CN201740163U - 一种内外机通信控制方式的定频空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内外机通信控制方式的定频空调器，在室内机侧设有室内端子板和室内主控板，室内主控板上设有室内微处理器和通信电路，该室内端子板用于连接供电电源线、内外机电源互联线和通信电路，在室外机侧设有室外端子板和室外主控板，内外机电源互联线接至室外端子板，室外主控板上设有室外微处理、通信电路、若干继电器，压缩机、室外风机和四通阀受室外主控板控制，室外冷凝器盘管温度传感器接至室外端子板，所述内外机电源互联线为四芯电源互联线。本实用新型仅用四芯互联即可实现热泵机型空调器室内室外联机并正常工作；此控制方式不仅能减少内外机互联线的根数，而且由于内外机互联线芯数少，可以充分利用已预埋供电电源线或暗埋管道。

Description

一种内外机通信控制方式的定频空调器

技术领域

本实用新型涉及定频机型空调器控制技术领域，具体说是一种内外机通信控制方式的定频空调器。

背景技术

传统定频空调器室外侧空调器(简称外机或室外机)被控制对象均由室内侧空调器(简称内机或室内机)完成逻辑控制，内机装有主要完成对空调部件的逻辑控制的控制器，该控制器电路主要包含单片机、复位电路、遥控接收电路、温度采集电路、内机被控对象及外机被控对象驱动控制电路等；所述内机被控对象是指室内风机、步进电机、显示灯板等，所述外机被控对象是指压缩机、四通阀、室外风机等。外机被控对象均由内机完成控制，然后通过互联线连接到相应的被控对象，室外冷凝器温度传感器也由互联线连接至内机交由内机控制器完成对温度的采集。此种控制方法造成内外机联机的互联线多达8芯。

如图1所示，传统定频空调器，在室内机侧，设有室内端子板42和室内主控板，室内主控板上设有室内微处理器50、若干继电器等，该室内端子板42用于连接供电电源线41、内外机电源互联线43和继电器间的互联线。在室外机侧，设有室外端子板45、压缩机46、室外风机47和四通阀48，内外机电源互联线43接至室外端子板45，压缩机46、室外风机47和四通阀48的互联线亦接至室外端子板45，室外冷凝器盘管温度传感器49通过室外传感器信号线44接至室内主控板。

传统定频空调器，通过供电电源线41、室内端子板42、内外机电源互联线43、室外传感器信号线44、室外端子板45完成室内外联机，给空调上电，空调上电后，用户选择空调的运行模式，室内微处理器50发出指令，通过内外机电源互联线43、室外传感器信号线44、室外冷凝器盘管温度传感器49完成对室外机侧的压缩机46、室外风机47和四通阀48的控制，但内外机电源互联线43、室外传感器信号线44加起来共有8芯互联线，这样才能完成整个空调运行的控制，长时间使用互联线老化，互联线过多，亦增加危险系数。

目前部分住房在建设时已将供电电源线埋在墙体内或预留暗线管道，但由于空调内外机联机时互联线过多导致已埋在墙体内的供电电源线芯数少不够使用或互联线过多而不能穿过暗线管道，致使前期住房建设时的预埋的供电电源线和暗线管道不能有效利用。

综合上述，定频空调器的外机控制方式可以进一步改进设计。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种内外机通信控制方式的定频空调器，仅用四芯互联即可实现热泵机型空调器室内室外联机并正常工作；此控制方式不仅能减少内外机互联线的根数，而且由于内外机互联线芯数少，可以充分利用已预埋供电电源线或暗埋管道。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：

在室内机侧，设有室内端子板2和室内主控板，室内主控板上设有室内微处理器10和室内机通信电路，室内机通信电路的信号线连接到室内端子板2，供电电源线1和内外机电源互联线3连接到室内端子板2，所述内外机电源互联线3为四芯电源互联线，

在室外机侧，设有室外端子板4和室外主控板，室外主控板上设有室外微处理5、室外机通信电路和若干继电器，

内外机电源互联线3接至室外端子板4，

室外冷凝器盘管温度传感器6接至室外主控板，

压缩机7、室外风机8和四通阀9分别通过继电器受室外主控板控制，且压缩机7、室外风机8、四通阀9和室外主控板的电源线均引自室外端子板4，

室外机通信电路的信号线连接到室外端子板4。

在上述技术方案的基础上，所述四芯电源互联线一芯为用于接地的接地线，一芯为用于对外机供电的火线，一芯为用于对外机供电并和通信电路中信号线构成通信回路的零线，一芯为用于完成室内、室外机数据的交换的信号线。

在上述技术方案的基础上，所述室内微处理器10和室外微处理5为瑞萨M37546芯片，或所述室内微处理器10和室外微处理5为瑞萨M38503芯片，或所述室内微处理器10和室外微处理5为东芝TMP86FH46ANG芯片。

在上述技术方案的基础上，室内机通信电路和室外机通信电路的火线均取自室内机侧的室内端子板2，零线在室内外分别进行电气连接，且室内外分别连接的零线要求取自同一电位点。

在上述技术方案的基础上，所述室内机通信电路采用两个型号为TLP521的第一光耦合器01、第二光耦合器02作为通信电路的核心元器件，组成接收和发送的两个通道；

电源输入端经过起分压作用的电阻R150、R151、R152后，使稳压管D16两端的电压为30V左右，保护第一光耦合器01和第二光耦合器02，

通过电容CRV6、CRV7滤除电路中的杂波保证通信信号的稳定，

通过高压快速恢复二极管D14、D15保证通信信号的快速转换，

第一光耦合器01的A、K管脚间设有起限制电压保护前端光耦作用的电阻R147，

热敏电阻PTC1和电阻R149串联后在电路中起限流保护作用，接至高压快速恢复二极管D14的负极，高压快速恢复二极管D14的正极连接第一光耦合器01的K管脚。

在上述技术方案的基础上，所述室外机通信电路采用两个型号为TLP521的第三光耦合器03、第四光耦合器04作为通信电路的核心元器件，组成接收和发送的两个通道；

热敏电阻PTC和电阻R11串联后在电路中起限流保护作用，接至高压快速恢复二极管D6的正极，高压快速恢复二极管D6的负极连接第三光耦合器03的C管脚，

通过电容C8、C9、C10、C11滤除电路中的杂波保证通信信号的稳定，

通过高压快速恢复二极管D6保证通信信号的快速转换，

稳压管ZD使电压保持在30V左右，

第四光耦合器04的A、K管脚间设有起保持后端光耦两管脚电压稳定作用的电阻R10。

在上述技术方案的基础上，室外主控板设有型号为M37546的室外微处理器IC1，室外微处理器IC1通过驱动电路控制室外风机继电器RY1、压缩机继电器RY2、四通阀继电器RY3。

在上述技术方案的基础上，所述驱动电路包括型号为ULN2003的驱动芯片IC3。

本实用新型所述的内外机通信控制方式的定频空调器，仅用四芯互联即可实现热泵机型空调器室内室外联机并正常工作；此控制方式不仅能减少内外机互联线的根数，而且由于内外机互联线芯数少，可以充分利用已预埋供电电源线或暗埋管道。与传统定频空调器控制方式相比，本实用新型的优点在于：通过新开发程序及内外机控制器，实现室内、室外联机工作仅用四芯的电源互联线即可完成，减少了电源互联线芯数，解决了住房建设时的预埋的供电电源线芯数少或不足，导致不能有效利用；以及暗线管道因不能穿过过多芯数电源互联线而使暗线管道不能有效利用问题，方便了安装。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1传统空调器室内外联机时电源互联线8芯线接线示意图，

图2本实用新型接线示意图，

图3室内机通信电路的电路原理图，

图4室外机通信电路的电路原理图，

图5室外机主控板的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型公开了一种采用新型控制方式的定频空调器，通过制定内外机通信协议，内外机联机按照通信协议内容由内机向外机发通信码，外机控制器完成对外机各被控单元的控制，改进定频空调器新型控制方式的技术。

本实用新型所述的内外机通信控制方式的定频空调器，如图2所示，

在室内机侧，设有室内端子板2和室内主控板，室内主控板上设有室内微处理器10和室内机通信电路，室内机通信电路的信号线连接到室内端子板2，供电电源线1和内外机电源互联线3连接到室内端子板2，所述内外机电源互联线3为四芯电源互联线，室内主控板的零线和火线引自室内端子板2，

在室外机侧，设有室外端子板4和室外主控板，室外主控板上设有室外微处理5、室外机通信电路和若干继电器，

内外机电源互联线3接至室外端子板4，

室外冷凝器盘管温度传感器6接至室外主控板，

压缩机7、室外风机8和四通阀9分别通过继电器受室外主控板控制，且压缩机7、室外风机8、四通阀9和室外主控板的电源线均引自室外端子板4，具体说是：室外主控板的零线和火线引自室外端子板4，压缩机7、室外风机8和四通阀9的零线引自室外端子板4，压缩机7、室外风机8和四通阀9的火线引自室外主控板上的继电器，

室外机通信电路的信号线连接到室外端子板4。

本实用新型给出了新型的控制方式：在室外机部分亦安装一室外控制器，内、外机通过通信传输来完成数据交换，从而完成外机被控单元的逻辑控制技术。本实用新型通过供电电源线1、室内端子板2、内外机电源互联线3、室外端子板4完成室内外联机。供电电源线1接电源给空调供电，空调上电后，用户选择空调的运行模式，室内微处理器10芯片微处理器发出指令，通过室内机通信电路、内外机电源互联线3及室外机通信电路完成对室内、外机的数据交换，室外微处理5发出状态指令，从而完成对压缩机7、室外风机8和四通阀9的控制，所述内外机电源互联线3仅为四芯电源互联线，就能完成整个空调运行的控制。

本实用新型采用的控制方式仅用四芯的内外机电源互联线3即可完成定频空调器的外机部分(压缩机、四通阀、室外风机)的控制以及室外冷凝器盘管温度的数据采集，室外机能正确有效执行各被控对象的状态。本实用新型采用的控制方式仅使用了四芯电源互联线就完成空调内外机的联机，比起使用6～8芯电源互联线控制方案，能使空调的安装变得极为方便。

所述四芯电源互联线每芯线的作用为：

一芯为接地线：用于接地；

一芯为火线：对外机供电；

一芯为零线：对外机供电，并和通信电路中信号线构成通信回路；

一芯为信号线：完成室内、室外机数据的交换。

本实用新型在室外机侧增加有通信功能的室外主控板，室外机的被控对象(压缩机、四通阀、外风机等)由室外主控板完成控制，将传统设计在室内侧的室内主控板上控制压缩机、四通阀、外风机的继电器移除，在室内主控板上增加室内机通信电路，通过异步通信方式完成对空调运行控制。本实用新型所述内外机通信控制方式的定频空调器，可采用交流N作为回路异步通信方式的技术方案：

1、规定室内、室外机通信协议，通信协议可分为以下三层：

(1)、物理层；

(2)、协议层；

(3)、应用层。

在本方案的设计中，室内、外通信电路采用使用交流N作为回路的异步通信方式。

2、室内、室外机控制器增加通信电路：

通信电路的设计主要元器件为光耦、稳压二极管、二极管、PTC热敏电阻、碳膜电阻及金属膜电阻、电容器等构成，从而实现内机、外机的数据传输交换，达到有效逻辑控制功能。可采用现有技术实现。

3、定频空调器的外机单元中的压缩机、四通阀、外风机的控制以及室外冷凝器盘管的温度数据采集均由室外主控板来完成。

一、内外机通信控制方式概况：

在本方案的设计中，室内机及室外机均有控制器，室内机控制器包括设有室内微处理器10和室内机通信电路的室内主控板，室外机控制器包括设有室外微处理5、室外机通信电路和若干继电器的室外主控板。内机控制器完成内机被控单元的控制，外机控制器完成外机被控单元的控制；室内、外机之间有通信传输。

本实用新型采用的控制方式是：室内、外通信电路采用使用交流N作为回路的异步通信方式。数据在物理层的传输为半双工异步通信方式，室内机为主机，室外机为从机。传输数据：1个起始位，8个数据位，1个停止位，没有校验位。

其通信过程为：

a.室内机每隔一段时间向室外机发送数据，并转入接收状态。

b.室外机收到正确的室内机数据一段时间后，向室内机发送数据，室外机收到错误的室内机数据则不向室内机发送数据。

c.通讯过程中若室内机连续一段时间收不到室外机正确数据，则认为通讯故障。

二、空调器工作方式：

1、空调器开机后，图2中所示的零线和信号线构成室内外的控制器的通信回路；室内机向室外机发送通信码，室外机接到内机的指令后，外机控制器执行相应指令，控制外机各被控单元的开停状态；

2、室外机收到内机发来的指令后，回发室外机的数据状态；

3、通过通信协议，室内、外机完成数据交换，空调正常工作。

三、电路的设计

(一)室内外通信电路设计

室内微处理器10和室外微处理5均可使用瑞萨公司的瑞萨M37546(亦即OC314)芯片，本设计使用M37546的第31、32管脚，完成此室内、外通信电路设计。此通信电路模块化设计亦可应用到其他芯片设计的电路中，例如：还可以使用瑞萨M38503(亦即OC404)芯片的第11、12管脚，或使用东芝TMP86FH46ANG芯片的第28、29管脚。

以下为室内及室外的通信电路工作原理简述：

通信电路分为室内机通信电路和室外机通信电路两个部分，作为本定频空调器新型通信控制方式的核心，室内、外通信电路采用使用交流N作为回路的异步通信方式，参见图2、3、4的示意图。

室内机通信电路和室外机通讯电路的火线均取自室内机侧的室内端子板2，通讯电路的零线在室内外需要分别进行电气连接，且室内外分别连接的零线要求取自同一电位点。电路图中黑点处表示电路中的元器件的管脚具有电气特性，其管脚相连接。

1、室内通信部分：室内机通信电路的电路原理图如图3所示，

室内机通信电路采用两个型号为TLP521的第一光耦合器01、第二光耦合器02作为通信电路的核心元器件，组成接收和发送的两个通道；

电源输入端经过起分压作用的电阻R150、R151、R152后，使稳压管D16两端的电压为30V左右，保护第一光耦合器01和第二光耦合器02，

通过电容CRV6、CRV7滤除电路中的杂波保证通信信号的稳定，

通过高压快速恢复二极管D14、D15保证通信信号的快速转换，

第一光耦合器01的A、K管脚间设有起限制电压保护前端光耦作用的电阻R147，

热敏电阻PTC1和电阻R149串联后在电路中起限流保护作用，接至高压快速恢复二极管D14的负极，高压快速恢复二极管D14的正极连接第一光耦合器01的K管脚。

图3所示的室内机通信电路中主要元器件的规格及型号如下：

电阻R149为金属膜电阻1W 2K 5％，

电阻R150、R151、R152为金属膜电阻1W 8K2 5％，

D17为1N4007，

D16为BZX851 C24V，

电解电容E4为CD110 56UF/50V 20％，

R148为RT14 100KΩ 5％，

CRV6为CT1 473/63V 10％，

CRV7为CL21 103 10％，

D14、D15为FR107，

电阻R147为RT14 4.3KΩ 5％，

光耦01、02为TLP521，

C61为瓷片电容102/63V 10％，

电阻R145为碳膜电阻20KΩ 5％，

热敏电阻PTC1为PTH59G25BD102M300，

电阻R146根据微处理器的供电电压而定，此电路电阻阻值选择为470欧姆。

2、室外通信部分：室外机通信电路的电路原理图如图4所示，

室外机通信电路采用两个型号为TLP521的第三光耦合器03、第四光耦合器04作为通信电路的核心元器件，组成接收和发送的两个通道；

热敏电阻PTC和电阻R11串联后在电路中起限流保护作用，接至高压快速恢复二极管D6的正极，高压快速恢复二极管D6的负极连接第三光耦合器03的C管脚，

通过电容C8、C9、C10、C11滤除电路中的杂波保证通信信号的稳定，

通过高压快速恢复二极管D6保证通信信号的快速转换，

稳压管ZD使电压保持在30V左右，

第四光耦合器04的A、K管脚间设有起保持后端光耦两管脚电压稳定作用的电阻R10。

图4所示的室外机通信电路中主要元器件的规格及型号如下：

C7、C8、C9为瓷片电容102K/63V 10％，

C10、C11为瓷片电容103K/63V 10％，

PTC为PTH59G25BD102M300，

电阻R11为RY16 4700Ω 5％，

D6为FR107，

R10为RT14 1.8KΩ 5％，

ZD为BZX851 C24V，

光耦03、04为TLP521，

R7为RT14 1KΩ 5％，

R8为RT14 4.7KΩ 5％，

R9为RT14 470Ω 5％，

电阻R9根据微处理器的供电电压而定，此电路电阻阻值选择为470欧姆。

室内微处理器10的接收端口RXD端处于接收数据状态，即此时室外微处理器5的发送端口TXD端处于发送数据状态，此时光耦01与03导通，保持数据的传输；室内微处理器10的发送端口TXD端处于发送数据状态，即此时室外微处理器5的接收端口RXD端处于接收数据状态，此时光耦02与04导通；室内机通信电路电阻R146根据微处理器的供电电压而定，此电路的CPU供电电压为+5V，电阻R146阻值选择为470欧姆。

室外微处理器5的发送端口TXD端处于发送数据状态，即此时室内微处理器10的接收端口RXD端处于接收数据状态，此时光耦03与01导通，保持数据的传输；室外微处理器5的接收端口RXD端处于接收数据状态，即此时室内微处理器10的发送端口TXD端处于发送数据状态，此时光耦04与02导通；室外机通信电路电阻R9根据微处理器的供电电压而定，此电路的CPU供电电压为+5V，电阻R9阻值选择为470欧姆。

(二)室外机主控板电路设计

在室外机侧增加有通信功能的室外主控板，室外机的被控对象(压缩机、四通阀、外风机)由室外主控板完成控制；通过室内外通信电路完成室内、外机的数据交换，如图5所示，图5中的室外机通信电路部分参见图4。

室外微处理器IC1(型号为M37546)发出控制指令，通过驱动电路控制室外风机继电器RY1、压缩机继电器RY2、四通阀继电器RY3。具体控制过程为：

制冷模式下，外风机继电器RY1和压缩机继电器RY2吸合，从而控制外风机和压缩机的开启，关机时，外风机继电器RY1和压缩机继电器RY2断开；

制热模式下，外风机继电器RY1、压缩机继电器RY2、四通阀继电器RY3同时吸合，控制外风机、压缩机、四通阀同时开启，关闭时外风机继电器RY1、压缩机继电器RY2、四通阀继电器RY3依次断开，外风机、压缩机、四通阀关闭；通过此设计可以有效控制室外机。

室外机主控板电路中(图5)主要元器件的规格及型号：

IC1为微处理器M37546，

IC3为驱动芯片ULN2003(高耐压、大电流达林顿管IC)，

IC2为稳压块7805，

C1、C2、C3、C5、C6为瓷片电容104K/63V 10％，

E1、E2为电解电容2200u F/25V、470u F/25V，

TRANS为变压器(初级为220V AC/次级为12V/AC)，

FUSE为3.15A/220V保险管，

ZNR为压敏电阻473K，

CRV为薄膜电容0.1u F/250V，

X1为8M陶振，

RY1、RY3为继电器5A/250V，

RY2为继电器30A/250V，

其余元器件在电路中均有参数，通信电路部分已在前面列出，在此不一一列出。

Claims (8)

1.一种内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：

在室内机侧，设有室内端子板(2)和室内主控板，室内主控板上设有室内微处理器(10)和室内机通信电路，室内机通信电路的信号线连接到室内端子板(2)，供电电源线(1)和内外机电源互联线(3)连接到室内端子板(2)，所述内外机电源互联线(3)为四芯电源互联线，

在室外机侧，设有室外端子板(4)和室外主控板，室外主控板上设有室外微处理(5)、室外机通信电路和若干继电器，

内外机电源互联线(3)接至室外端子板(4)，

室外冷凝器盘管温度传感器(6)接至室外主控板，

压缩机(7)、室外风机(8)和四通阀(9)分别通过继电器受室外主控板控制，且压缩机(7)、室外风机(8)、四通阀(9)和室外主控板的电源线均引自室外端子板(4)，

室外机通信电路的信号线连接到室外端子板(4)。

2.如权利要求1所述的内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：所述四芯电源互联线一芯为用于接地的接地线，一芯为用于对外机供电的火线，一芯为用于对外机供电并和通信电路中信号线构成通信回路的零线，一芯为用于完成室内、室外机数据的交换的信号线。

3.如权利要求1或2所述的内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：所述室内微处理器(10)和室外微处理(5)为瑞萨M37546芯片，或所述室内微处理器(10)和室外微处理(5)为瑞萨M38503芯片，或所述室内微处理器(10)和室外微处理(5)为东芝TMP86FH46ANG芯片。

4.如权利要求1或2所述的内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：室内机通信电路和室外机通信电路的火线均取自室内机侧的室内端子板(2)，零线在室内外分别进行电气连接，且室内外分别连接的零线要求取自同一电位点。

5.如权利要求4所述的内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：所述室内机通信电路采用两个型号为TLP521的第一光耦合器01、第二光耦合器02作为通信电路的核心元器件，组成接收和发送的两个通道；

电源输入端经过起分压作用的电阻R150、R151、R152后，使稳压管D16两端的电压为30V左右，保护第一光耦合器01和第二光耦合器02，

通过电容CRV6、CRV7滤除电路中的杂波保证通信信号的稳定，

通过高压快速恢复二极管D14、D15保证通信信号的快速转换，

第一光耦合器01的A、K管脚间设有起限制电压保护前端光耦作用的电阻R147，

热敏电阻PTC1和电阻R149串联后在电路中起限流保护作用，接至高压快速恢复二极管D14的负极，高压快速恢复二极管D14的正极连接第一光耦合器01的K管脚。

6.如权利要求4所述的内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：所述室外机通信电路采用两个型号为TLP521的第三光耦合器03、第四光耦合器04作为通信电路的核心元器件，组成接收和发送的两个通道；

热敏电阻PTC和电阻R11串联后在电路中起限流保护作用，接至高压快速恢复二极管D6的正极，高压快速恢复二极管D6的负极连接第三光耦合器03的C管脚，

通过电容C8、C9、C10、C11滤除电路中的杂波保证通信信号的稳定，

通过高压快速恢复二极管D6保证通信信号的快速转换，

稳压管ZD使电压保持在30V左右，

第四光耦合器04的A、K管脚间设有起保持后端光耦两管脚电压稳定作用的电阻R10。

7.如权利要求4所述的内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：室外主控板设有型号为M37546的室外微处理器IC1，室外微处理器IC1通过驱动电路控制室外风机继电器RY1、压缩机继电器RY2、四通阀继电器RY3。

8.如权利要求7所述的内外机通信控制方式的定频空调器，其特征在于：所述驱动电路包括型号为ULN2003的驱动芯片IC3。

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