基于單片機(jī)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(jī)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成。制冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。在系統(tǒng)中，冷動(dòng)泵、冷卻泵、水塔風(fēng)扇變頻器采用開(kāi)環(huán)控制，由維護(hù)人員根據(jù)季節(jié)不同和負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，在每一個(gè)房間內(nèi)都安裝熱交換器和循環(huán)風(fēng)機(jī)，通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變熱交換量的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)房間溫度的目地。

　　常見(jiàn)的控制方法是按“高、中、低、關(guān)”分檔模式控制，其缺點(diǎn)是房間的溫度需要手動(dòng)調(diào)節(jié)，各種環(huán)境因素的變化常常會(huì)使人感到不適。風(fēng)機(jī)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(wèn)題，達(dá)到了室內(nèi)溫度自動(dòng)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(shè)定為Tsv，風(fēng)箱出口溫度為Tw，當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境溫度的測(cè)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的空氣流量為q，其比熱容為Cp，流量q正比于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，其比例系數(shù)為Kc，根據(jù)動(dòng)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(fēng)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為控制參數(shù)是調(diào)節(jié)房間溫度從而達(dá)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(diǎn)

　　中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：

　　(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(cè)溫范圍一5～30℃；精度士1℃，LCD8—10位顯示實(shí)時(shí)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(yùn)行時(shí)間累計(jì)功能，LCD1一4位顯示小時(shí)，5，6位顯示分鐘，每小時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)1次，每次停止運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)存儲(chǔ)到E2PROM內(nèi)，每次啟動(dòng)自動(dòng)從E2PROM中讀出上一次存儲(chǔ)的時(shí)間值，并送LCD顯示；

　　(5)現(xiàn)場(chǎng)編程功能，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)設(shè)定室內(nèi)目標(biāo)溫度，控制周期和調(diào)整幅度；

　　(6)人機(jī)界面功能，10位LCD數(shù)碼顯示，5個(gè)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(shè)定數(shù)據(jù)有效蜂鳴器響2聲，輸入設(shè)定數(shù)據(jù)錯(cuò)誤蜂鳴器響3聲，設(shè)備故障報(bào)警蜂鳴器響5聲。

　　4 系統(tǒng)硬件原理及設(shè)計(jì)

　　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(hào)(溫度測(cè)量信號(hào))通過(guò)集成運(yùn)放LM358送至模／數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834進(jìn)行A／D采樣，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D變化后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)總線送至單片機(jī)進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)處理后，輸出控制信號(hào)至數(shù)／模轉(zhuǎn)換器TLC5615從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器功率的控制，大大節(jié)省了能源。顯示數(shù)據(jù)通過(guò)總線送至LCD621，鍵盤采用鍵盤中斷方式進(jìn)行中斷處理，繼電器通過(guò)吸合與斷開(kāi)控制風(fēng)機(jī)的啟停，E2PROM 24C02用來(lái)存放溫度的設(shè)定值以及PID參數(shù)。由此可見(jiàn)，與同類產(chǎn)品比較，該產(chǎn)品的硬件簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換，所需器件少，用非常低的成本即可實(shí)現(xiàn)。

　　4．1 溫度檢測(cè)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(cè)量的溫度成正比。它可精確測(cè)測(cè)量一40～+125℃范圍內(nèi)的溫度。同時(shí)，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(shí)為100 mV，0℃時(shí)為500 mV，+25℃時(shí)為750 mV和+125℃時(shí)為1．75 V。10 mV／℃的輸出電壓斜率可以對(duì)寬溫度范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。TCl047A提供3引腳SOT一23B封裝，適合空間要求嚴(yán)格的溫度測(cè)量應(yīng)用。