CN202734417U

CN202734417U - 有削峰填谷功能的冰箱温控器

Info

Publication number: CN202734417U
Application number: CN 201120392041
Authority: CN
Inventors: 於晓明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-16
Filing date: 2011-10-16
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2021-10-16

Abstract

本实用新型公开了一种有削峰填谷功能的冰箱温控器。它以单片机为核心器件，包括电源模块、温度采集模块、显示及按键设置电路、电力载波模块及接口电路、超限报警模块、看门狗电路和输出控制模块组成。该技术通过设置用电峰谷时段，单片机根据不同用电时段采取不同的冷冻室和冷藏室开停机温差与被测温度的函数关系的储能控制方案，控制电冰箱压缩机的启停温度，以便提高谷时用电量，降低峰时用电量。本实用新型有助于提高电网供电效能和实现用电削峰填谷、节能降耗的目的。

Description

有削峰填谷功能的冰箱温控器

技术领域

本实用新型涉及一种利用利用手动方式和电力载波通讯方式设置用电峰谷时段，合理提高谷段用电量，降低峰段用电量的冰箱温控器。

背景技术

目前公知的各种冰箱温控器主要是根据被冷却对象的温度变化或温差进行压缩机的启停控制。

中国实用新型专利公开了一种电脑温控器，专利号89216428.X，虽然以控制开停机温度（W）是冷冻室温度（T）的函数，实现了全程定量控制，从控制角度达到了节能效果，但未能符合电网削峰填谷的要求。

现有的机械及电子冰箱温控器都没有提供根据用电的峰、谷、平时段采取不同的冰箱压缩机启停温度的控制方案。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，就是发明一种装置，通过由8155接口电路、七段数码显示管、LED发光二极管、7407和75452反相器、按键等组成的显示及按键设置电路和由电力载波模块及接口电路组成的电力载波通讯模块设置用电峰谷平时段，根据不同峰谷平时段采取分时储能控制方案，控制冰箱压缩机的启停温度，从而实现电网削峰填谷的要求，达到节能降耗的目的。

本实用新型的技术解决方案是：一种有削峰填谷功能的冰箱温控器，主要包括单片机、电源模块、温度采集模块、显示及按键设置电路、电力载波模块及接口电路、超限报警模块、看门狗电路和输出控制模块组成。其特殊之处在于由8155接口电路、七段数码显示管、LED发光二极管、7407和75452反相器、按键等组成的显示及按键设置电路，除正常的温度设置和显示外，还具有峰谷时段的设置和显示；另外，由电力载波模块及接口电路组成的电力载波通讯模块，可接收电力部门按照区域用电情况通过电力线下发的峰谷时段命令，实现电力需求侧管理和电网的削峰填谷功能。有削峰填谷功能的冰箱温控器通过显示及按键设置电路和电力载波模块及接口电路设置用电峰谷平时段，单片机在不同时段采取不同的冷冻室和冷藏室开停机温差与被测温度函数关系的储能控制方案，控制冰箱压缩机的启停温度。

本实用新型与现有技术相比具有如下特点：

1、采用显示及按键设置电路除正常的温度设定、显示外，可人工设定峰谷平用电时段。

2、利用电力载波模块及接口电路可接收电力部门按照区域用电情况通过电力线下发的峰谷平时段命令，实现电力需求侧管理和电网的削峰填谷功能。

3、单片机在不同时段采取不同的冷冻室和冷藏室开停机温差与被测温度的函数关系的储能控制方案，控制冰箱压缩机的启停温度，以便提高谷时用电量，降低峰时用电量。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理方框图。

图2是本实用新型的显示及按键设置电路图。

图3是本实用新型的电力载波模块及接口电路图。

图4是本实用新型的主程序方框图。

图5是本实用新型的温度采样子程序方框图。

图6是本实用新型的电力载波通讯服务子程序方框图。

图7是本实用新型的优化储能控制子程序方框图。

图8是本实用新型的输出控制子程序方框图。

具体实施方式

如图1所示，是为电冰箱提供的一种有削峰填谷功能的冰箱温控器原理方框图。系统硬件由单片机、电源模块、温度采集模块、显示及按键设置电路、电力载波模块及接口电路、超限报警模块、看门狗电路和输出控制模块组成。电源模块分模拟电源和数字电源两大部分，分别对本机的模拟电路和数字电路供电，地线各自独立，按A／D转换器的要求只在A／D模数转换器处将模拟地和数字地相连。数字电源和模拟电源都采用三端稳压块稳压，选用低温漂稳压二极管进行二级稳压。温度采集模块以热电偶温度传感器为核心部件，分别置于冷藏室和冷冻室中，将温度变化量转化为电压信号，经精密运算放大器OP27进行放大，放大后的电压信号经过多路选择模拟开关输入到A／D模数转换器进行高精度模数转换后，将数据送往单片机。超限报警模块采用声光报警，由发光二极管，扬声器及驱动电路组成，当冰箱冷藏室温度超过15℃（****星冰箱设定值）或冷冻室温度超过-10℃（****星冰箱设定值），单片机发出超限报警信号，将驱动LED发光二极管和扬声器实现声光报警。看门狗电路是为了防止系统受干扰而使程序丢失或走进死循环，造成系统死机，而加入的硬件电路，以保证系统的可靠性和稳定性。本系统采用的X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路。输出控制模块主要包括电磁阀控制和电冰箱压缩机启停控制两部分。用达林顿阵列ULN2003来作驱动，通过交流固态继电器(AC-SSR)中的双向可控硅的关断和导通，进而控制冷藏室电磁阀和冷冻室电磁阀的闭合，实现电冰箱冷藏和冷冻的双路控制。电冰箱压缩机控制电路中单片机输出控制信号经放大，驱动继电器控制热保护器，实现电冰箱压缩机的控制启停。

如图2所示，显示及按键设置电路用来实现冰箱冷藏室和冷冻室温度显示、输入参数的显示和设定以及LED发光二级管功能指示。在图2中，用8155的PA0～PA6通过同相放大器7407与四个七段管的7个引脚a～g连接，PA7和PC0通过同相放大器7407接数码管+-显示引脚。PA0～PA6通过同相放大器7407与七个LED发光二级管相连。8155PA口为字形口。用8155的PB0～PB4通过反相放大器75452与4个七段段管DG0～DG3的共阴极，和七个LED发光二级管共阴极连接。8155PB口为位选口。采用动态扫描法，用于数码管和LED发光二级管显示。DG0～DG1二位七段数码管用于显示冷藏室温度和峰段（谷段）起始时间，DG2～DG3二位七段数码管用于显示冷冻室温度和峰段（谷段）结束时间，LED0发光二级管用于峰段时间设置指示灯，LED1发光二级管用于谷段时间设置指示灯，LED2发光二级管用于冷藏室开关指示灯，LED3发光二级管用于快速冷藏室指示灯，LED4发光二级管用于冷冻室开关指示灯，LED5发光二级管用于快速冷冻指示灯，LED6发光二级管用于温度超限报警指示灯。

图2中的键盘扫描电路是由2根行线与5根列线组成。2根行线的左边接8155的PC口的2个引脚PC.1、PC.2，右边通过5K电阻接5V电源。6根列线通过反相器接8155B口（即位选口）。在行线与列线的交叉处设置一个按键，因此该单片机的键盘由2×6=12个按键组成。各键键值及功能见表1。

　　　　　　　　　　　　表１　键值及功能表

如图３所示，是为系统提供通信功能的电力载波模块和接口电路。在图3中载波芯片通过SCL、SDA与单片机连接，其外围接口电路包括功率放大电路、滤波整形电路、谐振电路及二次滤波电路。功率放大电路是用来将载波芯片产生的载波调制信号进行功率放大后耦合到电力线上。载波功能被使能后，载波信号由PSK_out 输出，波形为0-5V 变化的方波，包含丰富的谐波；经过推挽电路进行功率放大后，PSK_out 点的方波信号被放大后经电感L1、电容C3 完成整形滤波后，再通过耦合线圈T1 耦合到低压电力线上，双向二极管D7 起保护作用。电路中D3、D4 起嵌位作用、吸收低压电力线上的尖峰干扰。在图 3的接收回路中，R3 在接收本地强发射信号时可以有效吸收衰减；电感L2、电容C6 组成并联谐振回路，谐振以中心频率为120KHz 设计，完成对有效信号的带通滤波；良好的选频回路可以有效提高载波接收灵敏度。二极管D5、D6 的作用是将接收信号的电位钳制在±0.7V。接收信号经过电容C4 后引入到芯片内部进行混频处理，SIGIN 被内部上拉后平移到2.5V±0.7V，以利于后续处理。在载波信号的后处理电路中，并联谐振后接收的载波信号经 SIGIN 脚进入芯片。由于陶瓷滤波器通频带只能在中频附近，所以芯片内部将接收到的120KHz 信号与内部的600KHz 本振信号进行混频，得到80KHz中频带宽的差频信号。混频信号由 FLTI 脚输入到陶瓷滤波器的输入脚，陶瓷滤波器滤波后再送回芯片的FLTO脚进行内部限幅放大。然后由芯片内的硬件解扩电路进行有效数据的还原；数据解扩完成后将数据位锁存到数据管脚，同时产生同步信号HEAD。

如图４所示，是系统软件的主程序方框图。系统程序的控制思想如下：通过手动方式和电力载波通信方式设置用电峰谷时段，系统对冷藏室和冷冻室进行温度采样，并通过预设温度、当前温度、历史偏差，根据不同用电峰谷时段参数进行PID运算产生优化储能控制输出参数，通过控制电冰箱压缩机启停温度参数，从而调节峰谷用电量，实现系统的优化储能控制。整体功能通过主程序、显示及按键扫描处理子程序、电力载波通讯服务子程序、温度采样子程序、优化储能控制子程序、输出控制子程序等配合实现。其软件系统参数设置见表２系统参数表。

[0017] 　　　　　　　　　　　　　表２　系统参数表　

如图５所示是系统的温度采样子程序方框图，用来控制对三路温度模拟输入电压的转换，并将对应的数值存放到相应的数据缓冲区。数据的读取方式采用中断读取的方式。温度采样子程序的转换控制如下：选择通道并启动转换----等待中断----读取转换结果。程序中的数字滤波是一种克服随机误差的软件算法。系统中采用了较为常用的算术平均滤波法。

如图６所示是系统的电力载波通讯服务子程序。判断系统启动标志为0时，置驱动禁止标志，避免在冰箱压缩机工作期间进行电力载波通信。当电力载波通信处于接收状态时，载波通信控制单元解扩出1bit 数据后，产生一次中断。接收时首先采用16 bits 接收窗口、1bit 滑动方式来接收通信的同步帧头0X09、0XAF，帧头接收成功后，后续数据按每8bits 一个字节的方式进行截取，得到传送的有效数据；接收过程中，按有关的通信协议进行地址判别、长度接收、校验计算。地址相同的模块对符合通信协议的数据进行应答，后转入发送态。当载波通信处于发送态时。用于载波通信的主叫方发出命令、或接收方的应答。载波通信控制单元发送完1bit 的扩频数据后，自动产生一次中断，允许下1bit 数据发送。根据捕获和同步过程需要，首先发送至少40bits 的全“1”；然后按比特发送同步帧头0X09、0XAF；之后根据用户的有关通信协议按比特发送通信地址、数据长度、数据体、校验等字节。数据全部发送完成后，载波模块即可转入接收态。但为确保待发送数据的最后一个比特发送成功，必须在发送完最后1bit 数据后等到下一次发送中断到来后，才可以转换载波发送态到接收态。载波发送未将全部数据发送完成前，CPU 必须及时向PLM_RST 寄存器写入“A2H”，使计数器复位，避免自动复位提前进入载波接收态。

如图7所示是系统的优化储能控制子程序，根据电网用电峰、谷、平时段设置参数，峰段时间：WQ1=Ws1，WQ2=Ws2，WT1=0.382×(Ws1-Wd1),WT2=0.382×(Ws2-Wd2),谷段时间：WQ1=0.618×（Ws1-Wd1），WQ2=0.618×（Ws2-Wd2），WT1=Wd1，WT2=Wd2，平段时间：WQ1=Ws1，WQ2=Ws2,WT1=Wd1，WT2=Wd2。PID运算可以提高温度测量的准确度和调节的质量，通过PID运算得到最优化控制数据，从而设置电磁阀和冷藏室、冷冻室启停标志。

如图8所示是系统的输出控制子程序。系统根据超限报警标志，启动声光报警输出。并根据电磁阀1、电磁阀2和冷藏室、冷冻室启停标志控制驱动输出。

Claims

1.一种有削峰填谷功能的冰箱温控器，主要包括单片机、电源模块、温度采集模块、显示及按键设置电路、电力载波模块及接口电路、超限报警模块、看门狗电路和输出控制模块组成，其特征在于：

A、由8155接口电路、七段数码显示管、LED发光二极管、7407和75452反相器、按键等组成的显示及按键设置电路，除正常的温度设置和显示外，还具有峰谷时段的设置和显示；

B、由电力载波模块及接口电路组成的电力载波通讯模块，可接收电力部门按照区域用电情况通过电力线下发的峰谷时段命令，实现电力需求侧管理和电网的削峰填谷功能。