基于ATmega128的通信基站智能节能窗控制系统设计

摘  要： 介绍了一种采用ATmega128单片机设计的通信基站智能节能窗控制系统，通过传感器对通信基站的内外环境变量进行实时取样，让节能窗与空调联动工作，从而实现节能效果。实际应用表明,该系统在通信基站、机房等建筑内能明显减少空调运行时间，降低能耗。
关键词： ATmega128; 传感器; 智能节能窗; 红外学习
       因通信基站、机房等内部设备运行的需求，基站和机房内须保持一定温湿度及洁净度，为了达到以上标准，基站、机房内的空调系统必须长年连续运转，因此为数众多的基站、机房内的空调产生了较大的能耗，造成了通信基站、机房较高的运营成本，迫切需要一种有效的空调节能系统。针对这种情况，文中设计了一种以AVR单片机ATmega128为核心控制单元的智能控制系统。智能控制系统主要根据室内、外的环境量及空调运行状态分析，通过完善、严格的逻辑控制程序实现对节能窗、空调的控制，以实现室内温湿度保持在设定范围之内，达到通风、节能的目的。同时对于尚未安装空调或空调无法正常工作的基站、机房，该系统也可起抑制高温的作用。
1 智能节能窗系统结构及控制原理
1.1 系统结构
     智能节能窗系统是由智能控制器、节能窗、空调、监控中心、传感器、红外收发模块和人机交互界面等组成，系统结构图如图1所示。
   
   1.2 系统控制原理
     智能节能窗的“控制器”通过实时环境监测量来实现控制节能，当环境监测量低于某个设定值时，控制器会依据内部优化的数学模型开启节能窗引进室外新风，关闭机房空调达到节能效果。在确保机房环境量控制合理的前提下“控制器”依据环境监测量控制百叶窗、空调运行。在无法引进室外新风时段，节能系统可以依环境监测量，控制空调运行，使基站或机房的环境保持在合适的状态下。
2 硬件电路设计和关键模块分析
     系统硬件结构框图如图2所示，核心控制单元选择了ATMEL公司的ATmega128,充分利用了其高性能、低功耗、可靠性高等特点，ATmega128具有53个I/O脚，内载128 KB的Flash、4 KB的EEPROM以及通用异步收发器等其他全方位功能,非常适合该系统多模块控制、大容量数据存储和远程监控等功能的要求。
   
   2.1环境监测模块
　环境监测模块的基本原理是通过温度传感器、温湿度传感器、节能窗状态监测器、空调状态监测器等环境监测设备将所获取的数据信息传到采集器，然后控制系统依据所获数据信息发出相应控制、操作指令,达到通风、节能、告警等系列功能。
　温度传感器选择的是TI公司的DS18B20，温湿度传感器选用DHT21,它们均是单总线传感器芯片，可以直接将被测的温度、湿度转换为串行数字信号送到单片机。DS18B20连接到ATmega128的PB1口上；DHT21连接到ATmega128的PB2口上,如图3所示。
     节能窗由内窗、外窗、过滤网及控制机械组成,如图4所示，通过直流电机和继电器进行控制。节能窗开闭状态通过行程开关给出的高低电平信号结合节能窗本身的机械结构来确定。