CN104359193B

CN104359193B - 具有多种节能模式的风机盘管温控器

Info

Publication number: CN104359193B
Application number: CN201410832510.5A
Authority: CN
Inventors: 周淑华; 赵松; 何升强; 周泽宇
Original assignee: NANJING LIANHONG AUTOMATIZATION SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Jiangsu alliance wisdom energy Limited by Share Ltd
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2034-12-29
Also published as: CN104359193A

Abstract

本发明公开了一种具有多种节能模式的风机盘管温控器，其包括控制处理模块，以及分别与所述控制处理模块相连接的电源模块、Lonworks智能收发模块、继电器控制模块，电量计量模块、温度采集电路、键盘电路、液晶显示电路、数据存储与实时时钟电路和IO扩展电路；所述电量计量模块包括电压电流采样电路和电量采集电路，所述继电器控制模块分4路继电器输出，其中1路为带常开常闭双触点输出，可用于控制两线或三线阀，另外3路为常开触点输出，用于控制风机的高、中、低档运行模式。本发明根据降耗指标自动进行调温控制等多种灵活的节能控制模式，实现合理用能、降低能耗。

Description

具有多种节能模式的风机盘管温控器

技术领域

本发明属于能源与节能技术领域，具体涉及一种具有多种节能模式的风机盘管温控器。

背景技术

随着人们节能意识的提高，对中央空调系统提出了新的需求：1、分户计量；由于中央空调系统是采取集中供给，分户使用，计量成了必不可少的需求，通过计量，可以实现合理收费、考核，提高用户的节能意识，养成良好的节能习惯。2、联网监控：通过联网监控，可以获知各末端的运行状态，了解用能情况，采取适当节能措施；通过远程和自动控制，减少浪费现象。3、节能管理：通过对风机盘管运行参数设定进行控制，对于中央空调系统的实时监测、控制，科学合理地降低能耗避免制冷温度过低、制热温度过高等浪费现象，达到节能效果。

目前市场上风机盘管控制器也由简单的风速控制逐步发展为温度控制、定时控制，联网控制等。其中，简单控制仅包含风机高中低三速控制和水阀启停控制，温度需要人为控制，无法准确控制温度，目前已基本淘汰。本地温度控制是控制器通过采集室内温度与设定温度比较，自动控制风机风速，达到恒温控制效果，并可以实现定时控制。联网控制除了实现温度控制的功能外，增加了联网控制，可以实现远程集中控制。联网功能使得控制中心能够实时监控各个控制器的运行状态，通讯方式主要为RS485总线。

然而，市场上的产品依然存在种种不足，在联网监控和节能管理方面无法满足需要，主要体现在：由于485总线没有统一的通讯协议，各个厂家的产品通讯协议都不相同，给组网带来了困难；计量功能，现有的风机盘管温控器主要采用对风机的运行时间进行统计，然后通过累计的运行时间间接计算出冷热媒量；但对于用户来说他所关心的并不是有多少冷媒流经风机盘管，而是风机盘管为他创造所需环境所消耗的冷量（热量）和电能。而且冷量（热量）和电量是和房间的实时冷（热）负荷、空气状态及风机盘管的运行模式有关，是不断变化的，所以单纯用运行时间来计算冷（热）量和电能很不精确也是不科学的。

发明内容

本发明的目的是解决现有中央空调系统风机盘管温控器中存在的计量功能不完善、控制手段不够充分，联网开放性低等不足。

本发明采取的技术方案是：一种具有多种节能模式的风机盘管温控器，其包括控制处理模块，以及分别与所述控制处理模块相连接的电源模块、Lonworks智能收发模块、继电器控制模块，电量计量模块、温度采集电路、键盘电路、液晶显示电路、数据存储与实时时钟电路和IO扩展电路；所述电量计量模块包括电压电流采样电路和电量采集电路，电量采集电路包括可以采集电压、电流、有功、无功、功率因素、电压频率、及电能的电计量芯片，所述电计量芯片通过SPI接口与控制处理模块通信；所述继电器控制模块分4路继电器输出，其中1路为带常开常闭双触点输出，可用于控制两线或三线阀，另外3路为常开触点输出，用于控制风机的高、中、低档运行模式。

进一步的，所述控制处理模块选用单片机作为控制器。

优选的，所述单片机选用STM8L162单片机，其支持28个通道1M速率的12位AD，内部自带参考源，支持两个SPI和1个I2C和3个串口，1个独立的看门狗，1个实时时钟，支持串口自编程。

进一步的，所述电压电流采样电路包括电压采样电路、电流采样电路和抗混叠滤波器；所述电压采样电路采用电阻分压方式，被测量电压经相互串联的电阻R5、R6、R7、R8分压后，得到符合电计量芯片电压输入通道，电压输入通道选用200mV有效电压值；电流采样电路采用锰铜电阻取样输入方式，负载电流信号经电阻MR1转换成相应的电压信号；所述抗混叠滤波器由电阻和电容组成，其输入端分别与电压采样电路和电流采样电路输出端连接，输出端连接至电计量芯片的测量通道引脚。

进一步的，所述温度采集电路中采用NTC温敏电阻，通过控制处理模块的AD采样端口，读取不同温度的采样值；所述键盘电路利用单片机外部中断实现键盘的读取，所述液晶显示电路中LCD液晶屏直接与控制处理模块连接，无需使用专用的LCD驱动芯片。

优选的，所述温度采集电路中采用单总线、高精度的数字温度传感器DS18B20；所述电量计量电路中选用单相多功能计量芯片ATT7053A；所述LCD液晶屏采用定制字段式单色液晶，并带背光功能、尺寸为56mm×68mm、与86盒兼容，其显示内容包括：模式、风速状态、设定温度、室内温度、水阀状态、星期、时间、时段图标、节能图标、键盘锁定。

进一步的，所述Lonworks智能收发模块包括FT5000双绞线智能收发器和通信耦合电路。

优选的，所述FT5000双绞线智能收发器通过UART通信接口与单片机进行通信；FT5000双绞线智能收发器中集成一个高性能的Neuron核和一个自由拓扑双绞线收发器，FT5000双绞线智能收发器由三个分别管理物理介质访问控制层、网络层和用户应用层的独立8位逻辑处理器组成。

优选的，所述通信耦合电路用于提供FT-X3通信变压器耦合接口，其包括两组变压器T1和T2，变压器T1的输入侧一端分别连接二极管D2A的阴极、二级管D2B的阳极和电容C24的一端，变压器T2的输入侧一端分别连接二极管D3A的阴极、二级管D3B的阳极和电容C23的一端，变压器T1和T2输入侧的另一端连接电容C25的一端，电容C25的另一端以及二极管D2A的阳极、二极管D3A的阳极、电容C23、电容C24的另一端接地，二级管D2B的阴极和二级管D3B的阴极接电源；变压器T1的输出侧一端分别连接二极管D4A的阳极、二极管D4B的阴极、电解电容C29的负向端，变压器T2的输出侧一端分别连接二极管D5A的阳极、二极管D5B的阴极、电解电容C30的负向端，变压器T1和变压器T2的输出侧另一端互相连接，二极管D4A的阴极、二极管D4B的阳极、二极管D5A的阴极、二极管D5B的阳极互相连接。

进一步的，所述继电器控制模块包括继电器驱动电路，继电器驱动电路中采用DC5V作为继电器驱动电源，并通过三极管扩流驱动继电器，同时采取阻容滤波抗干扰。

本发明的有益效果是：为中央空调计费系统提供了末端风机盘管中风机运行的用能数据，并通过这些数据计算出每个房间的冷（热）量以及风机的用电量，为用户提供收费的依据；此外本发明还包括远程控制、群组控制、定时控制、根据温度自动控制，风速控制、水阀控制，根据降耗指标自动进行调温控制等多种灵活的节能控制模式，实现合理用能、降低能耗；在用电高峰期可通过系统下发降耗指标，温控器自动调整设置温度，达到降耗的目的；采用Lonworks通讯协议，具备开放性、互操作性、高可靠性等突出优点，方便组网。

附图说明

图1是本发明结构原理框图。

图2是Lonworks智能收发模块电路原理图。

图3是Lonworks智能收发模块示意图。

图4是电源电路原理图。

图5是数据存储及实时时钟电路原理图。

图6是继电器输出电路原理图。

图7是按键检测电路原理图。

图8是电能计量电路原图图。

图9是温度测量电路原理图。

图10是液晶显示屏显示示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种具有多种节能模式的风机盘管温控器，其包括控制处理模块，以及分别与所述控制处理模块相连接的电源模块、Lonworks智能收发模块、继电器控制模块，电量计量模块、温度采集电路、键盘电路、液晶显示电路、数据存储与实时时钟电路和IO扩展电路；所述电量计量模块包括电压电流采样电路和电量采集电路，电量采集电路包括可以采集电压、电流、有功、无功、功率因素、电压频率、及电能的电计量芯片，所述电计量芯片通过SPI接口与控制处理模块通信；所述继电器控制模块分4路继电器输出，其中1路为带常开常闭双触点输出，可用于控制两线或三线阀，另外3路为常开触点输出，用于控制风机的高、中、低档运行模式。

本发明中，控制处理模块采用STM8L162单片机，其支持28个通道1M速率的12位AD，内部自带参考源，支持两个SPI和1个I2C和3个串口，1个独立的看门狗，1个实时时钟，支持串口自编程。温度测量采用NTC温敏电阻，优点是价格低廉，性能稳定，外围电路简单，利用单片机的AD采样口，读取不同温度的采样值。键盘利用单片机外部中断实现键盘的读取，系统的实时性比较好。该单片机自带了LCD驱动器，直接接在段式LCD液晶屏上，系统不需要使用专用的LCD驱动芯片，提高了系统的稳定性，降低了系统的成本。同时继电器控制模块设计4路继电器输出，其中1路设计为带常开常闭双触点输出，可用于控制两线或三线阀，另外3路为常开触点输出，用于控制风机的高、中、低档运行模式。电量采集使用电量专用芯片ATT7059，可以采集电压、电流、有功、无功、功率因素、电压频率、及电能计量；通过SPI接口与STM8L162通信。利用STM8L162的串口与LON收发模块串口连接，进行数据的交换，实现采集的数据和控制的状态实时的上传到LonWorks网络来。

如图2和图3所示，所述Lonworks智能收发模块包括FT5000双绞线智能收发器和通信耦合电路。所述FT5000双绞线智能收发器通过UART通信接口与单片机进行通信；FT5000双绞线智能收发器中集成一个高性能的Neuron核和一个自由拓扑双绞线收发器，FT5000双绞线智能收发器由三个分别管理物理介质访问控制层、网络层和用户应用层的独立8位逻辑处理器组成，它们被称为介质访问控制（MAC）处理器、网络（NET）处理器和应用（APP）处理器。其次，Lonworks智能收发模块中还包括了外部存储器AT24C512B，AT24C512B是一款优秀的3.3V 供电的编程可擦写式闪存 (EEROM)，容量为 512KB，用于存储系统固件、应用程序代码和变量等。

所述通信耦合电路用于提供FT-X3通信变压器耦合接口，其包括两组变压器T1和T2，变压器T1的输入侧一端分别连接二极管D2A的阴极、二级管D2B的阳极和电容C24的一端，变压器T2的输入侧一端分别连接二极管D3A的阴极、二级管D3B的阳极和电容C23的一端，变压器T1和T2输入侧的另一端连接电容C25的一端，电容C25的另一端以及二极管D2A的阳极、二极管D3A的阳极、电容C23、电容C24的另一端接地，二级管D2B的阴极和二级管D3B的阴极接电源；变压器T1的输出侧一端分别连接二极管D4A的阳极、二极管D4B的阴极、电解电容C29的负向端，变压器T2的输出侧一端分别连接二极管D5A的阳极、二极管D5B的阴极、电解电容C30的负向端，变压器T1和变压器T2的输出侧另一端互相连接，二极管D4A的阴极、二极管D4B的阳极、二极管D5A的阴极、二极管D5B的阳极互相连接。

如图4所示，电源模块中采用LD03-10B05模块电源，既简单又稳定可靠，交直流电源通用，AC220V电源经过LD03-1005后输出隔离的DC5V电源， DC5V再经SPX1117-3.3稳压成DC3.35V（VCC），DC3.3V主要用于单片机及其外围电路（数字电路部分）；5V用于继电器控制电源，另外还有可充电的电池用于掉电后的时钟供电。

如图5所示，选用具有I2C接口的RS5C372A实时时钟芯片，该时钟IC具有年、月、日、时、分、秒、星期数据寄存器，体积非常小，占用PCB面积少，外部加32.768kHz晶振作；工作电压：1.45V～6.0V，装置正常供电时，由模块电源产生的+5V电源供电，当无供电电源时由BT1扭扣电池给时钟芯片持续供电。

如图6所示，继电器驱动电路：采用DC5V作为继电器驱动电源，通过三极管扩流驱动继电器，采取了阻容滤波抗干扰措施。

如图7所示，所述键盘电路利用单片机外部中断实现键盘的读取，面板操作按键，用户通过按键设置、查看运行参数。

如图8所示，选用单相多功能计量芯片ATT7053A，ATT7053A为钜泉光电推出的符合国网要求的单相计量芯片。ATT7053A是一颗带SPI接口的单项计量芯片，工作电压范围3.0V-3.6V。该芯片集成19位sigma-delta ADC，支持2000:1的动态范围；用户可以同时得到两个通道的有功功率，无功功率；能够同时得到三通道的有效值，及电压频率、电压电流相位；支持断相窃电；片内集成温度传感器；寄存器默认情况下全速运行的功耗为2.4mA;支持电压、电流过零中断、采样中断、电能脉冲中断、校表中断等。

所述电压电流采样电路包括电压采样电路、电流采样电路和抗混叠滤波器；所述电压采样电路采用电阻分压方式，被测量电压经相互串联的电阻R5、R6、R7、R8分压后，得到符合电计量芯片电压输入通道，电压输入通道选用200mV有效电压值；电流采样电路采用锰铜电阻取样输入方式，负载电流信号经电阻MR1转换成相应的电压信号；所述抗混叠滤波器由电阻和电容组成，其输入端分别与电压采样电路和电流采样电路输出端连接，输出端连接至电计量芯片的测量通道引脚。此外，电计量芯片有功电能脉冲输出引脚CF1，用于电能校准，计量精度验证。

如图9所示，所述温度采集电路中采用NTC温敏电阻，通过控制处理模块的AD采样端口，读取不同温度的采样值；可以选用单总线、高精度的数字温度传感器DS18B20；

如图10所示，所述液晶显示电路中LCD液晶屏直接与控制处理模块连接，无需使用专用的LCD驱动芯片。LCD液晶屏采用定制字段式单色液晶，并带背光功能、尺寸为56mm×68mm、与86盒兼容，其显示内容包括：模式、风速状态、设定温度、室内温度、水阀状态、星期、时间、时段图标、节能图标、键盘锁定等。

在具体实施应用中，本发明不仅对风机盘管风机的运行时间进行统计，并且能对风机功率P(t)、室内温度T(t)和送风温度To(t)进行实时测量，再通过这些测量值与风机盘管的相关技术参数计算出风机盘管的累积用电量Qe和房间的累积用冷（热）量Q。其中Qe是通过温控器内部的电计量芯片自动积分累计得到；而Q则可以通过送风温差（|T(t)-To(t)|）和送风质量流量M(t)应用热力学传热公式计算得到实时冷（热）量，再将此实时冷（热）量对时间进行积分得到，即Q=∫CM(t)(|T(t)-To(t)|)dt，式中的送风质量流量M(t)，可以根据当时风机的运行功率查阅风机盘管的技术参数得到。其中： P(t)--风机实时功率，kW；T(t )--实时房间温度，℃； To（t）--实时送风温度，℃；Qe--风机盘管风机累积用电量，kWh；Q--风机盘管累积用冷（热）量，kWh；C--空气比热容，kJ/（kg.℃）；M(t) --送风质量流量，kg/s。

本发明所采用的技术原理为：

1、风机盘管末端风机的用能计量：通过专用的电计量芯片，对末端风机盘管的风机进行功率测量和电能计量，为中央空调计费系统提供了末端风机盘管中风机运行的用能数据，并通过这些数据计算出每个房间的冷（热）量，以及风机的用电量，并以此进行计费、分析风机盘管使用效率、用能管理提供依据，促进使用人员的节能意识的提高。

2、水阀和风机开启时间统计：通过对水阀和风机高中低开启时间的累计，间接计算冷媒（热媒）的用量。

3、远程人工控制原理：通过远程计算机开、关机，设定模式、风速、温度、睡眠等运行参数，查看各末端的运行状态；设置和查看时间、日期、节能模式、制热上限、制冷下限等参数；查询有效运行时间、用电计量等信息；定时时段及参数设定；锁定、解锁键盘；查看和修改末端操作密码。

4、群组控制原理：通过对温控器进行分组，每个温控器可分属于最多16个组，通过远程计算机可进行分组控制，进行开关、参数设定、校时等，可灵活定制不同的控制策略。

5、定时控制原理：通过自带的高精度日历时钟，结合设定的开启、关闭时间及运行状态参数，当达到开启时间时，自动开机，并按设定参数运行；当达到关机时间时，自动关机。

6、风速调节控制原理：风机风速分为高、中、低三档。可设定为固定档位；也可设定为自动，根据设置温度与实测的室内温度进行比较并自动控制风速。设为固定档位时，通风模式下，风速为设定的档位；制冷、制热模式下，水阀开启时，风速为设定档位，水阀关闭时，风速为低档。设定为自动时，水阀开启，根据设定温度与环境温度的温差，自动调整风速。睡眠模式下，风速恒定为低档，不受风速设定、温差影响。

7、水阀控制原理：在制冷、制热状态下，水阀开闭受温度控制，测得温度与设定温度的温差大于等于0.5℃时，判断是否开启或关闭水阀；温差小于0.5℃时，维持原有状态。

8、节能模式设定：通过设定制热上限、制冷下限，在启动节能模式下，限制温度设定范围，控制制冷温度过低、制热温度过高等浪费现象，如夏季设置制冷下限26度，冬季设置制冷上限20度。

9、按键功能：通过面板按键设定模式、风速、温度、睡眠等运行参数；设置时间、日期、背光时间、节能模式、制热上限、制冷下限等参数；查询有效运行时间、电量等计量信息；定时时段及参数设定；开关机；锁定、解锁键盘。

10、液晶显示功能：对通液晶屏可显示设置温度、室内温度、风机与水阀状态、运行模式、节能模块状态、计量参数、实时时钟、定时控制参数、计量数据等所有的参数。

11、运行数据可通过LonWorks网络实时发给上位主机，接收上位主机发来的命令和参数，并可根据命令要求控制现场风机盘管运行和参数更新。

12、防冷风、防冷凝功能：通过制热延时开风扇、制冷延时关风扇实现防冷风、防冷凝功能。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种具有多种节能模式的风机盘管温控器，其特征在于：其包括控制处理模块，以及分别与所述控制处理模块相连接的电源模块、Lonworks智能收发模块、继电器控制模块、电量计量模块、温度采集电路、键盘电路、液晶显示电路、数据存储与实时时钟电路和IO扩展电路；所述电量计量模块包括电压电流采样电路和电量采集电路，电量采集电路包括可以采集电压、电流、有功、无功、功率因素、电压频率、及电能的电计量芯片，所述电计量芯片通过SPI接口与控制处理模块通信；所述继电器控制模块分4路继电器输出，其中1路为带常开常闭双触点输出，可用于控制两线或三线阀，另外3路为常开触点输出，用于控制风机的高、中、低档运行模式；所述Lonworks智能收发模块包括FT5000双绞线智能收发器和通信耦合电路；所述FT5000双绞线智能收发器通过UART通信接口与单片机进行通信；FT5000双绞线智能收发器中集成一个高性能的Neuron核和一个自由拓扑双绞线收发器，FT5000双绞线智能收发器由三个分别管理物理介质访问控制层、网络层和用户应用层的独立8位逻辑处理器组成；所述通信耦合电路用于提供FT-X3通信变压器耦合接口，其包括两组变压器T1和T2，变压器T1的输入侧一端分别连接二极管D2A的阴极、二级管D2B的阳极和电容C24的一端，变压器T2的输入侧一端分别连接二极管D3A的阴极、二级管D3B的阳极和电容C23的一端，变压器T1和T2输入侧的另一端连接电容C25的一端，电容C25的另一端以及二极管D2A的阳极、二极管D3A的阳极、电容C23、电容C24的另一端接地，二级管D2B的阴极和二级管D3B的阴极接电源；变压器T1的输出侧一端分别连接二极管D4A的阳极、二极管D4B的阴极、电解电容C29的负向端，变压器T2的输出侧一端分别连接二极管D5A的阳极、二极管D5B的阴极、电解电容C30的负向端，变压器T1和变压器T2的输出侧另一端互相连接，二极管D4A的阴极、二极管D4B的阳极、二极管D5A的阴极、二极管D5B的阳极互相连接。

2.根据权利要求1所述的具有多种节能模式的风机盘管温控器，其特征在于：所述控制处理模块选用单片机作为控制器。

3.根据权利要求2所述的具有多种节能模式的风机盘管温控器，其特征在于：所述单片机选用STM8L162单片机，其支持28个通道1M速率的12位AD，内部自带参考源，支持两个SPI和1个I2C和3个串口，1个独立的看门狗，1个实时时钟，支持串口自编程。

4.根据权利要求1所述的具有多种节能模式的风机盘管温控器，其特征在于：所述电压电流采样电路包括电压采样电路、电流采样电路和抗混叠滤波器；所述电压采样电路采用电阻分压方式，被测量电压经相互串联的电阻R5、R6、R7、R8分压后，得到符合电计量芯片电压输入通道，电压输入通道选用200mV有效电压值；电流采样电路采用锰铜电阻取样输入方式，负载电流信号经电阻MR1转换成相应的电压信号；所述抗混叠滤波器由电阻和电容组成，其输入端分别与电压采样电路和电流采样电路输出端连接，输出端连接至电计量芯片的测量通道引脚。

5.根据权利要求1所述的具有多种节能模式的风机盘管温控器，其特征在于：所述温度采集电路中采用NTC温敏电阻，通过控制处理模块的AD采样端口，读取不同温度的采样值；所述键盘电路利用单片机外部中断实现键盘的读取，所述液晶显示电路中LCD液晶屏直接与控制处理模块连接，无需使用专用的LCD驱动芯片。

6.根据权利要求5所述的具有多种节能模式的风机盘管温控器，其特征在于：所述温度采集电路中采用单总线、高精度的数字温度传感器DS18B20；所述电量计量模块中选用单相多功能计量芯片ATT7053A；所述LCD液晶屏采用定制字段式单色液晶，并带背光功能、尺寸为56mm×68mm、与86盒兼容，其显示内容包括：模式、风速状态、设定温度、室内温度、水阀状态、星期、时间、时段图标、节能图标、键盘锁定。

7.根据权利要求1所述的具有多种节能模式的风机盘管温控器，其特征在于：所述继电器控制模块包括继电器驱动电路，继电器驱动电路中采用DC5V作为继电器驱动电源，并通过三极管扩流驱动继电器，同时采取阻容滤波抗干扰。