基于紅外感應空調節能控制器的設計

王小虎，竇超萍，鐘欽強

（廣東電網公司湛江供電局，廣東湛江 524005）

0 引言

隨著公司企業辦公場所越來越多地使用空調，空調對人們的辦公環境起到了溫濕度調節的作用。然而，人們離開工作場所，忘記關掉室內空調的現象普遍存在，造成了嚴重浪費電能的現象，同時對空調的使用壽命也具有一定的影響[1-2]。目前，空調控制模塊并不具有能夠檢測到室內有無人員存在的紅外感應模塊，也無法辨識室內的人員活動情況。因此，為了避免人員離開房間而忘記關空調的現象，有必要對空調的進線電源側進行通斷電控制，實現室內一段時間內無人存在時，空調自動關閉的節能效果。

1 空調節能控制裝置電路設計

所設計的空調節能控制裝置主要包括裝置電源電路設計、紅外感應模塊選型，以及控制電路所應用的繼電器元器件選型，并根據設計所要實現的目標進行控制裝置電路設計。

1.1 電源電路設計

控制裝置電源電路的設計取決于所要應用空調的電源類型，空調的電源類型一般包括三相電源和單相電源，本裝置選取單相電源空調作為受控對象，所以在設計控制裝置電源電路時，選擇單相220 V交流電為受控電源類型，控制電源類型的選擇，考慮到取電方便、繼電器元器件的選型等因素，因此也選擇220 V交流電為控制電源。

1.2 紅外感應模塊選型

紅外感應模塊是控制裝置的核心部件，主要功能是采集室內人體紅外對象的活動情況。利用人體熱釋電紅外傳感器的輸出與人體移動的速度、方向和人數的多少有很大的關系，利用紅外傳感器采集到信息使得紅外模塊中的常開輔助觸點閉合，從而達到控制相應電路的作用[3]。

本設計選用拓安達公司紅外感應產品，該產品采用京西BISS0001人體熱釋電紅外處理芯片，其具有性能可靠穩定，感應距離遠，靈敏度高等特點，且配有延時調節器，延時可在16秒到360秒之間調節，為所控制設備狀態切換提供了緩沖時間[4]。

1.3 繼電器元件選型

本設計中主要涉及的繼電器包括中間繼電器、時間繼電器及交流接觸器，中間繼電器的作用是經紅外感應模塊的常開輔助觸點后，給時間繼電器提供一個常閉的輔助觸點，即轉換觸點類型的作用；時間繼電器的作用是經過一定的時間延時，為交流接觸器提供一個常開的輔助觸點，從而實現經過一定的延時，使得交流接觸器勵磁的效果；交流接觸器是實現空調自動通斷的關鍵原件，通過自身達到勵磁的條件，從而利用常閉的輔助觸點實現對空調的通斷控制，交流接觸器的選擇主要考慮其輔助觸點的額定容量，其容量主要應參考空調的額定電流情況[5]。繼電器的具體選型見表1。

表1 繼電器選型列表

2 空調節能控制裝置電路設計

所設計的節能控制裝置應滿足設計目標，即空調處于開啟狀態時，人員離開室內后，能夠可靠開啟計時，在可設定的時間范圍內，人員仍沒有回到室內，節能裝置能夠自動將空調關閉，關閉后，人員返回需要使用空調，需手動開啟空調；若未達到所設定的時間范圍，人員回到了室內，則空調節能控制裝置將停止計時，并計時復歸，空調正常工作。基于此目標，所設計的空調節能控制裝置工作流程圖如圖1所示。

圖1 空調節能控制裝置工作流程圖

根據節能控制裝置設計要求，并結合紅外感應控制模塊接線特點，設計空調節能控制電路原理圖如圖2所示。該電路主要包括兩部分，即基于紅外感應的控制部分和與空調進線相連的被控制部分。

空調在正常開啟且室內有人員存在的情況下，紅外傳感器檢測到人員存在，使得其常開觸點（火線、輸出端子）閉合，同時使得中間繼電器勵磁，中間繼電器常閉輔助觸點（31，32）斷開，則時間繼電器KT失去勵磁，同時時間繼電器停止計時，交流接觸器無法勵磁，其常閉輔助觸點（21，22）保持接通，使得空調正常繼續工作；當室內無人存在時，紅外傳感器檢測到一定時間內無人存在時，紅外感應器不被勵磁，其常開輔助觸點保持斷開的狀態，同時中間繼電器也無法勵磁，其常閉輔助觸點（31，32）仍處于閉合狀態，這種狀態下，時間繼電器被勵磁，并開始計時，經過預設的時間延遲后，時間繼電器使其常開輔助觸點（8，6）閉合，則交流接觸器被瞬間勵磁，交流接觸器常閉輔助觸點（21，22）同時也斷開，從而使得空調在無人存在的情況下，經過一定延遲，自動關閉，達到了節能的目的。而在空調關閉后，人員重返室內，需要開啟空調，則需要手動重新開啟空調，避免了空調頻繁啟動所帶來的影響。

圖2 空調節能控制電路原理圖

3 樣機應用效果檢驗

根據所設計的電路原理圖進行了實際接線，得到了如圖3所示的空調節能控制裝置簡易樣機，并且為了驗證本設計符合實際要求，通過對裝置樣機與會議室內立式空調連接后，進行以下三種情形進行模擬試驗分析。

3.1 十五分鐘內無人存在時

將裝置的時間繼電器延遲時間設定為15分鐘，即要求15分鐘內感應無人體后，時間繼電器勵磁使得交流接觸器為空調斷電。實驗中，將紅外感應器用遮光材料蓋住，觀察繼電器的動作情況，發現經過16秒后，紅外感應繼電器動作，斷開其常開輔助觸點，時間繼電器開始計時，再歷時15分鐘，時間繼電器動作，使得交流接觸器動作，空調來電回路斷開，空調停止工作。

圖3 空調節能控制裝置樣機圖

3.2 人員始終存在

空調在工作時，室內始終有人存在，經觀察發現紅外感應器始終處于被感應的狀態，其輔助觸點所連接的中間繼電器處于被勵磁狀態，同時時間繼電器和交流接觸器均處于未被勵磁的工作狀態，所以空調始終處于工作的狀態。

3.3 十五分鐘內人員返回時

鑒于工作人員時常會出現離開后再次返回的情況，為了驗證此種情形能夠不影響空調的正常使用，對此情形進行實際模擬。試驗發現，工作人員離開后，裝置進入到延時計時狀態，紅外感應器感應到人員返回后，時間繼電器立即返回，停止計時的狀態。

4 小結

以上基于紅外感應原理所設計的空調節能控制器，能夠自動識別室內人員的存在狀態，并即刻觸發繼電器完成一系列的判斷與執行，在無人存在的情況下，歷經一定的延時，將運行中的空調關閉，節約了電能，避免了人員離開房間匆忙無意識關閉空調所帶來的浪費。