CN106524450A - 一种中央空调的温度分区控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：包括电源模块、温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块，所述温度采集模块连接控制模块，所述控制模块还分别连接信号转换模块、开关阀控制模块和通信模块，所述信号转换模块还连接所述开关阀门控制模块，所述电源模块分别为所述温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块供电。本发明应用范围广，控制精度高。
Description
技术领域
本发明涉及供热系统温度控制技术领域,具体地说是一种中央空调的温度分区控制器。
背景技术
在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。由于水力失调导致系统流量分配不合理，某些区域流量过剩，某些区域流量不足，造成某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，提高水泵扬程，但仍会产生热(冷)不均及更大的电能浪费。因此，必须采用相应的调节阀门对系统流量分配进行调节。
虽然某些通用阀门如截止阀、球阀等也具有一定的调节能力，但由于不带控制系统及其调节实时性无法对满足系统的流量需求，因此这种调节只能说是定性的和不准确的，常常给工程安装完毕后的调试工作和运行管理带来极大的不便。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种中央空调的温度分区控制器，应用范围广，控制精度高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：包括电源模块、温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块，所述温度采集模块连接控制模块，所述控制模块还分别连接信号转换模块、开关阀控制模块和通信模块，所述信号转换模块还连接所述开关阀门控制模块，所述电源模块分别为所述温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块供电；
所述电源模块包括电源电路，所述电源电路包括分别产生24V驱动电源、5V数字电源和5V模拟电源的第一电源产生电路、第二电源产生电路和第三电源产生电路，所述电源电路依次经过第一电源产生电路、第二电源产生电路和第三电源产生电路分别产生24V、5V和5V电压；
所述温度采集模块包括温度采集电路，所述温度采集电路包括出水端温度采集电路和回水端温度采集电路，所述出水端温度采集电路包括依次连接的第一桥式电路和第一积分A/D转换电路，所述回水端温度采集电路包括依次连接的第二桥式电路和第二积分A/D转换电路，所述温度信号经温度采集电路输入到所述控制模块；
所述信号转换模块包括频率电压转换电路和模拟量输出电路，所述频率电压转换电路包括整形电路、F/V转换芯片U0、放大电路和跟随滤波电路，频率信号由所述控制模块输出，依次经过所述整形电路、F/V转换芯片U0、放大电路和跟随滤波电路，输出至所述模拟量输出电路；所述模拟信号输出电路包括放大电路和电压电流转换电路，电压信号由所述频率电压转换电路输出，依次经过放大电路和电压电流转换电路，输出至所述开关阀门控制模块；
所述开关阀控制模块包括驱动电路、继电器电路和光耦隔离电路，所述驱动电路连接所述控制电路和继电器电路，所述继电器电路连接现场阀门，所述光耦隔离电路分别连接现场阀门和所述控制模块。
优选地，所述第一电源产生电路包括二次保护电路，所述第二电源产生电路包括开关电源转换电路，所述第三电源产生电路包括滤波储能电路。
优选地，所述二次保护电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路和第二滤波电路通过温度变送器NTC1连接，所述第一滤波电路包括自恢复保险丝F1，所述自恢复保险丝F1的一端连接输入电压VIN，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极分别连接电阻R52和电容C16的一端和滤波电路CMI1的1管脚，电容C16的另一端接输入电压VSS，电阻R52的另一端连接二极管D5的负极，二极管D5的正极接输入电压VSS，所述滤波电路CMI1的4管脚接输入电压VSS，3管脚接地，2管脚分别连接电容C17、C18和温度变送器NTC1的一端，所述电容C17的另一端分别连接电容C25的一端和输入电压VSS，电容C25的另一端接地，电容C18的另一端接地；所述第二滤波电路包括滤波电容C19～C21，所述温度变送器NTC1的另一端分别连接电容C19～C21的一端和二极管D7的正极，电容C19～C21的另一端均接地，二极管D7的负极连接第二电源产生电路，二极管D7的负极输出24V驱动电源；
所述开关电源转换包括稳压芯片U12和电容C22，所述电容C22的一端分别连接所述二极管D7的负极和稳压芯片U12的1管脚，电容C22的另一端接地，稳压芯片U12的3、5管脚接地，2管脚分别连接电感L1的一端和二极管D9的负极，4管脚分别连接电感L1的另一端和电容C23的一端，电容C23的另一端连接二极管D9的正极，稳压芯片U12的4管脚还连接第三电源产生电路，并输出5V数字电源VCC；
所述滤波储能电路包括电容C24和电感L2，所述电容C24的一端分别连接稳压芯片U12的4管脚和电感L2的一端，电容C24的另一端分别连接二极管D9的正极和地，电感L2的另一端输出5V模拟电压VDD。
优选地，所述整形电路包括施密特触发器U100C，所述放大电路包括运算放大器U16A，所述跟随滤波电路包括运算放大器U16B；所述施密特触发器U0的5管脚连接所述控制模块，6管脚连接电阻R100的一端，电阻R100的另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接电阻R2a的一端和F/V转换芯片U0的6管脚，电阻R2a的另一端分别连接电阻R1a、Rt1的一端和电源VDD，，电阻R1a的另一端分别连接电阻Rx1的一端和F/V转换芯片U0的7管脚，F/V转换芯片U0的8管脚接电源VDD，2管脚通过串联电阻R4a、R5x接地，5管脚分别连接电阻Rt1的另一端和电容C2的一端，6管脚连接电阻R101的一端，电容C2的另一端接地，电阻R101的另一端分别连接电容C5、电容C1、电阻R3a的一端和运算放大器U16A的反相输入端，电容C5的另一端接地，运算放大器U16A的同相输入端接地，电阻R3a的另一端连接电阻Rf1的一端，电阻Rf1的另一端分别连接电容C1的另一端和运算放大器U16A的输出端，运算放大器U16A的输出端还连接运算放大器U16B的同相输入端，运算放大器U16B的反相输入端分别连接电容C100和电阻R102的一端，运算放大器U16B的输出端分别连接电容C100和电阻R102的另一端和电容C105、电阻R103的一端，电容C105的另一端接地，电容R103的另一端接所述模拟量输出电路；
所述放大电路包括运算放大器M1B，所述电压电流转换电路包括运算放大器M1A和三极管Q1；所述模拟量输出电路还包括电阻R24，电阻R24的一端连接所述频率电压转换电路，电阻R24的另一端连接运算放大器M1B的同相输入端，运算放大器M1B的反相输入端分别连接电阻R21、R17的一端，电阻R21的另一端接地，电阻R17的另一端连接电阻R18的一端,电阻R18的另一端分别连接二极管D1、D2的负极和电阻R23的一端，二极管D2的正极连接运算放大器M1B的输出端，二极管D1的正极接地，电阻R23的另一端分别连接电阻R25、R28的一端，电阻R28的另一端接地，电阻R25的另一端分别连接电阻R33的一端和运算放大器M1A的同相输入端，运算放大器M1A的反相输入端分别连接电阻R22、R15的一端，电阻R22的另一端接地，电阻R15的另一端分别连接电阻R19的一端和三极管Q1的发射极，运算放大器M1A的输出端分别连接电阻R19的另一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接24V电压，三极管Q1的发射极还连接电阻R31的一端，电阻R31的另一端分别连接电阻R33的另一端和二极管D3的正极，二极管D3的负极连接二极管D4的负极，二极管D4的正极接地，二极管D3的负极输出信号至所述开关阀门控制模块。
优选地，所述第一桥式电路包括温度传感器P2和电阻R2、R3、R6，所述第一积分A/D转换电路包括运算放大器U18B,所述出水端温度采集电路还包括第一差分放大电路和比较器U18C，所述第一差分放大电路包括运算放大器U18A和电阻R9、R10、R10、R16；
所述第二桥式电路包括温度传感器P4和电阻R26、R27、电阻R32，所述第二积分A/D转换电路包括运算放大器U17B,所述回水端温度采集电路还包括第二差分放大电路和比较器U17C，所述第二差分放大电路包括运算放大器U17A和电阻R36、R37、R38、R42。
优选地，所述温度传感器P2的2管脚分别连接电阻R2、R10的一端，1管脚接地，电阻R2的另一端分别连接电阻R1、R3的一端，电阻R1的另一端接电源VDD，电阻R3的另一端分别连接电阻R4、R6的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R4的另一端连接电位器P1的一固定端，电位器P1的另一固定端接电阻R5的一端，电位器P1的滑动端连接运算放大器U18A的反相输入端，电阻R10的另一端分别连接电阻R9、R11和R16的一端，电阻R9的另一端接电源VDD，电阻R16的另一端接地，电阻R11的另一端接运算放大器U18A的同相输入端，运算放大器U18A的输出端分别连接电阻R7的一端和电阻R5的另一端，电阻R7的另一端分别连接电阻R8和电容C4的一端，电阻R7的另一端还连接所述控制模块，电容C4的另一端接地，电阻R8的另一端分别连接电容C3的一端和运算放大器U18B的反相输入端，运算放大器U18B的同相输入端分别连接电阻R12、R13的一端，电阻R12的另一端接地，电阻R13的另一端分别连接电阻R14的一端和比较器U18C的同相输入端，运算放大器U18B的输出端分别连接电容C3的另一端和比较器U18C的反相输入端，比较器U18C的4管脚分别连接电阻R14的另一端和电源VDD，11管脚接地，输出端输出信号至所述控制模块；
所述温度传感器P4的2管脚分别连接电阻R26、R37的一端，1管脚接地，电阻R26的另一端分别连接电阻R20、R27的一端，电阻R20的另一端接电源VDD，电阻R27的另一端分别连接电阻R29、R32的一端，电阻R32的另一端接地，电阻R29的另一端连接电位器P3的一固定端，电位器P3的另一固定端接电阻R30的一端，电位器P3的滑动端连接运算放大器U17A的反相输入端，电阻R37的另一端分别连接电阻R36、R38和R42的一端，电阻R36的另一端接电源VDD，电阻R42的另一端接地，电阻R38的另一端接运算放大器U17A的同相输入端，运算放大器U17A的输出端分别连接电阻R34的一端和电阻R30的另一端，电阻R34的另一端分别连接电阻R35和电容C9的一端，电阻R34的另一端还连接所述控制模块，电容C9的另一端接地，电阻R35的另一端分别连接电容C8的一端和运算放大器U17B的反相输入端，运算放大器U17B的同相输入端分别连接电阻R39、R40的一端，电阻R39的另一端接地，电阻R40的另一端分别连接电阻R41的一端和比较器U17C的同相输入端，运算放大器U17B的输出端分别连接电容C8的另一端和比较器U17C的反相输入端，比较器U17C的4管脚分别连接电阻R41的另一端和电源VDD，11管脚接地，输出端输出信号至所述控制模块。
优选地，所述控制模块包括单片机U1，所述单片机U1的型号为STC89C516RD+。
优选地，所述施密特触发器U100C的5管脚连接单片机U1的10管脚；所述单片机U1的2、3管脚分别连接所述电阻R34、R7的另一端，所述比较器U18C和U17C的输出端分别连接单片机U1的8、9管脚。
优选地，所述开关阀控制模块包括总线接口P5，总线接口P5的1管脚连接所述二极管D3的负极，4～10管脚连接继电器电路，4管脚连接二极管D1的负极；所述光耦隔离电路连接单片机U1的32～37管脚。
优选地，所述通信模块包括RS485通信电路，所述RS485电路连接单片机U1的12管脚，所述通信模块还连接上位机系统。
本发明的有益效果是：本发明的电源模块的反向放电电路，减少了电源断电时的电感储能而产生的负向电压；限压充电电路，有效的进行缓存，减少对电源的冲击，二次滤波电路有效的降低输入电源的纹波干扰；共模扼流线圈CMI1，有效的减少输入信号的交流共模干扰；采用了稳压芯片U12和续流滤波电路，可提高稳压精度和转换效率。减少了系统的发热量；
温度采集模块使用桥式电路，能够测量到细微的温度变化，精确度高；差分放大电路既可以防止信号的共模干扰，又可以防止由于传感器短路出现的故障；采用单片机与积分电路连接，实现模拟量到数字量的转换，简化系统结构，节约设计成本，提高精确度；
频率电压转换电路增加了施密特整形电路，有效的对输入信号整形，提高了因输入信号毛刺带来的干扰；采用了可调电阻Rx1、R5a的电路设计，可实现不同频率的信号转换；采用F/V转换芯片U0与运算放大器U16BA相结合的方式实现了信号转换的稳定性；输出采用了带滤波器的跟随电路，即可滤除杂波，也可提高电路的驱动能力；
模拟量输出电路的放大电路引入二极管D1既可以防止反接，更能让信号达到10V，消除了二极管的导通压降；输出端加二极管D3，防止反向电动势，保护电路安全，延长使用寿命；电压电流转换电路引入负反馈电路，可有效的降低负载对电路的影响；本发明可实现0～10V和0～20MA同时输出，即可同时使用，也可独立使用，增加了应用范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明所述电源电路的电路图；
图3是本发明所述出水端温度采集电路的电路图；
图4是本发明所述出水端温度采集电路的电路图；
图5是本发明所述频率电压转换电路的电路图；
图6是本发明所述模拟量输出电路的电路图；
图7是本发明所述继电器电路的电路图；
图8是本发明所述光耦隔离电路的电路图；
图9是本发明所述控制模块的电路示意图；
图10是本发明所述通信电路的电路图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明的一种中央空调的温度采集电路，它包括电源模块、温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块，所述温度采集模块连接控制模块，所述控制模块还分别连接信号转换模块、开关阀控制模块和通信模块，所述信号转换模块还连接所述开关阀门控制模块，所述电源模块分别为所述温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块供电。
温度采集模块采集到现场的温度变换信号，输出给所述控制模块，控制模块根据采集的温度控制所述信号转换模块，所述信号转换模块输出模拟量至所述开关阀门控制模块，同时所述控制模块驱动所述开关阀控制模块，并接收开关阀控制模块的反馈信号，所述通信模块与上位机连接。
如图2所示，所述电源模块包括电源电路，所述电源电路包括分别产生24V驱动电源、5V数字电源和5V模拟电源的第一电源产生电路、第二电源产生电路和第三电源产生电路，所述电源电路依次经过第一电源产生电路、第二电源产生电路和第三电源产生电路分别产生24V、5V和5V电压。
所述电源产生电路包括二次保护电路，所述第二电源产生电路包括开关电源转换电路，所述第三电源产生电路包括滤波储能电路。
所述二次保护电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路和第二滤波电路通过温度变送器NTC1连接，所述第一滤波电路包括自恢复保险丝F1，所述自恢复保险丝F1的一端连接输入电压VIN，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极分别连接电阻R52和电容C16的一端和滤波电路CMI1的1管脚，电容C16的另一端接输入电压VSS，电阻R52的另一端连接二极管D5的负极，二极管D5的正极接输入电压VSS，所述滤波电路CMI1的4管脚接输入电压VSS，3管脚接地，2管脚分别连接电容C17、C18和温度变送器NTC1的一端，所述电容C17的另一端分别连接电容C25的一端和输入电压VSS，电容C25的另一端接地，电容C18的另一端接地；所述第二滤波电路包括滤波电容C19～C21，所述温度变送器NTC1的另一端分别连接电容C19～C21的一端和二极管D7的正极，电容C19～C21的另一端均接地，二极管D7的负极连接第二电源产生电路，二极管D7的负极输出24V驱动电源。
所述第二电源产生电路包括稳压芯片U12和电容C22，所述电容C22的一端分别连接所述二极管D7的负极和稳压芯片U12的1管脚，电容C22的另一端接地，稳压芯片U12的3、5管脚接地，2管脚分别连接电感L1的一端和二极管D9的负极，4管脚分别连接电感L1的另一端和电容C23的一端，电容C23的另一端连接二极管D9的正极，稳压芯片U12的4管脚还连接第三电源产生电路，并输出5V数字电源VCC。
所述第三电源产生电路包括电容C24和电感L2，所述电容C24的一端分别连接稳压芯片U12的4管脚和电感L2的一端，电容C24的另一端分别连接二极管D9的正极和地，电感L2的另一端输出5V模拟电压VDD。
共模扼流线圈CMI1为滤波电路，对输入电压进行滤波，经温度变送器NTC1后再滤波，产生稳定可靠的24V电源，稳压芯片U12产生PWM电流，U12导通时，电流进入电感L1，电流在电感里的变化有一个时间过程，在脉冲电流流过电感的作用下，有部分电能转换成磁能，电流逐渐增大到一定时候，稳压芯片U12内部的控制电路将电流关断，此时二极管D9接替电流给电感L1续流，续流的电流是从C23的负端出发，经二极管D9、电感L1后流入电容C23的正端，电容C23的电压变高，产生5V数字电源，再经电容C24和电感L2滤波储能，产生5V模拟电源。
其中电阻R52和二极管D5构成反向放电电路，减少了电源断电时的电感储能而产生的负向电压；温度变送器NTC1的限压充电电路，有效的进行缓存，减少对电源的冲击，二次滤波电路有效的降低输入电源的纹波干扰；共模扼流线圈CMI1，有效的减少输入信号的交流共模干扰；采用了稳压芯片U12和续流滤波电路，可提高稳压精度和转换效率。减少了系统的发热量。
如图3、4所示，所述温度采集模块包括温度采集电路，所述温度采集电路依次连接的桥式电路和积分A/D转换电路。温度采集电路为双通道温度采集电路，所述双通道温度采集电路包括出水端温度采集电路和回水端温度采集电路，所述出水端温度采集电路包括依次连接的第一桥式电路和第一积分A/D转换电路，所述回水端温度采集电路包括依次连接的第二桥式电路和第二积分A/D转换电路，所述温度信号经温度采集模块输入到所述控制模块。
所述第一桥式电路包括温度传感器P2和电阻R2、R3、R6，所述第一积分A/D转换电路包括运算放大器U18B,所述出水端温度采集电路还包括第一差分放大电路和比较器U18C，所述第一差分放大电路包括运算放大器U18A和电阻R9、R10、R11、R16；所述第二桥式电路包括温度传感器P4和电阻R26、R27、电阻R32，所述第二积分A/D转换电路包括运算放大器U17B,所述回水端温度采集电路还包括第二差分放大电路和比较器U17C，所述第二差分放大电路包括运算放大器U17A和电阻R36、R37、R38、R42。
所述出水端温度采集电路中，所述温度传感器P2的2管脚分别连接电阻R2、R10的一端，1管脚接地，电阻R2的另一端分别连接电阻R1、R3的一端，电阻R1的另一端接电源VDD，电阻R3的另一端分别连接电阻R4、R6的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R4的另一端连接电位器P1的一固定端，电位器P1的另一固定端接电阻R5的一端，电位器P1的滑动端连接运算放大器U18A的反相输入端，电阻R10的另一端分别连接电阻R9、R11和R16的一端，电阻R9的另一端接电源VDD，电阻R16的另一端接地，电阻R11的另一端接运算放大器U18A的同相输入端，运算放大器U18A的输出端分别连接电阻R7的一端和电阻R5的另一端，电阻R7的另一端分别连接电阻R8和电容C4的一端，电阻R7的另一端还连接所述控制模块，电容C4的另一端接地，电阻R8的另一端分别连接电容C3的一端和运算放大器U18B的反相输入端，运算放大器U18B的同相输入端分别连接电阻R12、R13的一端，电阻R12的另一端接地，电阻R13的另一端分别连接电阻R14的一端和比较器U18C的同相输入端，运算放大器U18B的输出端分别连接电容C3的另一端和比较器U18C的反相输入端，比较器U18C的4管脚分别连接电阻R14的另一端和电源VDD，11管脚接地，输出端输出信号至所述控制模块。
所述出水端温度采集电路中，所述温度传感器P4的2管脚分别连接电阻R26、R37的一端，1管脚接地，电阻R26的另一端分别连接电阻R20、R27的一端，电阻R20的另一端接电源VDD，电阻R27的另一端分别连接电阻R29、R32的一端，电阻R32的另一端接地，电阻R29的另一端连接电位器P3的一固定端，电位器P3的另一固定端接电阻R30的一端，电位器P3的滑动端连接运算放大器U17A的反相输入端，电阻R37的另一端分别连接电阻R36、R38和R42的一端，电阻R36的另一端接电源VDD，电阻R42的另一端接地，电阻R38的另一端接运算放大器U17A的同相输入端，运算放大器U17A的输出端分别连接电阻R34的一端和电阻R30的另一端，电阻R34的另一端分别连接电阻R35和电容C9的一端，电阻R34的另一端还连接所述控制模块，电容C9的另一端接地，电阻R35的另一端分别连接电容C8的一端和运算放大器U17B的反相输入端，运算放大器U17B的同相输入端分别连接电阻R39、R40的一端，电阻R39的另一端接地，电阻R40的另一端分别连接电阻R41的一端和比较器U17C的同相输入端，运算放大器U17B的输出端分别连接电容C8的另一端和比较器U17C的反相输入端，比较器U17C的4管脚分别连接电阻R41的另一端和电源VDD，11管脚接地，输出端输出信号至所述控制模块。
其中，使用桥式电路(第一桥式电路和第二桥式电路)测量温度变化，可测量到细微的温度变化，且测量范围可调节；差分放大电路(第一差分放大电路和第二差分放大电路)既可以防止信号的共模干扰，也可防止传感器的断线出现的故障。
所述温度采集电路的工作原理(以出水端温度采集电路为例)：温度传感器P2的输入电压经第一桥式电路和第一差分放大电路，所述第一差分放大电路的放大倍数可通过电位器P1调节，放大倍数为2～3倍，可根据现场信号调节也可作为校准使用。当P17输出高电平1时，运算放大器U18B满足V->V+，输出为低电平0；经过一段时间t1后，置P17为高阻态，接入运算放大器U18A的输出信号(其值介于5V～0V之间)，电容C3开始放电，运算放大器U18B输出端电平抬高；经过t2后，置P17为低电平0，此时C3以斜率T2放电(T2>T1，T1为电容C3的固有放电斜率)；再经过t3时刻，当运算放大器U18B的输出端电平上升至4/7VDD(比较器U18C的电平)时，比较器U18C的输出端产生下跳变，即TCAP中断。这就实现了电压转频率(V/F)的变换。其中t3的值与输入电压成正比，通过测量脉宽时间可以得到所测量的温度信号。
所述信号转换模块包括频率电压转换电路和模拟量输出电路，如图5所示，所述频率电压转换电路包括整形电路、F/V转换芯片U0、放大电路和跟随滤波电路，频率信号由所述控制模块输出，依次经过所述整形电路、F/V转换芯片U0、放大电路和跟随滤波电路，输出至所述模拟量输出电路。所述整形电路包括施密特触发器U100C，所述放大电路包括运算放大器U16A，所述跟随滤波电路包括运算放大器U16B。
所述施密特触发器U0的5管脚连接所述控制模块，6管脚连接电阻R100的一端，电阻R100的另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接电阻R2a的一端和F/V转换芯片U0的6管脚，电阻R2a的另一端分别连接电阻R1a、Rt1的一端和电源VDD，，电阻R1a的另一端分别连接电阻Rx1的一端和F/V转换芯片U0的7管脚，F/V转换芯片U0的8管脚接电源VDD，2管脚通过串联电阻R4a、R5x接地，5管脚分别连接电阻Rt1的另一端和电容C2的一端，6管脚连接电阻R101的一端，电容C2的另一端接地，电阻R101的另一端分别连接电容C5、电容C1、电阻R3a的一端和运算放大器U16A的反相输入端，电容C5的另一端接地，运算放大器U16A的同相输入端接地，电阻R3a的另一端连接电阻Rf1的一端，电阻Rf1的另一端分别连接电容C1的另一端和运算放大器U16A的输出端，运算放大器U16A的输出端还连接运算放大器U16B的同相输入端，运算放大器U16B的反相输入端分别连接电容C100和电阻R102的一端，运算放大器U16B的输出端分别连接电容C100和电阻R102的另一端和电容C105、电阻R103的一端，电容C105的另一端接地，电容R103的另一端接所述模拟量输出电路。
所述频率信号转换电路的工作原理：单片机U0的输出端通过施密特触发器U100C对信号进行整形，通过信号滤波电阻R1a、R2a、Rx1，耦合电容C4对信号进行电容隔离。其中F/V转换芯片U0的1管脚接运算放大器U16A构成滤波电路。输入脉冲频率fi经过电容C4接到F/V转换芯片U0内部的电压比较器阈值端上，脉冲的下降沿使输入比较器触发定时电路，F/V转换芯片U0的1管脚流出的平均电流经运算放大器U16A后实现双极点滤波，得到与输入频率成正比的直流电压，通过由R16B构成的跟随滤波器实现消除信号的干扰的杂波。
其中施密特整形电路，有效的对输入信号整形，提高了因输入信号毛刺带来的干扰；采用了可调电阻Rx1、R5a的电路设计，可实现不同频率的信号转换；采用F/V转换芯片U0与运算放大器U16BA相结合的方式实现了信号转换的稳定性；输出采用了带滤波器的跟随电路，即可滤除杂波，也可提高电路的驱动能力。
如图6所示，所述模拟信号输出电路包括放大电路和电压电流转换电路，电压信号由所述频率电压转换电路输出，依次经过放大电路和电压电流转换电路，输出至所述开关阀门控制模块。
所述模拟量输出电路还包括电阻R24，电阻R24的一端连接所述频率电压转换电路，电阻R24的另一端连接运算放大器M1B的同相输入端，运算放大器M1B的反相输入端分别连接电阻R21、R17的一端，电阻R21的另一端接地，电阻R17的另一端连接电阻R18的一端,电阻R18的另一端分别连接二极管D1、D2的负极和电阻R23的一端，二极管D2的正极连接运算放大器M1B的输出端，二极管D1的正极接地，电阻R23的另一端分别连接电阻R25、R28的一端，电阻R28的另一端接地，电阻R25的另一端分别连接电阻R33的一端和运算放大器M1A的同相输入端，运算放大器M1A的反相输入端分别连接电阻R22、R15的一端，电阻R22的另一端接地，电阻R15的另一端分别连接电阻R19的一端和三极管Q1的发射极，运算放大器M1A的输出端分别连接电阻R19的另一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接24V电压，三极管Q1的发射极还连接电阻R31的一端，电阻R31的另一端分别连接电阻R33的另一端和二极管D3的正极，二极管D3的负极连接二极管D4的负极，二极管D4的正极接地，二极管D3的负极输出信号至所述开关阀门控制模块。
所述频率电压转换电路输出的直流电压DA1经同相比例运算放大到0～10V，其中比例系数为1+(R17+R18)/R21，开关二极管D1具有防反接保护作用。二极管D2防止控制设备带来的反向电压对电路侧冲击。电压电流转换电路由运算放大器M1A对三极管Q1提供电流驱动输入，并通过电阻R15实现反馈，提高了带载能力。二极管D3为输出保护二极管，防止电流倒灌。二极管D4是放电二极管。输出信号输送至开关阀门控制模块，实现对阀门的模拟量控制。
模拟量输出电路的放大电路引入二极管D1既可以防止反接，更能让信号达到10V，消除了二极管的导通压降；输出端加二极管D3，防止反向电动势，保护电路安全，延长使用寿命；电压电流转换电路引入负反馈电阻R15，可有效的降低负载对电路的影响；本发明可实现0～10V和0～20MA同时输出，即可同时使用，也可独立使用，增加了应用范围。
如图7所示，所述继电器电路连接所述驱动电路，所述驱动电路包括驱动芯片U7，型号为ULN2003L，所述继电器电路包括继电器K1～K6，所述继电器K1～K6分别连接驱动芯片U7的16、15、14、12、11、10管脚。驱动芯片U7的IN1～IN7端口外接控制模块的A端口，当接收到控制模块的指令后，ULN2003L的输出端口驱动继电器进行相应动作，再通过继电器电路控制现场阀门的开关量，实现了流量的自动调节。
如图8所示，所述光耦隔离电路包括双向光耦U3、U4、U6、U8、U9和U11，如图9所示，所述控制模块包括单片机U1，型号为STC89C516RD+，其AD端口(AD0～AD7)外接光耦隔离电路；端口A(A0～A7)外接驱动电路控制现场阀门；P10、P12、P14管脚外接时钟芯片U2，U2的型号为SD2000API。单片机U1的P32、P33管脚外接温度采集模块，采集处理出水温度和回水温度之间的差值；P36管脚外接RS485通信电路的使能端，将数据上传控制中心；RST管脚为复位引脚，外接复位芯片U10，来实现其复位功能，其中复位芯片U10的型号为MAX813；XTAL1、XTAL2管脚外接振荡电路为CPU提供时钟振荡频率，所述施密特触发器U100C的5管脚连接单片机U1的10管脚；所述单片机U1的2、3管脚分别连接所述电阻R34、R7的另一端，所述比较器U18C和U17C的输出端分别连接单片机U1的8、9管脚。所述开关阀控制模块包括总线接口P5，总线接口P5的1管脚连接所述二极管D3的负极，4～10管脚连接继电器电路，4管脚连接二极管D1的负极；所述光耦隔离电路连接单片机U1的32～37管脚。所述光耦隔离电路主要作用为使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，防止产生干扰。所述光耦隔离电路的一端接现场阀门，一端接单片机U1的AD端口。当现场阀门接收控制指令开关到指定大小后，光耦隔离电路便将现场阀门的状态信号反映给所述单片机U1。
如图10所示，所述通信模块包括RS485通信电路，所述RS485电路连接单片机U1的12管脚，所述通信模块还连接上位机系统。RS485电路连接控制模块与控制中心，实现两者间的双向传输。RS485电路是将信号转成了差分进行传输，其中RS485通信芯片的2、3脚为通信的使能端，低电平收数据，高电平发数据，外接单片机的P36引脚；1、4脚接单片机的RXD、TXD引脚；F2、F3，D8、D10起保护作用，R53、R54分别为上拉电阻和下拉电阻。
本发明所述分区控制器应用与中央空调系统，供热系统的支路分区控制系统，控制器首先采集系统控制区域的出水管道、回水管道的温度。并根据采集的温度值经控制模块，得到阀门控制参数，通过控制PWM输出经频率电压转换后转换成模拟量信号，经放大电路转出成标准的0～10V信号进行输出。再次通过电压电流转换电路，变换成0～20MA控制现场的调节阀门。同时控制驱动电路打开继电器，控制开关阀门，开关阀门开到位、或关到位后信号反馈到控制模块，控制模块带有通信接口，可通过通信总线与中央空调主控制器通信。接受发送指令和设置数据。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：包括电源模块、温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块，所述温度采集模块连接控制模块，所述控制模块还分别连接信号转换模块、开关阀控制模块和通信模块，所述信号转换模块还连接所述开关阀门控制模块，所述电源模块分别为所述温度采集模块、控制模块、信号转换模块、开关阀门控制模块和通信模块供电；
所述电源模块包括电源电路，所述电源电路包括分别产生24V驱动电源、5V数字电源和5V模拟电源的第一电源产生电路、第二电源产生电路和第三电源产生电路，所述电源电路依次经过第一电源产生电路、第二电源产生电路和第三电源产生电路分别产生24V、5V和5V电压；
所述温度采集模块包括温度采集电路，所述温度采集电路包括出水端温度采集电路和回水端温度采集电路，所述出水端温度采集电路包括依次连接的第一桥式电路和第一积分A/D转换电路，所述回水端温度采集电路包括依次连接的第二桥式电路和第二积分A/D转换电路，所述温度信号经温度采集电路输入到所述控制模块；
所述信号转换模块包括频率电压转换电路和模拟量输出电路，所述频率电压转换电路包括整形电路、F/V转换芯片U0、放大电路和跟随滤波电路，频率信号由所述控制模块输出，依次经过所述整形电路、F/V转换芯片U0、放大电路和跟随滤波电路，输出至所述模拟量输出电路；所述模拟信号输出电路包括放大电路和电压电流转换电路，电压信号由所述频率电压转换电路输出，依次经过放大电路和电压电流转换电路，输出至所述开关阀门控制模块；
所述开关阀控制模块包括驱动电路、继电器电路和光耦隔离电路，所述驱动电路连接所述控制电路和继电器电路，所述继电器电路连接现场阀门，所述光耦隔离电路分别连接现场阀门和所述控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述第一电源产生电路包括二次保护电路，所述第二电源产生电路包括开关电源转换电路，所述第三电源产生电路包括滤波储能电路。
3.根据权利要求2所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述二次保护电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路和第二滤波电路通过温度变送器NTC1连接，所述第一滤波电路包括自恢复保险丝F1，所述自恢复保险丝F1的一端连接输入电压VIN，另一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极分别连接电阻R52和电容C16的一端和滤波电路CMI1的1管脚，电容C16的另一端接输入电压VSS，电阻R52的另一端连接二极管D5的负极，二极管D5的正极接输入电压VSS，所述滤波电路CMI1的4管脚接输入电压VSS，3管脚接地，2管脚分别连接电容C17、C18和温度变送器NTC1的一端，所述电容C17的另一端分别连接电容C25的一端和输入电压VSS，电容C25的另一端接地，电容C18的另一端接地；所述第二滤波电路包括滤波电容C19～C21，所述温度变送器NTC1的另一端分别连接电容C19～C21的一端和二极管D7的正极，电容C19～C21的另一端均接地，二极管D7的负极连接第二电源产生电路，二极管D7的负极输出24V驱动电源；
所述开关电源转换包括稳压芯片U12和电容C22，所述电容C22的一端分别连接所述二极管D7的负极和稳压芯片U12的1管脚，电容C22的另一端接地，稳压芯片U12的3、5管脚接地，2管脚分别连接电感L1的一端和二极管D9的负极，4管脚分别连接电感L1的另一端和电容C23的一端，电容C23的另一端连接二极管D9的正极，稳压芯片U12的4管脚还连接第三电源产生电路，并输出5V数字电源VCC；
所述滤波储能电路包括电容C24和电感L2，所述电容C24的一端分别连接稳压芯片U12的4管脚和电感L2的一端，电容C24的另一端分别连接二极管D9的正极和地，电感L2的另一端输出5V模拟电压VDD。
4.根据权利要求1所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述整形电路包括施密特触发器U100C，所述放大电路包括运算放大器U16A，所述跟随滤波电路包括运算放大器U16B；所述施密特触发器U0的5管脚连接所述控制模块，6管脚连接电阻R100的一端，电阻R100的另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接电阻R2a的一端和F/V转换芯片U0的6管脚，电阻R2a的另一端分别连接电阻R1a、Rt1的一端和电源VDD，，电阻R1a的另一端分别连接电阻Rx1的一端和F/V转换芯片U0的7管脚，F/V转换芯片U0的8管脚接电源VDD，2管脚通过串联电阻R4a、R5x接地，5管脚分别连接电阻Rt1的另一端和电容C2的一端，6管脚连接电阻R101的一端，电容C2的另一端接地，电阻R101的另一端分别连接电容C5、电容C1、电阻R3a的一端和运算放大器U16A的反相输入端，电容C5的另一端接地，运算放大器U16A的同相输入端接地，电阻R3a的另一端连接电阻Rf1的一端，电阻Rf1的另一端分别连接电容C1的另一端和运算放大器U16A的输出端，运算放大器U16A的输出端还连接运算放大器U16B的同相输入端，运算放大器U16B的反相输入端分别连接电容C100和电阻R102的一端，运算放大器U16B的输出端分别连接电容C100和电阻R102的另一端和电容C105、电阻R103的一端，电容C105的另一端接地，电容R103的另一端接所述模拟量输出电路；
所述放大电路包括运算放大器M1B，所述电压电流转换电路包括运算放大器M1A和三极管Q1；所述模拟量输出电路还包括电阻R24，电阻R24的一端连接所述频率电压转换电路，电阻R24的另一端连接运算放大器M1B的同相输入端，运算放大器M1B的反相输入端分别连接电阻R21、R17的一端，电阻R21的另一端接地，电阻R17的另一端连接电阻R18的一端,电阻R18的另一端分别连接二极管D1、D2的负极和电阻R23的一端，二极管D2的正极连接运算放大器M1B的输出端，二极管D1的正极接地，电阻R23的另一端分别连接电阻R25、R28的一端，电阻R28的另一端接地，电阻R25的另一端分别连接电阻R33的一端和运算放大器M1A的同相输入端，运算放大器M1A的反相输入端分别连接电阻R22、R15的一端，电阻R22的另一端接地，电阻R15的另一端分别连接电阻R19的一端和三极管Q1的发射极，运算放大器M1A的输出端分别连接电阻R19的另一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接24V电压，三极管Q1的发射极还连接电阻R31的一端，电阻R31的另一端分别连接电阻R33的另一端和二极管D3的正极，二极管D3的负极连接二极管D4的负极，二极管D4的正极接地，二极管D3的负极输出信号至所述开关阀门控制模块。
5.根据权利要求1所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述第一桥式电路包括温度传感器P2和电阻R2、R3、R6，所述第一积分A/D转换电路包括运算放大器U18B,所述出水端温度采集电路还包括第一差分放大电路和比较器U18C，所述第一差分放大电路包括运算放大器U18A和电阻R9、R10、R10、R16；
所述第二桥式电路包括温度传感器P4和电阻R26、R27、电阻R32，所述第二积分A/D转换电路包括运算放大器U17B,所述回水端温度采集电路还包括第二差分放大电路和比较器U17C，所述第二差分放大电路包括运算放大器U17A和电阻R36、R37、R38、R42。
6.根据权利要求5所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述温度传感器P2的2管脚分别连接电阻R2、R10的一端，1管脚接地，电阻R2的另一端分别连接电阻R1、R3的一端，电阻R1的另一端接电源VDD，电阻R3的另一端分别连接电阻R4、R6的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R4的另一端连接电位器P1的一固定端，电位器P1的另一固定端接电阻R5的一端，电位器P1的滑动端连接运算放大器U18A的反相输入端，电阻R10的另一端分别连接电阻R9、R11和R16的一端，电阻R9的另一端接电源VDD，电阻R16的另一端接地，电阻R11的另一端接运算放大器U18A的同相输入端，运算放大器U18A的输出端分别连接电阻R7的一端和电阻R5的另一端，电阻R7的另一端分别连接电阻R8和电容C4的一端，电阻R7的另一端还连接所述控制模块，电容C4的另一端接地，电阻R8的另一端分别连接电容C3的一端和运算放大器U18B的反相输入端，运算放大器U18B的同相输入端分别连接电阻R12、R13的一端，电阻R12的另一端接地，电阻R13的另一端分别连接电阻R14的一端和比较器U18C的同相输入端，运算放大器U18B的输出端分别连接电容C3的另一端和比较器U18C的反相输入端，比较器U18C的4管脚分别连接电阻R14的另一端和电源VDD，11管脚接地，输出端输出信号至所述控制模块；
所述温度传感器P4的2管脚分别连接电阻R26、R37的一端，1管脚接地，电阻R26的另一端分别连接电阻R20、R27的一端，电阻R20的另一端接电源VDD，电阻R27的另一端分别连接电阻R29、R32的一端，电阻R32的另一端接地，电阻R29的另一端连接电位器P3的一固定端，电位器P3的另一固定端接电阻R30的一端，电位器P3的滑动端连接运算放大器U17A的反相输入端，电阻R37的另一端分别连接电阻R36、R38和R42的一端，电阻R36的另一端接电源VDD，电阻R42的另一端接地，电阻R38的另一端接运算放大器U17A的同相输入端，运算放大器U17A的输出端分别连接电阻R34的一端和电阻R30的另一端，电阻R34的另一端分别连接电阻R35和电容C9的一端，电阻R34的另一端还连接所述控制模块，电容C9的另一端接地，电阻R35的另一端分别连接电容C8的一端和运算放大器U17B的反相输入端，运算放大器U17B的同相输入端分别连接电阻R39、R40的一端，电阻R39的另一端接地，电阻R40的另一端分别连接电阻R41的一端和比较器U17C的同相输入端，运算放大器U17B的输出端分别连接电容C8的另一端和比较器U17C的反相输入端，比较器U17C的4管脚分别连接电阻R41的另一端和电源VDD，11管脚接地，输出端输出信号至所述控制模块。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述控制模块包括单片机U1，所述单片机U1的型号为STC89C516RD+。
8.根据权利要求7所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述施密特触发器U100C的5管脚连接单片机U1的10管脚；所述单片机U1的2、3管脚分别连接所述电阻R34、R7的另一端，所述比较器U18C和U17C的输出端分别连接单片机U1的8、9管脚。
9.根据权利要求8所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述开关阀控制模块包括总线接口P5，总线接口P5的1管脚连接所述二极管D3的负极，4～10管脚连接继电器电路，4管脚连接二极管D1的负极；所述光耦隔离电路连接单片机U1的32～37管脚。
10.根据权利要求9所述的一种中央空调的温度分区控制器，其特征是：所述通信模块包括RS485通信电路，所述RS485电路连接单片机U1的12管脚，所述通信模块还连接上位机系统。
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|---|---|---|---|---|
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