CN101464035A - 机房空调控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机房空调控制系统，包括温度传感器以及控制器，所述温度传感器分为室内温度传感器和室外温度传感器，所述温度传感器均采用热敏电阻传感器，与控制器相连，控制器分别与空调、风机、风阀连接，控制器核心是采用RISC结构的PIC单片机，控制器电源采用两级变换开关电源，第一级变换为AC－DC变换，第二级为DC－DC变换。本发明通过采用RISC结构的PIC单片机，提高了运行速度，降低了功耗，同时提高了抗干扰能力，提高了系统的稳定性，采用热敏电阻传感器，提高了系统的反应灵敏度和速度，同时增加了风机电流检测，对风机进行风速控制，降低了风机等设备的启闭频率，延长了设备寿命。

Description

机房空调控制系统

技术领域

本发明涉及一种空调控制系统，尤其是一种应用于通信机房，利用换热器和空调进行温度调节的机房空调控制系统。

背景技术

当前，市场上出现的换热器的控制部分，大都以MCS51单片机为控制核心，51单片机是以Inter公司经典的CISC指令集为核心，加上各个芯片厂商自己的IO或存储部分，确实属于一种经典的控制器。但在某些要求比较苛刻的环境里，显的有些力不从心。主要致命缺点是抗干扰能力差，其缺点是由结构特点决定的。如在强电磁环境里会死机，死机后如果没有恢复措施会烧毁元件等。再就是程序ROM和数据RAM采用冯·诺依曼体系结构，既程序和数据分时寻址，这种结构的单片机处理一般对时间要求不严格的事件还能应付，但在处理实时事件上就暴露出缺点了。还有其结构决定了它的寻址能力，最大寻址64Kbyte，那么用它做成的产品其扩展性受到了限制。51单片机的RAM一般为256byte，比较小，在程序开发上受到了限制，就要求程序结构必须非常紧凑，数据利用空间限制了全局变量的定义。中断源数量有限，尤其是外部中断数量少，使得必要的中断程序不得不采用查询的方法。

一般的温度采集部分都采用了集成的温度传感器DS18B20，这种传感器确实调整比较方便，但数据速率受到了限制，即读取一次温度花费的时间比较长。其数据传输距离也比较近。一般的换热器控制部分都采用了单电源供电，使得处理器的电源和输入输出的电源共地，无形中给处理器引入了干扰。

空调和风机的控制只停留在开关状态的控制，没有涉及到调速控制，设备启闭频繁，易于损坏。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种稳定性高，抗干扰能力强，检测控制反应速度快的机房空调控制系统。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种机房空调控制系统，包括温度传感器以及控制器，所述温度传感器分为室内温度传感器和室外温度传感器，所述温度传感器均采用热敏电阻传感器，与控制器相连，控制器分别与空调、风机、风阀连接，通过检测温度控制空调、风机、风阀的运行状态，控制器核心是采用RISC结构的PIC单片机，控制器电源采用两级变换开关电源，第一级变换为AC-DC变换，第二级为DC-DC变换。

所述控制器包括单片机电路、温度检测电路、显示电路、输出执行电路、通讯电路、风机电流检测电路、状态检测电路，其中温度检测电路、风机电流检测电路、状态检测电路的输出端接单片机电路的输入端，单片机电路的输出端接显示电路、输出执行电路的输入端，通讯电路与单片机电路双向连接。

所述风机电流检测电路采用互感器检测风机电流，放大倍数可调放大电路实现电流对标，该电路包括检测互感器、整流滤波电路、反向比例放大电路。

所述状态检测电路采用以并入串出芯片为主的电路，可以采集8路状态信号。

所述显示电路的显示器件采用128 X 64的黑白液晶屏。

所述空调、风机、风阀各为两个，风机分为室外风机和室内风机，室外风机通过管路将室外空气经换热器交换热量，室内风机通过管路将室内空气经换热器交换热量，在上述管路中分别设有风阀。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过采用RISC结构的PIC单片机，提高了运行速度，降低了功耗，同时提高了抗干扰能力强，提高了系统的稳定性，采用两级变换开关电源，提高了系统抗干扰能力强，采用热敏电阻传感器，提高了系统的反应灵敏度和速度，同时增加了风机电流检测，对风机进行风速控制，降低了风机等设备的启闭频率，延长了设备寿命。

附图说明

图1是本发明电路原理框图；

图2是本发明风机电流检测电路原理图；

图3是本发明状态检测电路原理图；

图4是本发明软件编制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

基于现有通讯基站环境特点和节能要求，对空调、换热器控制部分的要求也要相应提高。如图1所示，本发明是基于具有换热器、空调、风机的空调系统的控制系统，其包括温度传感器以及控制器，所述温度传感器均采用热敏电阻传感器，通过检测温度控制空调、风机、风阀的运行状态，所述温度传感器分为室内温度传感器和室外温度传感器，控制器的核心是采用RISC结构的PIC单片机，控制器电源采用两级变换开关电源，第一级变换为AC-DC变换，第二级为DC-DC变换。其控制器核心采用MicroChip公司的PIC单片机，与传统的51单片机相比具有如下特点：CPU采用RISC结构，采用Harvard双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，小体积。最大的优点是高稳定性。抗干扰能力强，能够在强电磁等恶劣的工业环境中可靠工作。内部集成了抑制程序跑飞的看门狗电路，更可靠的保证了设备的正常运行。

在温度检测采集上，采用了工业级精密热敏电阻，耐高温抗腐蚀性强，充分利用单片机资源，提高系统反映灵敏度和速度。温度的变化被热敏电阻采集，把温度的变化转化成电压的变化，经过运算放大后送给AD采集电路，在放大的同时可以通过调整运放的放大倍数达到和标准的温度对标。AD电路把随温度变化的模拟电压信号转化成数字量送给单片机处理判断。

为了适应恶劣的电网环境，设计了宽输入范围的两级变换开关电源，电源输入范围从AC140V到AC280V。开关电源的输出又经过DC-DC变换电路分别提供给各部分电路，相当于双DC变换电路，第一级为AC-DC，在电源控制器部分采用集成的TOP管，集成了PWM控制器和开关输出部分。使得电路的可靠性提高，设计简单化；第二级DC-DC是从第一级的输出变换到多路输出，分别给各部分功能电路供电；采用自激式震荡，把含有脉动成分的电能变换成高频脉冲，在经整流滤波变成稳定的直流。

单片机的输出部分经过MC1413反向驱动，驱动继电器动作。输出执行部分分别为：风阀开、风阀关、风机低、中、高速，空调1电源控制、空调2电源控制，高温报警输出。

运行时的参数如换热器运行时间，开启温度等存储在flash芯片中，单片机在上电初始化时把参数调出。

本发明不仅对风机的启闭进行控制，还控制风机的风速，改善热交换效果，减少风机或者空调的启动频次。如图2所示，风机的电流检测采用电流互感器，经过整流滤波送给运放电路，运放电路采用反向比例放大，可调整放大倍数，从而实现了电流的对标。风机电流信号经互感器H1检测，然后由整流桥D20、电容C51整流滤波后，加在负载电阻R60上，经电阻R61、R62分压后输入运放U6A的同相输入端，运放U6A的反相输入端通过电阻R63接地，同时还接反馈信号，反馈信号由运放U6A的输出端经可调电阻R3接入，运放输出信号通过电阻R64并经电容C44滤波后输入到AD转换电路，电路运放的输出经过AD转换变成数字量给单片机，在单片机发出启动换热器或空调的命令后通过查询电流就可知道设备的运行情况。

显示部分采用128×64的黑白液晶屏，显示直观明了。重要的是在显示总线上增加了总线驱动器，可以适当的增加显示数据线的距离。

如图3所示，输入状态的检测，采用并入串出的74HC165芯片，可采集8路输入开关信号，如风阀到位等。节省了单片机的IO资源。

通讯部分采用RS232通讯，预留的485通讯和232做在标准的DB9头上。通讯格式采用标准的8位数据，波特率9600，无奇偶校验。

本发明控制系统是对风机、风阀和空调的控制，所述空调、风机、风阀各为两个，风机为换热器风机，分为室外风机和室内风机，室外风机通过管路将室外空气经换热器交换热量，室内风机通过管路将室内空气经换热器交换热量，在上述连接管路中分别设有风阀。

使用说明

工作时两台风机同时启停，保证换热器正常进行热交换。风机启停条件：

1)风阀开启到90°后，室内外温差>5℃且运行参数无任何超限和报警，运行时间不小于10分钟；

2)当室内温度≥25℃时启动换热器，温度上升至30℃时或温度下降至22℃时关闭换热器；

3)当室内温度高于35℃时，高温报警，延时2分钟后，如温度仍高于35℃开启风机，故障排除后关闭换热器。

风阀起停条件：

当换热器收到开启指令后，先开启风阀，延时30秒开启风机，换热器停止后关闭风阀。

换热器启动换热的同时，两台空调可与之联动，空调分升温和降温控制，空调起停条件：

1)空调降温控制，如换热器开启后温度继续上升，升至30℃时启动空调1，达到32℃启动空调2，由两台空调参与降温，降至30℃时，停止空调2，由空调1实施降温降至28℃时停止空调1。当室内温度长时间在28℃～31℃之间，则空调1、空调2按设定的时间交替工作。如温度继续上升高于35℃，则视为空调故障；

2)空调升温控制，在高寒地区，如室内温度降至12℃，将启动空调1进行升温，如温度继续下降至10℃时启动空调2，当室温升至12℃时，停止空调2，当室温升至15℃时，停止空调1；当室内温度长时间在15℃～11℃之间，则空调1、空调2按设定的时间交替工作；

3)空调运行时间不小于10分钟。

本发明单片机控制程序设计思路：

在软件程序设计思路上，结合传统的控制理论和过程化控制方法，采用部分功能模块化，既按功能划分模块，按驱动芯片组织程序功能，既有传统的流程控制，又体现了实时多任务的特点。程序流程如图4所示，本发明控制程序主要事件采用中断处理方式，控制过程采用顺序查询方法。本设计采用C语言作为开发语言，但在关键事件如对实时要求比较严格的部分，采用汇编语言编写。增强了对异常情况的实时响应能力。

尤其是在子功能函数的编写上，突破了一般程序的设计思路。一般碰到如查询或等待某一事件的发生，在处理上采用的是查询，这样就可能忽略了CPU对其它事件的响应。如采用大量的中断来实现，会造成中断的堆栈过深，占用大量的RAM空间，有可能造成程序的混乱，逻辑错误。本发明采用的方法是CPU顺序查询各个事件，不管是等待事件还是触发事件，如碰到等待查询的事件，先设置标志，而后继续执行别的事件，在别的事件的处理上查询上一事件设置的标志；有点像操作系统对消息队列的处理的意思，有效的解决了CPU的独占，实现了多任务的处理。

Claims (6)

1、一种机房空调控制系统，包括温度传感器以及控制器，其特征在于：所述温度传感器分为室内温度传感器和室外温度传感器，所述温度传感器均采用热敏电阻传感器，与控制器相连，控制器分别与空调、风机、风阀连接，通过检测温度控制空调、风机、风阀的运行状态，控制器核心是采用RISC结构的PIC单片机，控制器电源采用两级变换开关电源，第一级变换为AC-DC变换，第二级为DC-DC变换。

2、根据权利要求1所述的机房空调控制系统，其特征在于所述控制器包括单片机电路、温度检测电路、显示电路、输出执行电路、通讯电路、风机电流检测电路、状态检测电路，其中温度检测电路、风机电流检测电路、状态检测电路的输出端接单片机电路的输入端，单片机电路的输出端接显示电路、输出执行电路的输入端，通讯电路与单片机电路双向连接。

3、根据权利要求2所述的机房空调控制系统，其特征在于所述风机电流检测电路采用互感器检测风机电流，放大倍数可调放大电路实现电流对标，该电路包括检测互感器、整流滤波电路、反向比例放大电路。

4、根据权利要求2所述的机房空调控制系统，其特征在于所述状态检测电路采用以并入串出芯片为主的电路，可以采集8路状态信号。

5、根据权利要求2所述的机房空调控制系统，其特征在于所述显示电路的显示器件采用128X64的黑白液晶屏。

6、根据权利要求1所述的机房空调控制系统，其特征在于所述空调、风机、风阀各为两个，风机分为室外风机和室内风机，室外风机通过管路将室外空气经换热器交换热量，室内风机通过管路将室内空气经换热器交换热量，在上述管路中分别设有风阀。

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