CN102721145A - 一种室内空调和照明控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内空调和照明控制器，旨在为室内空调照明末端控制而设计，它包括中央控制单元以及分别与之连接的继电器驱动单元、通信单元、实时时钟单元、数据存储单元、温度采集单元、显示单元和键入单元。本发明提供了室内空调控制和室内照明控制一体化的解决方案，可以大大降低了室内布线难度；对于室内空调的控制，提供了多种控制模式，使新风机的控制更加灵活；对于室内照明的控制，提供了自动分时段控制模式，这两种控制模式，提高了室内空调和照明的利用率，减少了不必要的能源损耗。本发明还具备远程通信功能，可通过远程平台来实现空调和风机的状态监控。

Description

一种室内空调和照明控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种家居控制装置，具体地说是一种室内空调和照明控制器及其控制方法，属于智能家居控制技术领域。

背景技术

目前，大多数室内空调和照明的控制现场，往往都是将空调和照明设备分开控制，需要室内空调控制器和室内照明控制器两种不同的控制设备，这样不但增加了施工难度，还对室内美观造成了不便。对于公共建筑领域，往往不能根据室内温度和人员的变化，及时的控制空调和照明设备，降低了空调和照明的利用率，造成了能源的浪费现象。同时，一般的室内空调和照明控制器都不具备空调和照明设备工作状态的监控功能，对于人走灯开的现象也不能及时有效地控制。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种室内空调和照明控制器及其控制方法，其不仅具有集成度高和可靠性强的特点，而且配置灵活，降低了维护成本。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：一种室内空调和照明控制器，其特征是，包括中央控制单元以及分别与之连接的继电器驱动单元、通信单元、实时时钟单元、数据存储单元、温度采集单元、显示单元和键入单元；所述温度采集单元用以采集室内温度信息并发送给中央控制单元，所述中央控制单元对当前室内温度值进行分析处理并向继电器驱动单元发送空调控制指令来完成室内空调的自动控制，中央控制单元将当前时间值和预设室内照明控制策略的时间进行比较，并向继电器驱动单元发送照明设备控制指令来完成室内照明的自动控制，中央控制单元通过通信单元实时将室内空调和照明状态信息发送给上位机，同时将数据存储到数据存储单元，所述显示单元和键入单元用以与中央控制单元进行人机界面的交互。

所述中央控制单元包括ARM主控芯片STM32F103。

所述继电器驱动单元与室内空调、照明设备的继电器连接，用以控制室内空调和照明设备。

一种室内空调和照明的控制方法，其特征是，包括以下过程：

系统初始化，所述系统初始化过程为中央控制单元初始化外设电路、读取数据存储单元中的保护数据和恢复掉电数据的过程；

空调控制，所述空调控制过程为读取当前温度并根据设定的温度控制策略对空调进行控制的过程；

照明控制，所述照明控制过程为根据照明控制策略对照明设备进行控制的过程；

通信处理，所述通信处理过程为响应上位机发来的指令并返回空调控制和照明控制的参数信息和完成远程室内空调照明监控的过程；

数据存储，所述数据存储过程为将系统的配置信息保存到外部掉电数据存储器中的过程。

所述空调控制过程包括以下步骤：

工作开始；

读取空调温度控制策略，所述空调温度控制策略包括制冷模式的高温档、中温档、低温档和制冷临界值以及制热模式的低温档、中温档、高温档和制热临界值；

获取当前温度值；

判断控制模式，如果是制冷模式，则进入制冷模式处理过程，如果是制热模式，则进入制热模式处理过程；

所述制冷模式处理过程为首先将当前温度与设定温度进行比较，如果当前温度处制冷模式的于高温档温度范围，则控制空调风机为高速档；如果当前温度处于制冷模式的中温档温度范围，则控制空调风机为中速档；如果当前温度处于制冷模式的低温档温度范围，则控制空调风机为低速档；如果当前温度低于制冷临界值温度，则控制空调风机停止运行；

所述制热模式处理过程为首先将当前温度与设定温度比较，如果当前温度处于制热模式的低温档温度范围，则控制空调风机为高速档；如果当前温度处于制热模式的中温档温度范围，则控制空调风机为中速档；如果当前温度处于制热模式的高温档温度范围，则控制空调风机为低速档；如果当前温度高于制热临界值温度，则控制空调风机停止运行。

所述制冷模式的高温档、中温档、低温档和制冷临界值的温度关系为高温档温度>中温档温度>低温档温度>制冷临界值温度,所述制热模式的低温档、中温档、高温档和制热临界值的温度关系为低温档温度<中温档温度<高温档温度<制冷临界值温度。

所述照明控制过程包括以下步骤：

工作开始；

读取当前时间值；

判断控制模式，如果是手动模式，则进入手动控制过程；如果是自动模式，则进入自动控制过程；

所述手动控制过程是根据接收的输入信号进行相关动作，如果是开启信号，则开启照明工作；如果是关闭信号，则关闭照明工作；

所述自动控制过程为判断当前时间是否在预设的开启时间段内，如果是，则开启照明工作；如果否，则关闭照明工作。

本发明的有益效果是，本发明提供了室内空调控制和室内照明控制一体化的解决方案，可以大大降低了室内布线难度；对于室内空调的控制，提供了多种控制模式，使新风机的控制更加灵活；对于室内照明的控制，提供了自动分时段控制模式，这两种控制模式，提高了室内空调和照明的利用率，减少了不必要的能源损耗。本发明还具备远程通信功能，可通过远程平台来实现空调和风机的状态监控。

附图说明

图1是本发明一具体应用场景的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图电路原理框图；

图3是本发明所述中央控制单元的电路原理图；

图4是本发明所述继电器驱动单元的电路原理图；

图5是本发明所述存储器单元的电路原理图；

图6是本发明所述实时时钟单元的电路原理图；

图7是本发明所述温度采集单元的电路原理图；

图8是本发明所述通信单元的电路原理图；

图9是本发明的方法流程图；

图10是本发明所述空调控制过程的流程图；

图11是本发明所述照明控制过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1至图8所示，本发明的一种室内空调和照明控制器，包括中央控制单元以及分别与之连接的继电器驱动单元、通信单元、实时时钟单元、数据存储单元、温度采集单元、显示单元和键入单元；所述温度采集单元用以采集室内温度信息并发送给中央控制单元，所述中央控制单元对当前室内温度值进行分析处理并向继电器驱动单元发送空调控制指令来完成室内空调的自动控制，中央控制单元将当前时间值和预设室内照明控制策略的时间进行比较，并向继电器驱动单元发送照明设备控制指令来完成室内照明的自动控制，中央控制单元通过通信单元实时将室内空调和照明状态信息发送给上位机，同时将数据存储到数据存储单元，所述显示单元和键入单元用以与中央控制单元进行人机界面的交互。其中，所述中央控制单元包括ARM主控芯片STM32F103；所述继电器驱动单元与室内空调、照明设备的继电器连接，用以控制室内空调和照明设备。

图1是本发明一具体应用场景的结构示意图。如图1所示，该室内空调照明控制器一具体应用的室内环境：该室内现场包括风机、电动调节阀、照明装置等。中央控制单元通过输出空调控制信号控制风机和电动调节阀来实现室内空调的控制功能；中央控制单元通过输出空调控制信号控制照明装置的开关来实现室内照明的控制功能；通过系统总线，实现远程的监控功能。所述的风机具备三档调速功能，高速、中速、低速，中央控制单元控制不同的速度档位，将室外新风通过风机盘管冷却或进行加热后送入室内，来实现室内温度的调节。所述的电动调节阀可以开关风机盘管，中央控制单元关闭风机时关闭电动调节阀，从而减少能源的损耗。

图2是本发明的结构示意图电路原理框图。如图2所示，该室内空调和照明控制器包括中主控制器、继电器驱动单元、通信单元、实时时钟单元、数据存储单元、温度采集单元、LCD液晶显示单元和按键输入单元。所述继电器驱动单元、LCD液晶显示单元和按键输入单元分别通过IO接口与主控制器连接；主控制器通过SPI接口与存储器单元连接，通过IIC接口与实时时钟电路连接，通过单总线接口与温度采集单元连接。所述通信单元则通过485通信接口与主控制器连接。所述的LCD液晶显示单元和按键输入单元用来完成人机界面的交互，可以通过面板显示和输入。

图3是本发明所述中央控制单元的电路原理图。如图3所示，所述中央控制单元U1A采用的32位ARM控制芯片STM32F103，运算速度快，性价比高，并提供丰富的常用外设接口。U2为看门狗芯片，监控该系统的电源电压和主控制器芯片的运行状态，提高系统的可靠性。

图4是本发明所述继电器驱动单元的电路原理图。如图4所示，所述继电器驱动单元采用数字芯片ULN2803，ULN2803芯片为达林顿输出，驱动能力强，直接连接继电器线圈，驱动继电器，用以控制照明灯具的开关，风机盘管开关阀的启停和室内新风机的启停。。

图5是本发明所述存储器单元的电路原理图。如图5所示，所述数据存储单元主要由一片EEPROM组成，将系统运行的保护数据实时保存。

图6是本发明所述实时时钟单元的电路原理图。如图6所示，所述实时时钟电路采用高精度、低功耗的实时时钟芯片DS3231，通过IIC接口与主控制器直接相连，用来确定当前时间值。该芯片内置晶体振荡器，提高了长期精确度；该芯片的外部电池输入引脚连接锂电池E1，断开主电源后仍可保持精确的计时。

图7是本发明所述温度采集单元的电路原理图。如图7所示，所述温度采集单元采用高精度、宽测量范围的数字温度传感器芯片DS18B20，每秒可完成一次温度采集，来实时测量当前室内温度值。DS18B20芯片采用单总线通信方式，硬件结构设计简单。

图8是本发明所述通信单元的电路原理图。如图8所示，所述通信单元为485通信电路，主要由一片SP485芯片组成，R22、R23、D4、D5共同组成485接口防浪涌保护电路，提高电路的可靠性。通过该通信接口，可将空调和照明的状态参数上传到上位机，也可通过上位机控制空调和照明。

图9是本发明的方法流程图。如图9所示，本发明的一种室内空调和照明的控制方法，包括以下过程：

系统初始化，所述系统初始化过程为中央控制单元初始化外设电路、读取数据存储单元中的保护数据和恢复掉电数据的过程；

空调控制，所述空调控制过程为读取当前温度并根据设定的温度控制策略对空调进行控制的过程；

照明控制，所述照明控制过程为根据照明控制策略对照明设备进行控制的过程；

通信处理，所述通信处理过程为响应上位机发来的指令并返回空调控制和照明控制的参数信息和完成远程室内空调照明监控的过程；

数据存储，所述数据存储过程为将系统的配置信息保存到外部掉电数据存储器中的过程。

图10是本发明所述空调控制过程的流程图。如图10所示，该控制方法的空调控制过程包括以下步骤：

工作开始；

读取空调温度控制策略，所述空调温度控制策略包括制冷模式的高温档、中温档、低温档和制冷临界值以及制热模式的低温档、中温档、高温档和制热临界值；

获取当前温度值；

判断控制模式，如果是制冷模式，则进入制冷模式处理过程，如果是制热模式，则进入制热模式处理过程；

所述制冷模式处理过程为首先将当前温度与设定温度进行比较，如果当前温度处制冷模式的于高温档温度范围，则控制空调风机为高速档；如果当前温度处于制冷模式的中温档温度范围，则控制空调风机为中速档；如果当前温度处于制冷模式的低温档温度范围，则控制空调风机为低速档；如果当前温度低于制冷临界值温度，则控制空调风机停止运行；

所述制热模式处理过程为首先将当前温度与设定温度比较，如果当前温度处于制热模式的低温档温度范围，则控制空调风机为高速档；如果当前温度处于制热模式的中温档温度范围，则控制空调风机为中速档；如果当前温度处于制热模式的高温档温度范围，则控制空调风机为低速档；如果当前温度高于制热临界值温度，则控制空调风机停止运行。

上述方法中，所述制冷模式的高温档、中温档、低温档和制冷临界值的温度关系为高温档温度>中温档温度>低温档温度>制冷临界值温度,所述制热模式的低温档、中温档、高温档和制热临界值的温度关系为低温档温度<中温档温度<高温档温度<制冷临界值温度。

图11是本发明所述照明控制过程的流程图。如图11所示，该控制方法的照明控制过程包括以下步骤：

工作开始；

读取当前时间值；

判断控制模式，如果是手动模式，则进入手动控制过程；如果是自动模式，则进入自动控制过程；

所述手动控制过程是根据接收的输入信号进行相关动作，如果是开启信号，则开启照明工作；如果是关闭信号，则关闭照明工作；

所述自动控制过程为判断当前时间是否在预设的开启时间段内，如果是，则开启照明工作；如果否，则关闭照明工作。

本发明提供了一种空调控制和照明控制一体化的控制设备，空调控制部分主要控制室内风机盘管的开关阀和风机的转速，风速调节可以设定制冷模式和制热模式二种模式：制冷模式下，风机的转速由当前温度决定，温度高转速快，温度低转速慢；制热模式下，风机的转速由当前温度决定，温度高转速慢，温度低转速快。当风机停止后，风机盘管开关阀关闭，当风机启动，风机盘管开关阀打开。

室内照明控制主要控制室内照明的启动和停止。可以分为手动和自动两种模式，手动模式下通过控制面板开关室内照明；自动模式下，可编程分时段控制，每周七天，每天可分四个启动时间段，实现定时自动开关室内照明的功能。

室内照明控制器具备的通信功能，不但可以将室内空调和照明的运行状态上传到能效统计监控平台，还可以通过监控平台对室内空调和室内照明进行控制。

Claims (7)

1.一种室内空调和照明控制器，其特征是，包括中央控制单元以及分别与之连接的继电器驱动单元、通信单元、实时时钟单元、数据存储单元、温度采集单元、显示单元和键入单元；所述温度采集单元用以采集室内温度信息并发送给中央控制单元，所述中央控制单元对当前室内温度值进行分析处理并向继电器驱动单元发送空调控制指令来完成室内空调的自动控制，中央控制单元将当前时间值和预设室内照明控制策略的时间进行比较，并向继电器驱动单元发送照明设备控制指令来完成室内照明的自动控制，中央控制单元通过通信单元实时将室内空调和照明状态信息发送给上位机，同时将数据存储到数据存储单元，所述显示单元和键入单元用以与中央控制单元进行人机界面的交互。

2.根据权利要求1所述的一种室内空调和照明控制器，其特征是，所述中央控制单元包括ARM主控芯片STM32F103。

3.根据权利要求1所述的一种室内空调和照明控制器，其特征是，所述继电器驱动单元与室内空调、照明设备的继电器连接，用以控制室内空调和照明设备。

4.一种室内空调和照明的控制方法，其特征是，包括以下过程：

系统初始化，所述系统初始化过程为中央控制单元初始化外设电路、读取数据存储单元中的保护数据和恢复掉电数据的过程；

空调控制，所述空调控制过程为读取当前温度并根据设定的温度控制策略对空调进行控制的过程；

照明控制，所述照明控制过程为根据照明控制策略对照明设备进行控制的过程；

通信处理，所述通信处理过程为响应上位机发来的指令并返回空调控制和照明控制的参数信息和完成远程室内空调照明监控的过程；

数据存储，所述数据存储过程为将系统的配置信息保存到外部掉电数据存储器中的过程。

5.根据权利要求4所述的一种室内空调和照明的控制方法，其特征是，所述空调控制过程包括以下步骤：

工作开始；

读取空调温度控制策略，所述空调温度控制策略包括制冷模式的高温档、中温档、低温档和制冷临界值以及制热模式的低温档、中温档、高温档和制热临界值；

获取当前温度值；

判断控制模式，如果是制冷模式，则进入制冷模式处理过程，如果是制热模式，则进入制热模式处理过程；

所述制冷模式处理过程为首先将当前温度与设定温度进行比较，如果当前温度处制冷模式的于高温档温度范围，则控制空调风机为高速档；如果当前温度处于制冷模式的中温档温度范围，则控制空调风机为中速档；如果当前温度处于制冷模式的低温档温度范围，则控制空调风机为低速档；如果当前温度低于制冷临界值温度，则控制空调风机停止运行；

所述制热模式处理过程为首先将当前温度与设定温度比较，如果当前温度处于制热模式的低温档温度范围，则控制空调风机为高速档；如果当前温度处于制热模式的中温档温度范围，则控制空调风机为中速档；如果当前温度处于制热模式的高温档温度范围，则控制空调风机为低速档；如果当前温度高于制热临界值温度，则控制空调风机停止运行。

6.根据权利要求5所述的一种室内空调和照明的控制方法，其特征是，所述制冷模式的高温档、中温档、低温档和制冷临界值的温度关系为高温档温度>中温档温度>低温档温度>制冷临界值温度,所述制热模式的低温档、中温档、高温档和制热临界值的温度关系为低温档温度<中温档温度<高温档温度<制冷临界值温度。

7.根据权利要求4所述的一种室内空调和照明的控制方法，其特征是，所述照明控制过程包括以下步骤：

工作开始；

读取当前时间值；

判断控制模式，如果是手动模式，则进入手动控制过程；如果是自动模式，则进入自动控制过程；

所述手动控制过程是根据接收的输入信号进行相关动作，如果是开启信号，则开启照明工作；如果是关闭信号，则关闭照明工作；

所述自动控制过程为判断当前时间是否在预设的开启时间段内，如果是，则开启照明工作；如果否，则关闭照明工作。

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