基于單片機中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)

　　l 引 言

　　中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，風機盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成。制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。在系統(tǒng)中，冷動泵、冷卻泵、水塔風扇變頻器采用開環(huán)控制，由維護人員根據(jù)季節(jié)不同和負荷的變化進行調(diào)節(jié)，在每一個房間內(nèi)都安裝熱交換器和循環(huán)風機，通過控制風機的轉(zhuǎn)速來改變熱交換量的大小，達到調(diào)節(jié)房間溫度的目地。

　　常見的控制方法是按“高、中、低、關”分檔模式控制，其缺點是房間的溫度需要手動調(diào)節(jié)，各種環(huán)境因素的變化常常會使人感到不適。風機轉(zhuǎn)速控制方案，采用變頻器調(diào)速控制，有效地解決了上述問題，達到了室內(nèi)溫度自動調(diào)節(jié)的目的，大大的節(jié)省了能源。

　　2 中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)總體控制參數(shù)原理

　　室內(nèi)要求控制的到的溫度設定為Tsv，風箱出口溫度為Tw，當前室內(nèi)環(huán)境溫度的測量值為Tpv，室外的溫度為T0，室內(nèi)的散(吸)熱系數(shù)為Kv，比熱容為C，由風機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的空氣流量為q，其比熱容為Cp，流量q正比于風機的轉(zhuǎn)速n，其比例系數(shù)為Kc，根據(jù)動態(tài)能量平衡原理，可得：

　　由式(1)可知，影響室內(nèi)溫度的主要因素是風箱出口溫度Tw，室內(nèi)環(huán)境溫度Tpv，室內(nèi)的散(吸)熱系數(shù)Kv，循環(huán)風機的轉(zhuǎn)速n。其中Kv由室內(nèi)環(huán)境溫度、室外溫度及房間密封隔熱狀況決定。因此選擇循環(huán)風機的轉(zhuǎn)速為控制參數(shù)是調(diào)節(jié)房間溫度從而達到節(jié)能的最佳參數(shù)。

　　3 中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)性能特點

　　中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)主要有以下特點：

　　(1)使用電源為220 VAC，功耗小于5 W；

　　(2)室內(nèi)溫度LCD液晶顯示，測溫范圍一5～30℃；精度士1℃，LCD8—10位顯示實時溫度值；

　　(3)控制電壓輸出功能，電壓輸出分辨率為10位，輸出電壓范圍O～5 V，PID控制周期為5 min；

　　(4)運行時間累計功能，LCD1一4位顯示小時，5，6位顯示分鐘，每小時自動存儲1次，每次停止運行時間自動存儲到E2PROM內(nèi)，每次啟動自動從E2PROM中讀出上一次存儲的時間值，并送LCD顯示；

　　(5)現(xiàn)場編程功能，現(xiàn)場隨機設定室內(nèi)目標溫度，控制周期和調(diào)整幅度；

　　(6)人機界面功能，10位LCD數(shù)碼顯示，5個操作鍵分別為MOD，UP，DOWN，ENTER，SlTART／END。聲響提示功能，按鍵有效蜂鳴器響1聲，輸入設定數(shù)據(jù)有效蜂鳴器響2聲，輸入設定數(shù)據(jù)錯誤蜂鳴器響3聲，設備故障報警蜂鳴器響5聲。

　　4 系統(tǒng)硬件原理及設計

　　中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。選擇TCl047A線性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出信號(溫度測量信號)通過集成運放LM358送至模／數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834進行A／D采樣，模擬信號經(jīng)過A／D變化后的數(shù)字信號通過總線送至單片機進行處理。經(jīng)過處理后，輸出控制信號至數(shù)／模轉(zhuǎn)換器TLC5615從而實現(xiàn)對變頻器功率的控制，大大節(jié)省了能源。顯示數(shù)據(jù)通過總線送至LCD621，鍵盤采用鍵盤中斷方式進行中斷處理，繼電器通過吸合與斷開控制風機的啟停，E2PROM 24C02用來存放溫度的設定值以及PID參數(shù)。由此可見，與同類產(chǎn)品比較，該產(chǎn)品的硬件簡單，實現(xiàn)了人機交換，所需器件少，用非常低的成本即可實現(xiàn)。

　　4．1 溫度檢測環(huán)節(jié)

　　4．1．1 TCl047A概述

　　TCl047A為線性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出電壓與測量的溫度成正比。它可精確測測量一40～+125℃范圍內(nèi)的溫度。同時，TCl047A的工作電壓范圍為2．5～5．5 V。這類溫度傳感器的輸出電壓典型值為：一40℃時為100 mV，0℃時為500 mV，+25℃時為750 mV和+125℃時為1．75 V。10 mV／℃的輸出電壓斜率可以對寬溫度范圍內(nèi)的溫度進行準確測量。TCl047A提供3引腳SOT一23B封裝，適合空間要求嚴格的溫度測量應用。