硬件模拟电平设置,例如拨码开关(如图3所示)、旋转开关等。 其中方法1采用MAC地址方式一般是用于大型联网的应用场合，而且需要专门的芯片实现且成本高，除特别要求场合一般不采用;方法2适用于事先确定的场合，而且需要与存储媒质通信的装置。一旦由于某种原因需要更新地址时就显得困难重重;方法3弊端在于设置数量有限，很容易人为设置错误，并且整机应用时设置困难。因此本文提出一种自动地址设置方法，并且能低成本高效地实现地址设置，改善现有方法的不足。  3 自动地址分配技术 3.1 自动地址分配技术概括 自动地址分配的技术的核心原理:是通过室外机发送一个通信命令，所有待分配地址的室内机通过申请，室外机授权，然后通信确认的流程最终确定该地址分配成功。一旦室内机获得地址后不再向室外机申请地址，系统中余下未分配地址室内机再次申请，如此循环直至所有室内机分配直至完成。3.2 自动地址分配通信数据格式 为了实现3.1中的自动分配地址核心原理，制定如图4所示的通信数据格式。 目标地址：指数据接受方的地址;在地址未分配时所有室内机默认一个地址，作为自动地址分配的识别地址，例如0xEE，0xFF等等。但是该地址不能用作正常通信地址; 源地址：指通信数据发送方的地址; 控制指令：也是作为一种自动分配地址的识别码。根据3.1设计的分配原理和实际工程应用经验，将控制指令分为如下的指令：地址复位控制指令、地址检索控制指令、地址申请控制指令、地址分配控制指令、地址确认控制指令; 数据：N的取值可以根据不同的应用环境适当的选择; CRC检验：该数据是为提高保证通信可靠性而设定。  3.3 自动地址分配工程应用 以4台室内机的实例详细讲解自动地址分配过程。第1步：室外机发出地址复位控制指令，如图5所示红色框标注的是室外机发出的数据;第2步：所有室内机响应地址复位指令，无论室内机是否有地址均将现有地址复位为默认地址(该地址只能作为地址分配时的识别);第3步：所有室内机向室外机发出地址申请，但是为了保证通信的正确和地址分配的唯一，此时室内机通过调停的方法进行总线调停，最终只有一台室内机成功向室外机发送地址申请指令(由于需要设计一高效的总线调停机制，笔者计划在以后单独一篇文章讲述调停机制);第4步：室外机正确收到某一室内机的地址申请控制指令，通过地址分配指令分配一固定地址给当前申请的室内机;第5步：所有室内机收到室外机发送的地址分配指令中得到的地址，但是只有第3步中总线调停获胜的室内机才能响应该数据。该室内机将地址设定为1然后向室外机发送地址确认信息;第6步：室外机收到1#室内机发送的地址确认信息，向剩下未分配地址的室内机发送地址检索指令。余下的室内机重复上述2-5步操作，依次分配地址2、3、4，如图6所示。3.4 自动地址分配工程实用效果分析 图5所示 红色框标注的是室外机周期发出地址分配指令，此时由于没有室内机连接，只能在总线上看见室外机发送的数据。可以看出笔者设计的通信周期为28ms左右，该时间可以由不用应用场合修改。  图6所示为成功分配4台室内机地址的总线波形。其中红色标注的代表主机发送的数据，绿色为室内机应答数据。采用本自动分配地址技术实现4台室内机地址成功分配时间约为232ms。  综合在工程测试中的测试结果可以得出分配1台室内机地址时间约为58ms(232 / 4 = 58ms)。此时间还可以根据实际应用简单调整室外机发送的时间间隔而提高效率。根据工程应用实例来看，成功分配1个地址时间花费58ms已是业内领先的技术水平。 4 结束语 本文从实际工程应用出发详细阐述了地址在工程应用中的重要性和必要性，而且还分别分析了现有地址设置方法在成本、效率、可靠性方面的缺点。虽然本文是基于多联机应用场景来介绍自动分配技术，但是本技术不限于多联机系统，可以将该方法推广到其它相似的应用场合。自动地址分配方法原理清晰、算法效率高是需要现场高效、正确地址设定的应用场合不二选择。 参考文献: [1] 刘运中,张天富.无极性通信在VRV空调系统中的应用[J]. 电子产品世界EEPW，2014，21(10):43-45. [2] [美] John G.Proakis，Dimitris G.Manolakis著,方艳梅，刘永清等译. 数字信号处理——原理、算法与应用(第四版) [Digital Signal Processing,Fourth Edition ] [美][M],电子工业出版社，2014：120-246. [3] 瑞萨R5F系列芯片硬件参考手册 r01uh0146ej0310_rl78g13. [4] 百度百科, 拨码开关, http://baike.baidu.com/view/2519271.htm. [5] 百度百科, CAN总线协议, http://baike.baidu.com/view/1535722.htm. |
网友评论