節(jié)能空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉越

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

為了達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部溫度和濕度以及集群控制的最有效要求，以及更嚴(yán)格的節(jié)能效果，減少建筑物排放和達(dá)到國(guó)家能耗相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的分散式控制空調(diào)不易管理，會(huì)消耗很多的能源，從而浪費(fèi)更多的自然資源。

1 節(jié)能的空調(diào)控制器的硬件設(shè)計(jì)

1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

節(jié)能空調(diào)控制器在運(yùn)行過(guò)程中主要由主MCU 芯片實(shí)現(xiàn)控制，由電源整流濾波電路，電源轉(zhuǎn)換電路，通訊電路，溫度檢測(cè)電路，射頻以及人體熱釋電紅外傳感器檢測(cè)電路和毫米波微波雷達(dá)檢測(cè)電路組成，以上電路實(shí)現(xiàn)的功能必須滿足客戶的需求。在研究過(guò)程中，主要依靠STC12C5A32S2 系列機(jī)器和產(chǎn)品，并合理地處理控制指令以實(shí)現(xiàn)滿足當(dāng)前需求的有效通信。溫度傳感器主要用于在應(yīng)用過(guò)程中控制內(nèi)部溫度，人體釋放電紅外電傳感器控制內(nèi)部人員的出入，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息和實(shí)際場(chǎng)所環(huán)境的信息有效傳遞、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定。空調(diào)控制器接收由毫米波微波雷達(dá)傳感器收集的空間體積數(shù)據(jù)和由溫度傳感器收集的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，收集到的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地獲取用戶環(huán)境的長(zhǎng)度，寬度和高度以及房間中對(duì)象所占據(jù)的體積[1]。

1.2 監(jiān)測(cè)人體熱釋電紅外傳感器

人體熱釋電紅外傳感器是1980年代后期出現(xiàn)的一種新型設(shè)備，該傳感器不受白天和黑夜的影響，已廣泛用于監(jiān)視和報(bào)警系統(tǒng)中。人體熱釋電紅外傳感器可以確定是否在紅外變化的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)。傳感器的輸出信號(hào)由前置放大器電路處理，然后發(fā)送到主芯片。通過(guò)采樣和分析輸出信號(hào)，可以知道傳感器的輸出變化。該設(shè)計(jì)使用兩個(gè)人體熱釋電紅外傳感器來(lái)判斷一個(gè)人是進(jìn)入房間還是離開(kāi)房間，它是一種具有極低靜態(tài)電流的高性能靜態(tài)電流信號(hào)處理集成電路，由一個(gè)熱釋電紅外傳感器和少量外圍組件構(gòu)成一個(gè)無(wú)源熱釋電紅外傳感器；還是一種專(zhuān)用的數(shù)模混合集成電路，由運(yùn)算放大器，電壓比較器，狀態(tài)控制器，延遲計(jì)時(shí)器和鎖定計(jì)時(shí)器組成，其電路圖如圖1 所示[2]。兩個(gè)傳感器相距約十厘米，當(dāng)有人通過(guò)時(shí)，會(huì)發(fā)送信號(hào)，從而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能。

1.3 節(jié)能空調(diào)控制器軟件設(shè)計(jì)分析

（1）控制器的邏輯設(shè)計(jì)。根據(jù)當(dāng)前節(jié)能空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定簡(jiǎn)潔的控制機(jī)器，根據(jù)控制器軟件良好的控制機(jī)器對(duì)程序進(jìn)行合理的修改，從而優(yōu)化并節(jié)省了成本，還方便了芯片的資源分配。

（2）實(shí)現(xiàn)合理的軟件設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)節(jié)能空調(diào)控制器的過(guò)程中，必須確保其主程序能夠充分表達(dá)整個(gè)機(jī)器的邏輯信息，并設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的通信協(xié)議以確保信號(hào)的準(zhǔn)確性。信號(hào)傳輸采用抗干擾能力強(qiáng)的通信方式：經(jīng)過(guò)合理的改造，主芯片可以接收和發(fā)送準(zhǔn)確的通信信號(hào)，并對(duì)中斷子程序進(jìn)行射頻信號(hào)分析和通信。例如，在檢測(cè)到射頻信號(hào)之后，首先評(píng)估信號(hào)的類(lèi)型：如果是控制命令，則應(yīng)合理地分析它的總體適用性[3]。

2 節(jié)能空調(diào)控制器的相關(guān)設(shè)計(jì)發(fā)展策略

2.1 調(diào)整空調(diào)的工作范圍

根據(jù)國(guó)家對(duì)空調(diào)的使用規(guī)定，通過(guò)設(shè)置溫度上限和下限來(lái)控制空調(diào)開(kāi)關(guān)，可以在環(huán)境溫度達(dá)到溫度極限時(shí)打開(kāi)空調(diào)，并且當(dāng)環(huán)境溫度低于最低溫度限制時(shí)自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)。在冬季，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到溫度下限時(shí)，空調(diào)可以打開(kāi)，而當(dāng)環(huán)境溫度高于溫度上限時(shí)，空調(diào)將自動(dòng)關(guān)閉。夏季溫度控制區(qū)是制冷期間空調(diào)的工作范圍。當(dāng)室溫高于夏季二十八度的夏季溫度控制區(qū)的上限時(shí)，可以自動(dòng)控制打開(kāi)空調(diào)；當(dāng)環(huán)境溫度低于夏季二十四度控制區(qū)的下限時(shí)，空調(diào)自動(dòng)關(guān)閉；冬季溫度控制區(qū)是空調(diào)在加熱期間的允許工作范圍。在冬季，當(dāng)環(huán)境溫度低于溫度控制區(qū)域內(nèi)的十八度下限時(shí)，會(huì)自動(dòng)打開(kāi)空調(diào)；如果室溫超過(guò)溫度控制區(qū)域中的二十二度的上限，空調(diào)將自動(dòng)關(guān)閉。溫度控制區(qū)的上下限可以根據(jù)用戶的實(shí)際需要進(jìn)行改變]。

2.2 根據(jù)用戶調(diào)整時(shí)間控制程序

對(duì)于某些場(chǎng)所，即對(duì)節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理的地方，通常在下班后關(guān)閉，但實(shí)際上用戶希望室內(nèi)空氣質(zhì)量在使用期間滿足舒適性要求。由于空氣溫度調(diào)節(jié)的滯后性很大，因此節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能工作，以滿足空氣質(zhì)量舒適性的要求。通常，用戶需要提前打開(kāi)空調(diào)系統(tǒng)才能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)獲得所需的效果。根據(jù)建筑物用戶的休息時(shí)間和室內(nèi)外溫差，控制器可以設(shè)置自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間，不僅可以及時(shí)滿足舒適性要求，而且可以避免太早開(kāi)門(mén)和太晚關(guān)門(mén)造成的能源浪費(fèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

在節(jié)能空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，為用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)，而無(wú)需用戶自行處理和調(diào)節(jié)控制內(nèi)部溫度，以確保空調(diào)始終保持正常運(yùn)行狀態(tài)并提高運(yùn)行效率。同時(shí)，積極創(chuàng)新控制器設(shè)計(jì)，將其用作控制節(jié)點(diǎn)，并將其集成到整個(gè)系統(tǒng)中以節(jié)省總能源。