CN101943453B - 基站机房空调节能设备 - Google Patents

Abstract

一种基站机房空调节能设备，解决了现有空调机存在的耗电大以及使用寿命低的问题，它包括壳体及组装其内的自动控制回路，其技术要点是：自动控制回路中设置温度采集控制单元，由室温传感器、回、出风口温度传感器把采集到的温度模拟值分三路传输：一路通过模拟数字转换芯片转换为数字信号，第二路由工作模式控制单元的电流/电压转换芯片转换为电压信号，第三路由故障检测和修复单元中的电流传感器转换成电压值，再由温度补偿单元中的脉冲驱动器发出脉冲信号，驱动半导体致冷器工作，进行实时动态补偿控制。其结构设计合理，可自动适应空调机的工作状态改变，故障显示快捷、并能实现故障自动修复，显著延长空调机的使用寿命，提高节能效果。

Description

基站机房空调节能设备

技术领域

本发明涉及一种空调机控制装置，特别是一种具有故障实时检测和自动修复功能的基站机房空调节能设备。它主要用于通信基站、机房，尤其是无人值守的基站、机房保持温度稳定，是进一步提高其空调机的运行效率，延长空调机的使用寿命的节能控制装置。

背景技术

为保持基站、机房温度的稳定，现有通信基站、机房一般都设置空调机。现有空调机的自动调节系统都广泛采用定值调节。空调机本身存在待滞区，因为每一个压缩机制冷系统都是根据吸气温度的变化来控制压缩机的启动或上载以及停机或卸载的。为了避免压缩机频繁地启停(这将造成压缩机过热甚至机械损坏)，必须在压缩机的启动与停止之间存在一个温度差(一般设定为1℃)，我们称这一差值为“死区”或“待滞区”。当温度高于上限值，压缩机启动或上载；当温度低于下限值，压缩机停机或卸载。例如，以制冷空调设定温度为24℃为例，当回风口温度传感器检测到室温高于25℃时，控制电路给压缩机工作指令，压缩机开始工作。当回风口检测到室温低于23℃时，控制电路给压缩机停止指令，压缩机停止工作。

因现有空调机不能根据实际的温度和设定值的关系而调节空调的待滞区的范围，故造成空调机的低效能运行。在低效能的情况下其压缩机的频繁启动和停止，会产生较大的电流对压缩机的频繁冲击，影响了空调压缩机的使用寿命。当保证通信基站、机房温度长时间开启空调机时，特别是是全年开启运行，电能消耗比较严重并且会大大降低空调机的使用寿命。

但由于现有的针对移动基站、机房空调设置的节能装置，不能保护空调压缩机，并且与空调有线路连接，需要更改空调的内部线路，所以当节能优化装置出现故障将会影响空调的正常运转，并且需要人工调节设备的工作状态(制冷或制热)，也影响空调厂家对其进行保修。针对上述缺点，在专利公告号为CN201382517Y的“通信机房空调省电装置”中记载了一种空调节能装置，该装置虽然可以通过间接控制空调回风口的温度来调节空调机的运行，不改变空调机的线路，但其不具备自动选择工作模式的功能，仍然需要人工手动来调节控制装置的工作模式。随着天气的变化，空调机改变工作状态，那么该装置也必须根据空调机的需要来实时的改变工作状态，但是基站、机房分布非常分散，彼此的距离也很远，所以如果使用人工调节，那么不仅会耗费大量的人力和物力，而且不能够及时完成调节工作，无法使空调机保持最佳运行状态。

专利公告号为CN100510564C的“一种通讯机房专用空调机组的控制装置”公开了在增加风阀板的空调设备上，根据气室内、外温度变化，利用主控板等构成的控制系统来控制风阀板的动作，使其位于“关”、“开”状态，来变更室内、外气路，实现节能。专利公告号为CN2847136Y的“智能防盗节能温度控制装置”记载了由中央控制单元控制的空调、空调外机及连接的室内、外温湿度传感器、室内、外进风单元、室内出风单元，根据室内、外温湿度的环境变化，通过“强制换风+空调工作”等功能达到机房内的环境要求，满足设备正常运转，延长空调使用寿命。专利公告号为CN201373531Y的“机房智能通风系统、以及机房”中公开了一种根据室内、室外的温度差，将室外的冷风引入到室内，试图改善机房环境的方法。上述专利技术尽管能在一定程度上改善空调，但是，实际上机房或者基站的内部环境要求非常严格，尤其是强调无尘、无灰。而由于机房、基站大多是处于山区，天气风沙大，将自然风引入室内的同时，也把大量的沙土引入到室内，造成机房或者基站内的环境恶劣，从而导致室内的设备工作故障率增大。因滤尘网需要定期清洗，故会造成人员的浪费。并且该设备的运行时间也严格受到限制，例如夏天，室外温度高于室内温度，所以只能靠室内的空调进行工作，不能达到理想的节电效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基站机房空调节能设备，它解决了现有空调机存在的耗电大以及使用寿命低的问题，除保留现有空调节能装置的不需要更改空调的内部线路，保证空调厂家可以继续保修的优点外，其结构设计更加合理，可自动适应空调机的工作状态改变，优化调控迅速，对空调机工作状态的实时诊断、故障显示快捷、并能实现故障自动修复，显著延长空调机的使用寿命，提高节能效果，运行效率高，适应范围广。

本发明所采用的技术方案是：该基站机房空调节能设备包括带有液晶显示屏、功能按键和传输接口的壳体，组装在壳体内的以单片机和外部程序存储器为核心的主控制单元及通过相应电子元件构成的自动控制回路，其技术要点是：所述自动控制回路中设置由模拟数字转换芯片和室温传感器、回风口温度传感器、出风口温度传感器组成的温度采集控制单元，所述室温传感器固定在所述壳体上，固定在空调机回风口、出风口的所述回、出风口温度传感器通过导线连接所述壳体的传输接口；所述室温传感器、回、出风口温度传感器把采集到的温度模拟值分三路传输：一路通过模拟数字转换芯片将温度模拟值转换为数字信号，经所述主控制单元中的单片机和外部程序存储器处理后，输送到所述自动控制回路中的显示和通信单元进行显示；第二路由所述自动控制回路中的工作模式控制单元的电流/电压转换芯片转换为电压信号，经电压比较器进行比较后，确定空调机的制冷或制热的工作模式，并传输到所述单片机，将所述工作模式发送到所述显示和通信单元显示；第三路由所述自动控制回路中的故障检测和修复单元中的电流传感器转换成电压值，经电压比较器进行比较后，确定故障点输出反馈电压以修复故障或将所述故障信号传输到所述单片机，输送到所述显示和通信单元进行显示；所述主控制单元的单片机将所述温度采集控制单元和工作模式控制单元传输的数据输送到所述程序存储器中处理，将处理得到的数据补偿系数送入所述自动控制回路中的由半导体致冷器和脉冲驱动器组成的温度补偿单元中，使所述脉冲驱动器发出脉冲信号，驱动半导体致冷器工作，对所述回风口温度传感器进行实时动态补偿控制。

所述显示和通信单元包括设置在所述壳体上的用于显示所述单片机传输的数据、工作模式和故障信号的液晶显示屏，用于将所述信号通过RS232协议传输到上位机或者动力环境监控系统中的串口芯片和由设置工作参数的返回键、上调键、下调键、确认键组成的功能按键。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明的基站机房空调节能设备通过室温传感器、回风口温度传感器、出风口温度传感器组成的温度采集控制单元获取室内温度和回、出风口温度信息，经主控制单元的单片机将这些数据输送到程序存储器中处理，所以可以实现自动选择确定工作模式以及确定空调的设置温度。因主控制单元可以根据模式选择，结合温度传感器获取的温度信息，进行处理得到数据补偿系数后，送入温度补偿单元中，使其脉冲驱动器发出脉冲信号，驱动半导体致冷器工作，自动完成对回风口温度传感器进行实时动态补偿控制，动态智能调整空调待滞区，故其结构设计更加合理，不仅解决了现有空调机存在的耗电大以及使用寿命低的问题，除保留现有空调节能装置的不需要更改空调的内部线路，保证空调厂家可以继续保修的优点外，而且可自动适应空调机的工作状态改变，优化调控迅速，对空调机工作状态的实时诊断、故障显示快捷、并能实现故障自动修复，从而达到省电的目的，并且可以防止在低负荷下空调压缩机的频繁启动和停止。由于本发明具有无需与基站、机房空调的任何线路直接连接，以空气为介质实现对空调系统运行状态的智能优化优点，所以即使该节能设备发生故障时，也不能影响空调的正常工作，提高空调运行效率，保护了压缩机和节省电能，该空调节能器自耗电很小，每小时最大自耗小于3W。因此，实现了基站、机房内空调系统更高效的运转，显著延长空调机的使用寿命，具有运行效率高，适应范围广的优点，真正达到节能、减排及保护空调压缩机的要求。

本发明还可以利用显示和通信单元的显示单片机传输的数据、工作模式和故障信号的液晶显示屏，用于将单片机处理的信号通过RS232协议传输到上位机或者动力环境监控系统中的串口芯片和由设置工作参数的返回键、上调键、下调键、确认键组成的功能按键，实现人机交互。故障检测和修复单元可以通过液晶显示屏显示出出风口传感器故障、温度补偿单元故障等，并且可以自动修复以上故障。实际检验表明，空调机的启动频率明显下降，每次工作时，空调机的工况比提高明显，节能效果显著，可节约30％的电能。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1本发明的一种具体结构示意图。

图2是本发明的一种基本结构框图。

图3本发明的一种电气原理图

图中序号说明：1壳体、2液晶显示屏、3功能按键、4电源开关、5电源线输入接口、6数据传输接口、7出风口温度传感器接口、8半导体致冷器接口、9室温传感器、10回风口温度传感器接口、T1变压器、K1电源开关、S1返回键、S2上调键、S3下调键、S4确认键、F1保险管、U1单片机、U2稳压器、U3液晶显示屏、U4模拟数字转换芯片、U5串口芯片、U6电压比较器、U7半导体致冷器、U8电流传感器、U9程序存储器、U10脉冲驱动器、U11电流/电压转换芯片、U12电压比较器、D1～D5二极管、G1室温传感器、G2回风口温度传感器、G3出风口温度传感器、C1电解电容。

具体实施方式

根据图1～3详细说明本发明的具体结构。该基站机房空调节能设备包括壳体1及设置壳体1上的由液晶显示屏2(U3)，含有返回键S1、上调键S2、下调键S3、确认键S4构成的功能按键3，电源开关4，室温传感器9，由电源线输入接口5、数据传输接口6、出风口温度传感器接口7、半导体致冷器接口8、回风口温度传感器接口10构成的传输接口，组装在壳体1内的以单片机U1和外部程序存储器U9为核心的主控制单元及通过相应电子元件构成的自动控制回路等部件。其中自动控制回路主要包括主控制单元、工作模式控制单元、电源转换单元、显示和通信单元、温度补偿单元、故障检测和修复单元以及温度采集控制单元等。采用普通电源转换单元用于将交流220V电转换成直流工作电源，它包括一个交流变压器T1、桥式整流电路、电解电容C1、稳压器U2(选用LM7805)等件。市电220V经过交流变压器T1变压，通过由二极管D1-D4(选用IN4007)组成的桥式整流电路变为直流脉动电压，然后通过稳压器U2稳压，最后再通过电解电容C1将其中的纹波电压滤除掉。输出的稳定直流+5V电源给自动控制回路中的各单元供电。

其中主控制单元：包括单片机U1(选用超低功耗STC89C58RD)和外部程序存储器U9(选用HY62256)等部件。其中单片机U1的作用：一是接收来自功能按键3中的返回键S1、上调键S2、下调键S3、确认键S4和温度采集控制单元的传输的数据，并将数据送入到程序存储器U9中处理，然后将处理完的数据提取，最后将数据发送到显示和通信单元中的液晶显示屏U3显示；二是接受来自工作模式控制单元和故障检测修复单元的数据，并将数据送入到程序存储器U9中处理，然后将处理完的数据提取，最后将数据发送到显示和通信单元中的液晶显示屏U3和串口芯片U5(选用MAX232)。三是将温度采集控制单元和工作模式控制单元传输的数据送入到程序存储器U9中处理，将处理的数据补偿系数送入温度补偿单元。程序存储器U9用于存储程序代码。

显示和通信单元：包括设置在壳体1上的用于显示单片机U1传输的数据、工作模式和故障信号的液晶显示屏U3(选用LCD12232-1)、串口芯片U5(选用MAX232)和功能按键3中的S1～S4部件。其中液晶显示屏U3将接收到单片机U1的数据显示出来。串口芯片U5将单片机U1的数据，通过数据传输接口6和RS232协议传输到上位机或者动力环境监控系统中。其中可以通过各功能按键3中的返回键S1、上调键S2、下调键S3、确认键S4来设置工作参数。

液晶显示屏U3显示出本设备的工作状态和故障情况，通过串口芯片U5将信息传送到上位机或者基站、机房的动环监控中。

工作模式控制单元：包括电流/电压转换芯片U11(选用MAX472)、电压比较器U12(选用LM339)等部件。其中电流/电压转换芯片U11将温度采集控制单元的三个测量传感器室温传感器G1、回风口温度传感器G2、出风口温度传感器G3中的电流转换为电压值，然后将该电压值和已经设定的电压值1.5V和3.5V通过电压比较器U12比较出电压的大小。当电压值小于1.5V时，判断出空调机的工作模式为制冷模式。当电压值大于1.5V时，判断出空调机的工作模式为制热模式。并将判断结果，通过电压比较器U12传输到单片机U1。

温度补偿单元：包括半导体致冷器U7(选用TEC)和脉冲驱动器U10等部件。其中脉冲驱动器U10收到来自主控单元中的单片机U1的补偿系数，然后脉冲驱动器U10根据补偿系数发出PWM脉冲信号，驱动半导体致冷器U7工作，以进行温度补偿。

故障检测和修复单元：包括电压比较器U6(选用LM324)和电流传感器U8等部件。其中电流传感器U8测量各部分电流的大小，然后转化为电压值，最后送到电压比较器U6。电压比较器U6通过将测量的电压与设定的正常工作电压比较，判断出是否故障，以及故障点。电压比较器U6将故障点的故障电压值和正常电压值的电压差按比例反馈到故障点，来消除故障压差，使故障部分能够正常工作。如果不能消除，则将故障信息通过电压比较器U6输出到单片机U1。

温度采集控制单元：包括模拟数字转换芯片U4(选用ADC0809)和室温传感器G1、回风口温度传感器G2、出风口温度传感器G3(各传感器选用PT100)等部件。其中传感器G1、G2、G3把采集到的温度值转化为模拟电压值和电流值，由模拟数字转换芯片U4转换为数字信号，提供给主控单元中的单片机U1。与此同时，将该模拟电压和电流值分别传输给故障检测修复单元中的电流传感器U8、工作模式控制单元中的电流/电压转换芯片U11。

上述自动控制回路中的温度采集控制单元中的室温传感器G1固定在壳体1上，回风口温度传感器G2、出风口温度传感器G3固定在空调机回风口、出风口，并通过导线分别连接在壳体1的出风口温度传感器接口7、回风口温度传感器接口10的传输接口；室温传感器G1、回、出风口温度传感器G2、G3把采集到的温度模拟值分三路传输：一路通过模拟数字转换芯片U4将温度模拟值转换为数字信号，经主控制单元中的单片机U1和外部程序存储器U9处理后，输送到显示和通信单元进行显示；第二路由工作模式控制单元的电流/电压转换芯片U11转换为电压信号，经电压比较器U12进行比较后，确定空调机的制冷或制热的工作模式，并传输到单片机U1，将工作模式发送到显示和通信单元显示；第三路由故障检测和修复单元中的电流传感器转U8换成电压值，经电压比较器U6进行比较后，确定故障点输出反馈电压以修复故障或将故障信号传输到单片机U1，输送到显示和通信单元进行显示。

主控制单元的单片机U1将上述温度采集控制单元和工作模式控制单元传输的数据输送到程序存储器U9中处理，将处理得到的数据补偿系数(即设定温度与实际温度之差)送入温度补偿单元中，使脉冲驱动器U10发出脉冲信号，驱动半导体致冷器U7工作，对回风口温度传感器G2进行实时动态补偿控制。

操作时，将电源插头直接接入壳体1上的交流220V电源线输入接口5，将出风口温度传感器G3固定在空调机的出风口，回风口的温度传感器G2固定在空调机回风口，而将通过壳体1上的半导体致冷器接口8连接的温度补偿单元中半导体致冷器U7设置在空调机回风口附近。打开电源开关K1，该通信基站机房的空调节能设备就开始工作。

该基站机房空调节能设备通电工作后，操作人员通过按键S1-S4来设置工作范围和校正检测温度和实际温度的偏差。首先利用室温传感器G1、回风口温度传感器G2和出风口温度传感器G3采集基站、机房的室内温度信息和空调机出风口和回风口的温度信息的信号，分为三路传输，一路信号通过模数转换芯片U4将温度模拟值转换为数字信号；然后再将该数字信号传输到单片机U1，单片机U1将数据送入到程序存储器U9中处理，然后将处理完的数据提取，最后将数据发送到显示和通信单元的液晶显示屏U3显示；第二路信号由工作模式控制单元的电流/电压转换芯片U11转换为电压信号，将电压送入到电压比较器U12，通过与设定的电压数值进行比较，确定空调机的工作模式是制冷和制热，单片机U1将确定的模式发送到液晶显示屏U3显示。第三路信号由故障检测和修复单元中的电流传感器U8转换成电压值，经电压比较器U6将该电压与正常电压比较，如果发现故障点，则电压比较器U6输出反馈电压到故障点，以修复故障。如果故障修复，本设备继续工作，如果故障未排除，则电压比较器U6将故障上报到主控制单元中的单片机U1中，单片机U1通过显示和通信单元中的液晶显示屏U3显示，串口芯片U5将故障信息输出外部的上位机或者动力环境监控系统中，同时本设备停止工作，直到故障排除才继续工作。

单片机U1将温度采集控制单元和工作模式传输的数据送入到程序存储器U9中处理，将处理得到的数据补偿系数送入温度补偿单元。温度补偿单元中的脉冲驱动器U10I收到来自主控单元中的单片机U1的补偿系数，然后驱动脉冲驱动器U10根据补偿系数发出PWM脉冲信号，驱动半导体致冷器U7工作，对空调进风口温度传感器G2进行实时动态补偿控制。

Claims (2)

1.一种基站机房空调节能设备，包括带有液晶显示屏、功能按键和传输接口的壳体，组装在壳体内的以单片机和外部程序存储器为核心的主控制单元及通过相应电子元件构成的自动控制回路，其特征在于：所述自动控制回路中设置由模拟数字转换芯片和室温传感器、回风口温度传感器、出风口温度传感器组成的温度采集控制单元，所述室温传感器固定在所述壳体上，固定在空调机回风口、出风口的所述回、出风口温度传感器通过导线连接所述壳体的传输接口；所述室温传感器、回、出风口温度传感器把采集到的温度模拟值分三路传输：一路通过模拟数字转换芯片将温度模拟值转换为数字信号，经所述主控制单元中的单片机和外部程序存储器处理后，输送到所述自动控制回路中的显示和通信单元进行显示；第二路由所述自动控制回路中的工作模式控制单元的电流/电压转换芯片转换为电压信号，经电压比较器进行比较后，确定空调机的制冷或制热的工作模式，并传输到所述单片机，将所述工作模式发送到所述显示和通信单元显示；第三路由所述自动控制回路中的故障检测和修复单元中的电流传感器转换成电压值，经电压比较器进行比较后，确定故障点输出反馈电压以修复故障或将所述故障信号传输到所述单片机，输送到所述显示和通信单元进行显示；所述主控制单元的单片机将所述温度采集控制单元和工作模式控制单元传输的数据输送到所述程序存储器中处理，将处理得到的数据补偿系数送入所述自动控制回路中的由半导体致冷器和脉冲驱动器组成的温度补偿单元中，使所述脉冲驱动器发出脉冲信号，驱动半导体致冷器工作，对所述回风口温度传感器进行实时动态补偿控制。

2.根据权利要求1所述的一种基站机房空调节能设备，其特征在于：所述显示和通信单元包括设置在所述壳体上的用于显示所述单片机传输的数据、工作模式和故障信号的液晶显示屏，用于将所述信号通过RS232协议传输到上位机或者动力环境监控系统中的串口芯片和由设置工作参数的返回键、上调键、下调键、确认键组成的功能按键。

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