空調和地暖兩用溫控器設計

祝前峰 陸榮鑑 張建紅 李奉順 莊圓

摘 要：隨著經濟的高速發展，中央空調逐漸走入普通家庭。中國北方大部分地區需要供暖，地暖憑借其獨特的優越性越來越受到歡迎。然而，中央空調溫控器和地暖溫控器常常是分開的，這樣勢必會造成排線混亂，操作不方便，甚至混淆兩個溫控器。大型醫院、酒店客房、溫泉會所、辦公室等建筑樓的房間也常常需要此類產品來滿足不同時節的調溫需求。以合泰芯片HT67F489為主控芯片，通過315無線通信來控制風機的風速，通過控制五檔閥的檔位控制流量，來實現控溫的要求。這類溫度控制器，集成了中央空調溫控器和地暖溫控器，該設計具有安裝便捷、結構簡單、功能強大、實用性強等優點。

關鍵詞：兩用溫度控制器;硬件設計;軟件設計;315無線通信;五檔閥

0 引言

空調是生活中最常見的一種調節室內外溫差的設備，一般用電驅動。火電的本質是碳排放，因此節能型產品應運而生，其中采用熱源水的地暖就是效果最為直接、應用較為廣泛的一種。[1，2]空調以其可以在短時間內快速制冷或制熱，受到廣大用戶的青睞，但其存在能耗較多、占用面積、維修困難等缺點。地暖則具有保健功能、舒適衛生、經濟節能、熱穩定性好、使用壽命長等諸多優點，但其也存在最直接的缺點，供熱速度較慢，不能在短時間內使房間快速升溫。基于以上空調和地暖優缺點，人們設計了空調和地暖兩用式的溫度控制器，在調溫和節能方面都做出了相對優化。

溫控器經歷了三次更新換代，第一代為電氣式，第二代為電子式，第三代為智能型溫控器。而所謂的智能型溫控器就是應用新型控制模型和數控芯片。我們采用HT67F489為主控芯片，定制了專用的斷碼屏配套使用，通過軟件編程使得溫控器的操作更加簡捷方便，便于用戶更好地進行操作。

然而，中高檔建筑中央空調系統的耗電量一般要占整個建筑物總用電量的40%～60%。出于對空調系統節能的考慮，設計科學合理的溫度控制器、溫度控制算法尤為重要。[3]在冬季使用空調的人群遠遠高于使用地暖的人群，然而在同等情況下，水熱地暖的功耗比空調耗能少。目前，要么全部采用空調進行調溫，要么空調和地暖是單獨分開進行工作的，兩用的溫控器還未在市場上普遍使用。

1 功能簡述

這類溫控器將空調與地暖控溫進行了一個整合，共有5種工作模式，分別為空調制冷模式、空調制熱模式、地暖制熱模式、空調地暖聯合制熱模式、睡眠模式。這五種模式滿足了不同季節的需求，同時也考慮了功耗省電等一系列實際問題。

中央空調和溫控器之間有多條電路線需要連接，出于便于安裝、布線簡單等考慮，取消了溫控器與風機的連線，采用315無線通信來實現控制風速的高、中、低擋位。我們使用五檔閥來控制冷熱水的流量，通過改變擋位的大小從而實現控制溫度的要求。兩用式溫控器在溫泉會所、賓館休閑等場所有著廣泛的應用前景。

2 硬件設計

我們基于合泰芯片HT67F489為主控芯片設計相關電路，此溫控器分為兩塊電路板，一塊為供電電路板，另一塊為溫控面板。其中，供電電路板的主要功能為將220V的電壓轉換為3.3V，將3.3V的電壓用于給溫控面板進行供電。在供電電路中，我們采用了LN5R04D芯片。LN5R04D是標準的PWM控制器集成電路，可以非常方便地應用于各種小功率電源適配器中，其外圍器件很少，內部集成了多種保護電路，電路簡單。同時采用了變壓器，將220V轉為12V，緊接著采用了AMS1117高效線性穩壓器，最終使輸出電壓穩定為3.3V。溫控面板包含主控芯片HT67F489、斷碼屏、溫度傳感器、315無線通信模塊等，是實現溫控器功能的重要組成部分。溫度傳感器的主要部件是熱敏電阻，本次采用的是負溫度系數熱敏電阻，即溫度升高阻值降低。空調和地暖兩用溫控器所需要的斷碼屏是專門定制的，一共設計了20個引腳用于顯示22個圖塊，每個圖塊可以單獨顯示，同時顯示的內容簡潔明了。

3 軟件設計

程序是溫控器的靈魂，是溫控器實現各種功能的重要依托。溫控器最為重要的是按鍵程序，即按下不同的按鍵實現相對應的功能，從左到右分別為電源開關鍵、模式選擇鍵、定時開/定時關觸發鍵、風速選擇鍵、增量鍵、減量鍵。需要對斷碼屏進行相應的編程才可以在屏幕上顯示相對應的參數與內容。顯示屏上的室溫顯示是通過A＼D轉換程序實現;通過定時程序來實現定時開或者定時關的功能;通過315無線通信程序來實現控制風機風速;通過串口命令來控制五檔閥門的檔位，從而控制流量，達到調溫的作用。因此，軟件設計在兩用溫控器中十分重要。

4 能耗問題

在夏天，直接選擇空調制冷模式，從而使室內的溫度達到設定值，和普通中央空調沒有差異。在冬天，可以選擇空調地暖聯合制熱模式，當室內的氣溫達到25℃時，此時轉為地暖模式。一方面，空調制熱效果快而地暖制熱效果慢，短時間之內想要快速升溫，兩種模式同時工作可以實現;另一方面，出于功耗考慮，空調的功耗大于地暖，所以當室溫達到人體舒適度時立即關閉空調。這類溫控器可以很好地實現這個功能。能耗的比較應該建立在同等溫度調節效果基礎上，[4]在同等控溫的情況下，地暖的耗能比空調低。同時，地暖符合中醫學中的“溫足而涼頂”的人體需要，會給人腳暖頭涼的舒適感覺，有利于促進人體新陳代謝，改善血液循環，對心血管疾病有調節作用;對老年人的關節炎、老寒腿、腰酸背痛有防治功效。地暖采暖過程的熱量主要是以輻射傳熱，室內溫度分布較為合理。在同樣舒適感條件下，室內設置溫度可比傳統對流采暖室內設置溫度低2℃～3℃，耗熱量可節約15%左右。

5 結語

當下，人們越來越注重把煩瑣的工作變為簡單的，所以出于化繁為簡的目的，我們將中央空調溫控器和地暖溫控器進行了一個整合，解決了排線走線問題，不僅給用戶帶來了更好的體驗，而且也降低了功耗。空調和地暖兩用溫控器既保留了普通溫控器的功能，也加入了它本身所特有的功用，大大降低了用戶的使用成本。

參考文獻：

[1] 朱玉雙.熱水采暖系統常見問題與解決措施[J].化工設計通訊，2018，44（11）：191-192.

[2] 鄺文君，畢浩桐，龔凱.地暖+新風系統房間的室內舒適性研究[J].華北理工大學學報（自然科學版），2018，40（04）：100-105.

[3] 劉玉建，尹全磊，鄭鵬飛.基于STC單片機的中央空調溫控器設計[J].可編程控制器與工廠自動化，2011（03）：100-101+83.

[4] 蔡玥，續慧珍，徐加冕，等.公共辦公建筑節能對標管理中能耗約束值確定[J].建筑節能，2018，46（04）：107-111.

作者簡介：祝前峰（1996—），男，研究生在讀，主要從事機電一體化、嵌入式系統方向的研究。

通訊作者：陸榮鑑（1964—），男，研究生，講師，主要從事機電一體化、工業控制系統方向的研究。