CN101865514B - 空调节能遥控器 - Google Patents

Abstract

空调节能遥控器，包括微处理器模块，在微处理器模块上连接有按键输入模块、状态显示模块、遥控发射模块和电源模块；在微处理器模块上还连接有温度检测模块，所述温度检测模块包含一个用于检测室内温度的环境温度传感器和一个用于检测空调出风口温度的风口温度传感器；在微处理器模块内预设有用于控制空调工作模式的模式转换程序模型；所述模式转换程序模型对温度检测模块输入的温度数据进行计算、分析后分别得出空调制冷、送风模式的工作时间，微处理器模块再通过遥控发射模块将用于转换空调工作模式的控制信号发送给空调开关。本发明找到一个符合当时环境和温度需求的最佳压缩机启停时间，达到了节能的目的。

Description

空调节能遥控器

技术领域

本发明涉及一种空气调节设备的控制装置，具体为一种能根据环境、温度的变化在不影响空调压缩机寿命的情况下自动优化空调设备的制冷送风时间，减小制冷空间内的温度波动，达到节能目的的遥控器，特别适合用于24小时连续工作的无人值守机房。

背景技术

目前市场上的空调设备节能控制器大多采用设置固定节电率的方式来控制压缩机的启停，但是这种方式不能实时反映当前温度的变化情况，因此无法满足人体舒适度的要求。而且随着微处理器技术的发展，人们对空调节能装置的要求也越来越高，要求既能够实时智能调节温度还具有很好节能效果。

现有技术中，由于一般的空调温度控制器为了避免空调压缩机过于频繁启动，因此在出厂时会在控制程序中设置一个保护回滞温度，通常的空调都有4～5℃左右的保护回滞温度。例如，空调中设置的保护回滞温度为22℃，空调工作时一般会在室内温度达到24℃时就停机，这样可以避免空调在小空间工作时温度下降过快，从而避免造成压缩机过快停机。又由于空调停机后室内温度会上升，当探测器检测到温度上升而需要再次启动制冷时，实际上的温差是检测到的温差加上保护回滞温度的值，这样会造成室内温差很大，给人带来不舒服的感觉，而压缩机启动后要从温度更高的环境中降温，能耗必然加大。由此可见太大的回滞保护温度会造成大量的能源浪费。

目前也有一些空调节能控制装置。如申请号为96239783.0的中国专利提供了一种“空调节能控制器”，它由红外释电传感器电路和放大器构成的红外检测电路以及由温度传感器器、放大器构成的温度检测电路与门电路连接，并包含定时器电路、单稳态时基电路、延时电路、继电器电路等。但这种电路必须根据室内温度及是否有人活动而控制空调启停，如果是无人值守的场所，则无法正常有效工作。又如申请号为200720011909.2的中国专利提供了一种“简易空调节能控制器”，该控制器包括双鉴探测器、开关电源、控制线路板及控制风机盘管电源通断的接触器；控制线路板上设有延时电路及空调新风机组风机盘管电源通断电路，双鉴探测器、控制风机盘管电源通断的接触器、开关电源均连接在延时电路上，其双鉴探测器为微波一被动红外双鉴探测器。这种控制器仍然是通过探测有无人员活动来控制空调的开和关，并不适合无人值守机房，同时也未考虑人的舒适性问题。

发明内容

针对现有技术中的空调控制器在实时控制空调制冷启、停时，由于发送信号的时间点滞后导致温差波动较大，造成电能浪费的不足，本发明的目的在于提供一种在用户设定的温度环境下，能够在最佳的时间点实时控制空调制冷的启、停，使得空间内的温度波动最小，最终达到节能和使人体感觉更加舒适目的的空调节能遥控器。

本发明的技术方案：空调节能遥控器，包括微处理器模块，在微处理器模块上连接有按键输入模块、状态显示模块、遥控发射模块和电源模块；其特征在于，在微处理器模块上还连接有温度检测模块，所述温度检测模块包含一个用于检测室内温度的环境温度传感器和一个用于检测空调出风口温度的风口温度传感器；在微处理器模块内预设有用于控制空调工作模式的模式转换程序模型；所述微处理器模块按照模式转换程序模型对温度检测模块输入的实时温度数据进行计算、分析后，得出空调制冷工作模式、送风工作模式的工作时间，再通过遥控发射模块将用于转换空调工作模式的控制信号发送给空调开关，使空调在制冷工作模式、送风工作模式之间转换。

进一步，本发明的节能遥控器还包括采用MAX232芯片的通信模块；所述通信模块的其中一对传输接口连接微处理器模块，另一对传输接口与上位机相连。

进一步，本发明的节能遥控器还包括遥控接收模块和参数存储模块，所述遥控接收模块内包含一个波形接收器，遥控接收模块的输出端与微处理器模块的I/O端口连接，所述参数存储模块与微处理器模块内的FLASH单元相连，这样可以减少设备的外围电路，提高了设备的可靠性；所述遥控接收模块将接收的波形数据通过微处理器模块存储到参数存储模块内。

本发明的工作原理：

本发明节能遥控器的主要目的在于自动优化空调设备的制冷时间，即在保障室内温度达到设定值的前提下，尽量减小空调制冷工作的时间，当停机时空调转换为送风工作状态，因此实现节能的目的。工作时，先通过多点实时检测环境温度(环境温度传感器和风口温度传感器同时工作)，将更加准确的温度数据输入微处理器模块，并通过模式转换程序模型建立数学模型计算出更加准确的空调制冷启、停时间点(特别需要说明的是，本发明中所述的启动和停机是指空调启动制冷和停止制冷变为送风)，然后通过遥控发射模块将停机或启动信号发送给空调接收开关，控制其工作状态，这样就可以提高空调的最低工作温度，缩短了空调的保护回滞温度，实际就是减小了室内的温度波动，达到节能目的。

经过测试，本发明的保护回滞温度可以控制在1℃左右，在越大的房间使用时效果越好，这样在不对普通空调进行任何改装的情况下就可以达到节能10～30％的效果，特别适合在24小时工作的无人值守机房使用。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明利用温度检测模块来实时检测室内环境温度和空调出风口的温度，这种将两个位置的检测数据综合的方式使得对环境温度的变化判断更加准确，通过单总线通讯协议将数据实时传输后，再利用微处理器模块内的模式转换程序模型建立数学模型，从而能够计算得出较为精确的空调制冷和送风模式分别需要工作的时间，这样就可以得出最佳的空调启、停时间点，即能够在不影响空调压缩机寿命的基础上，在最佳的启停时间点发送空调启、停控制信号，使室内温度波动范围减小，从而使人体感觉更加舒服，而且空调制冷工作的时间被大幅度缩短，达到了节能目的。由于在遥控器上还设有状态显示模块，用户还可以更直观和容易地调整各种控制参数。

由于在某些大型设备现场通常都是无人职守(如通信中转基站)，因此需要对空调系统的工作状态进行实时监控，并在出现故障时及时报警，防止设备因温度过高被烧坏。因此本发明增设了通信模块，当微处理器模块判断出温度检测模块检测到的温度数据超出设定的温度值范围时，将通过通信模块向上位机发出报警信号，这样监控人员在后台就可以判断空调设备是否出现故障，从而及时的派人进行维修或保养。

为了提高遥控器的兼容性，本发明还增设了遥控接收模块和参数存储模块，通过遥控接收模块可以接收并记忆其他遥控器所发出的控制信号波形，再由参数存储模块通过微处理器模块内的FLASH单元存储，达到功能学习的效果，这样空调原有遥控器的制热、制冷、送风以及关机的功能就可以被复制到本发明的遥控器内。例如，在本发明遥控器为学习状态时，将原有的空调遥控器的红外发射端对准本发明遥控器的接收端，按下原有遥控器的功能按钮(如开关、制冷等)，这时本发明遥控器检测到红外信号后自动学习，再按下确认键后就可以将其波形信号存储，这样原有遥控器发出的信号波形就被本发明的遥控器记忆了，以后就可以直接调用。这种学习的功能可以解决不同品牌的空调设备由于发送信号波段不同导致遥控器不兼容的问题，因此本发明的遥控器对于任何品牌和型号的空调设备均可适用，而且使原有的空调设备增加了自动转换工作模式(相当于变频)的功能，相对于购买具有变频功能的空调而言，本发明的使用效果能够达到或优于变频空调的使用效果，从而极大的降低了购买成本。

附图说明

图1为本发明节能遥控器的原理结构框图；

图2为本发明温度检测模块的电路原理图；

图3为本发明状态显示模块的电路原理图；

图4为本发明遥控发射模块的电路原理图；

图5为本发明遥控接收模块的电路原理图；

图6为本发明通信模块的电路原理图；

图7为本发明遥控器的工作流程图；

图8为本发明微处理器模块的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种空调节能遥控器，包括微处理器模块1，在微处理器模块1上连接有按键输入模块2、状态显示模块3、遥控发射模块4和电源模块9；在微处理器模块1上还连接有温度检测模块5，所述温度检测模块5包含一个用于检测室内环境温度的环境温度传感器和一个用于检测空调出风口温度的风口温度传感器；所述环境温度传感器和风口温度传感器的输出端各自连接有一个DS18B20芯片，所述两个DS18B20芯片的DQ端分别与微处理器模块1上的I/O端口相连。在微处理器模块1内预设有用于控制空调工作模式的模式转换程序模型；所述微处理器模块1按照模式转换程序模型对温度检测模块5输入的实时温度数据进行计算、分析后，得出空调制冷工作模式、送风工作模式的工作时间，再通过遥控发射模块4将用于转换空调工作模式的控制信号发送给空调开关，使空调在制冷工作模式、送风工作模式之间转换。

参见图8，本发明模式转换程序模型的工作原理如下：

在模型中，先预设了三个变量：采样时间T、制冷时间T(冷)、送风时间T(风)。其中，采样时间T表示每次对室内温度数据进行采样的间隔时间，制冷时间T(冷)表示空调每次在制冷模式时的工作时间，送风时间T(风)表示空调每次在送风模式时的工作时间；并且设定T＝T(冷)+T(风)，另外还设定有一个采样增加时间t₀和开机时初始设定的采样时间T(初)，t₀和T(初)均为固定值。本模型的目的就是要求出每个阶段对应的T、T(冷)和T(风)的值，然后微处理器模块在对应的时间点发送控制信号，转换空调的工作模式。

工作时，首先读入获得的温度检测数据，再利用模型内设置的PID算法计算出时间误差值ε，所述PID算法为常用的比例积分微分误差计算方式。如果ε＜0，则说明制冷时间过长，需要减少制冷时间；然后模块检测内部是处于增加采样还是减少采样工作时间模式(这里用1和0来标示，1表示增加采样工作时间模式，0表示减少采样工作时间模式)，如果采样工作时间的标志不为1则将其置为1且本次采样的时间保持不变；如果标志为1则给采样时间T增加一个采样增加时间t₀，即T_n+1＝T_n+t₀，当第一次启动时，n＝0，T₁＝T(初)+t₀，以后以此类推，从而可以得出对应的采样时间T的值；然后将时间误差值ε与制冷时间T(冷)相加，即T(冷)_(n+1)＝T(冷)_n+ε，第一次启动时，T(冷)₁＝T(初)+ε；为了保护压缩机不至于频繁启动，在这里还设置了一个限制条件，即如果T(冷)_(n+1)＞T(保)，则T(冷)_(n+1)＝T(冷)_n+ε，如果T(冷)_(n+1)≤T(保)，则T(冷)_(n+1)＝T(冷)_n，所述T(保)为压缩机的保护回滞时间，为空调内部的一个固有常值。在得出T和T(冷)值后，利用公式T＝T(冷)+T(风)，即可求出对应的T(风)的值。

在PID算法计算时，如果ε≥0，则说明制冷时间过短，需要增加制冷时间；同样的再判断采样时间T的标志是否为0，如果不是就将其置为0且本次采样的时间不变；如果是0就将采样时间T减少一个采样增加时间t₀，即T_n+1＝T_n-t₀，当第一次启动时，n＝0，即T₁＝T(初)-t₀；然后将误差值ε与制冷时间T(冷)相加，即T(冷)_(n+1)＝T(冷)_n+ε，第一次启动时，T(冷)₁＝T(初)+ε；同样的为了保护压缩机不至于频繁启动，在这里也加了一个限制条件，即如果T(冷)_(n+1)＞T(保)，则T(冷)_(n+1)＝T(冷)_n+ε，如果T(冷)_(n+1)≤T(保)，则T(冷)_(n+1)＝T(冷)_n，同样还可以得到送风时间T(风)_(n+1)＝T-T(冷)_(n+1)。

工作时，微处理器模块将根据得出的T(冷)和T(风)值，在对应的时间点(即在T(冷)、T(风)运行完时)发射控制信号，从而转换空调的工作模式。在发射信号前，程序模型还要判断压缩机保护回滞时间T(保)时间到否，如果没到，则返回继续等待中断并读入温度检测数据，直到T(保)时间到后再判断空调此时是处于制冷模式还是送风模式，如果是制冷模式就检查制冷时间T(冷)到否，如果制冷时间T(冷)未到，则继续检测环境温度并保持制冷；若制冷时间到时，则发射信号将空调转为送风模式。同样的，在送风模式时，也要判断送风的时间是否到时，若未到时则继续检测温度并保持送风模式；若送风时间到时，则发射信号将空调转为制冷模式。当空调每次转换模式时，模式转换程序模型同时也输出对应的制冷/送风时间，空调即按照设定的制冷/送风时间进行工作，并以此重复。

本发明的遥控器在安装时，通常是直接挂在室内固定位置上的，其中的温度检测模块5在安装时可以分为2部分，即将环境温度传感器安装在室内中心位置，将风口温度传感器安装在空调出风口处，环境温度传感器和风口温度传感器分别通过单总线与遥控器内的DS18B20芯片连接。

所述按键输入模块2上设有模式选择按键、增量(+)按键、减量(-)按键、光标左移(←)按键、光标右移(→)按键、确认按键和发射按键等。通过按键输入模块2可以修改空调工作的各种参数及模式。

参见图3，所述状态显示模块3是由8位数码管构成并由微处理器模块1上的16位I/O端口驱动，这样简化了状态显示模块的外围电路，同时也提高了设备的可靠性。其中，对应的DS3、DS6窗口显示工作状态，DS1、DS4、DS8窗口显示环境温度，DS2、DS5、DS7窗口显示风口温度(或状态对应参数)。

参见图4，所述遥控发射模块4的输入端设置有编码输入端口和载波输入端口，所述编码输入端口和载波输入端口分别与微处理器模块1上的I/O端口连接。其中，编码输入端口接收微处理器模块1发出的遥控编码，载波输入端口接收38KHz的载波，所述遥控编码和载波相与后驱动遥控发射模块4发射指令控制空调工作。同时也可以通过跳线器把模块上的红外发射管接到设备外面，这样可以避免遥控器受遮挡时不能控制空调工作。

本发明的电源模块9是通过电源适配器将低压直流电源提供给各个模块。

参见图6，本发明的遥控器中还包括采用MAX232芯片的通信模块7；所述通信模块7的其中一对传输接口连接微处理器模块1的I/O端口，另一对传输接口直接与上位机的RS232串口相连，所述每对传输接口均由Rx和Tx接口组成。通信模块7可以用来从上位机上直接下载升级程序和上传测试数据，也可以在空调设备出现故障时，向上位机报警。

参见图1和图5，本发明的遥控器中还包括遥控接收模块6和参数存储模块8，所述遥控接收模块6内包含一个波形接收器，波形接收器用于接收其他遥控器发出指令的波形；遥控接收模块6的输出端与微处理器模块1的I/O端口连接，所述参数存储模块8与微处理器模块1内的FLASH单元相连；所述遥控接收模块6将接收的波形通过微处理器模块1存储到参数存储模块8内。通过遥控接收模块6和参数存储模块8，可以用来完成本发明遥控器的学习功能，即通过遥控接收模块6接收其他遥控器的发射指令波形，然后通过参数存储模块8进行存储，这样以后就可以直接调用。本发明遥控器的参数存储模块8利用微处理器模块1的FLASH单元进行存储，这样可以减少设备的外围电路。

参见图7，本发明的遥控器开始运行时，首先对设备内的系统变量设初值，然后等待定时器的中断，根据中断控制状态显示模块3的显示；同时根据中断时间合理安排执行其他子程序，由于系统采用多进程编程方式，这样使每个子程序的执行时间都小于定时器的中断时间。本发明的微处理器模块1中主要有以下子程序：环境温度传感器读取温度子程序、风口温度传感器读取温度子程序、温度信号控制计算子程序、空调指令发射子程序、历史温度存取子程序、参数修改子程序、参数存取子程序以及通信子程序。其主要工作内容是：当按键输入模块2有输入时，根据输入的按键值，进入不同的子程序，同时状态显示模块3显示相应的更改内容；当按下确认按键后，程序进入存储子程序，将更改内容存入FLASH单元中；当系统进入自动工作状态时，设备会根据温度检测模块5获得的实时温度，通过模式转换程序模型计算出压缩机最佳开机时间和关机时间，(必须考虑压缩机的保护时间)，然后通过遥控发射模块4发射控制指令控制空调工作。

使用本发明的遥控器控制空调后，房间内温度的波动明显变小，最高温度和最低温度都被压缩，这样就减少了冷气的散失，达到了节能的目的，同时提高了人体的舒适度。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.空调节能遥控器，包括微处理器模块(1)，在微处理器模块(1)上连接有按键输入模块(2)、状态显示模块(3)、遥控发射模块(4)和电源模块(9)；其特征在于，在微处理器模块(1)上还连接有温度检测模块(5)，所述温度检测模块(5)包含一个用于检测室内温度的环境温度传感器和一个用于检测空调出风口温度的风口温度传感器；在微处理器模块(1)内预设有用于控制空调工作模式的模式转换程序模型；所述微处理器模块(1)按照模式转换程序模型对温度检测模块(5)输入的实时温度数据进行计算、分析后，得出空调制冷工作模式、送风工作模式的工作时间，再通过遥控发射模块(4)将用于转换空调工作模式的控制信号发送给空调开关，使空调在制冷工作模式、送风工作模式之间转换。

2.根据权利要求1所述的空调节能遥控器，其特征在于，还包括采用MAX232芯片的通信模块(7)；所述通信模块(7)的其中一对传输接口连接微处理器模块(1)，另一对传输接口与上位机相连。

3.根据权利要求1所述的空调节能遥控器，其特征在于，还包括遥控接收模块(6)和参数存储模块(8)，所述遥控接收模块(6)内包含一个波形接收器，遥控接收模块(6)的输出端与微处理器模块(1)的I/O端口连接，所述参数存储模块(8)与微处理器模块(1)内的FLASH单元相连；所述遥控接收模块(6)将接收的波形数据通过微处理器模块(1)存储到参数存储模块(8)内。

4.根据权利要求1所述的空调节能遥控器，其特征在于，所述状态显示模块(3)是由8位数码管构成，所述状态显示模块(3)由微处理器模块(1)上的16位I/O端口驱动。

5.根据权利要求1所述的空调节能遥控器，其特征在于，所述遥控发射模块(4)的输入端设置有编码输入端口和载波输入端口，所述编码输入端口和载波输入端口分别与微处理器模块(1)上的I/O端口连接。

6.根据权利要求1所述的空调节能遥控器，其特征在于，所述环境温度传感器和风口温度传感器的输出端各自连接有一个DS18B20芯片，两个DS18B20芯片的DQ端分别与微处理器模块(1)上的I/O端口相连。

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