中央空調計費系統的設計探討

1、引言

隨著社會的進步, 人們對居住環境、生活質量的要求也在不斷地提高。中央空調在民用住宅、商用大廈、高檔寫字樓及多功能的綜合性大樓中也被廣泛采用。而采用按冷/熱量計費的方式，無疑會為用戶提供一個公正、合理、科學的收費依據；另外還可以建立用戶的經濟利益與使用能耗的直接聯系，從根本上增強用戶的節能意識,最大幅度地減少能源的浪費。本文就是基于這種計費方式，對分戶能量計量表的結構、功能及管理軟件進行設計與研究。

2、 中央空調控制系統原理

2．1能量計費公式

Q=∫₀^tQ_mΔhdt

Q----釋放的冷/熱量，KJ

Q_m----流經能量表的液體質量流量，Kg/s

Δh----熱交換器中入口溫度與出口溫度對應的液體的比焓值差，KJ/Kg

t----時間，s

2．2控制系統

在中央空調控制系統中用到兩個溫度傳感器和一個流量傳感器。將溫度傳感器分別安裝在熱交換器回路的供水管和回水管上，將流量傳感器安裝在熱交換回路的入口或出口管道上，當流量傳感器發出流量信號時，配對溫度傳感器給出入口和出口的溫度信號，能量計量表通過自動連續采集流量和溫度信號，經過計算顯示出載冷液體從入口至出口所釋放的能量值。

3 能量計量表組成

3．1硬件結構

3.1.1單片機

選用89S52芯片，它是一種低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，具有8K 在系統可編程Flash 存儲器。為本系統提供了高靈活、超有效的解決方案。

3.1.2顯示電路

選用DM-162液晶顯示模塊，它是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器,這里采用常用的2行16個字的方式編程，可循環顯示當前時間，室內溫度，設定溫度，消耗能量，應繳費用，IC卡數據以及報警信息等。

3.1.3時鐘和信號采集電路

時鐘/日歷電路可計算2100年之前的秒/分/時/日/日期/星期/月/年，實時準確地顯示時間，而且每月的天數和閏年的天數可自動調整；在掉電狀況下也能持續顯示。

信號采集電路先由模/數轉換器采集經溫度傳感器和流量傳感器傳送的模擬信號，再分別轉換為相應的數字信號，采樣頻率默認為5ms，也可根據實際需要進行參數設定。其中溫度傳感器采用Pt100鉑電阻作為感溫元件，測量供水和回水溫度，25℃時為1.6KΩ；流量傳感器采用機械式流量計，測量回路的冷媒流量。通過信號采集電路所轉換的電平信號，可為中央空調計費提供原始依據。

3.1.4 計費電路

溫度傳感器送來的溫度信號取差放大后，經模/數轉換電路變換成與被測溫差成比例的電脈沖頻率信號后傳送給單片機。單片機通過PID算法計算出用戶所消耗的能量，再經過通信電路，接受上位機的查詢。

3.1.5 IC卡管理

IC卡在管理部門交費管理，它由寫卡器和讀卡器組成。寫卡器由管理部門收費寫卡，讀卡器由單片機識別，并存儲IC卡數據；單片機可自動根據所計算Q值，遞減存儲數據；當存儲數據為0時，單片機指示電動閥自動關閉，末端空調器停止工作，并顯示報警信號。

3.1.6看門狗電路

看門狗采用MAX813芯片，它不僅具有掉電保護作用，而且可在系統出現故障或程序跑飛的情況下，使控制器能夠自動恢復工作，從而得以可靠、安全地運行。

3.1.7電源電路

該系統中電源電路采用雙路獨立電源，分別為數、模供電。包括交流變壓器（220V/12V）、橋式整流電路、濾波電容、集成穩壓塊組成，為系統提供+12V，+5V的直流電壓。

3．2軟件設計

3．2．1主程序流程圖

3．2．2主要模塊功能

⑴溫度控制：通過中央管理機設定溫度參數，并通過采集的流量和溫度傳感數據，將控制信號反饋給比例積分三通電動閥，自動調節經過末端空調器的空調冷媒流量，從而達到自動控制室溫的目的。具體內容包括溫度調節，風機輸出控制，溫度零漂調節，溫控滯帶參數設定等；調節范圍為18℃~30℃，帶PID調節，精度1℃。

⑵輸出控制：將采樣結果同溫度設定值（制冷時高于4℃，制熱時低于4℃）進行比較并作出相應動作，控制相應可控硅的導通與關閉，從而實現了溫度、風速和水閥的控制。

⑶計費功能：計費是本系統的主要任務。本系統的計費公式如下:

F=A_QQ+F₁

式中F——用戶應向物業部門所交付的總費用

A_Q——用冷/熱費用系數

Q ——釋放的冷/熱量，KJ

F₁——附加費用

根據該式可計算得用戶用冷/熱消耗量，戶機顯示出其累計值，并在上位機呼叫時將其數據報送。上位機根據物業管理部門的要求,將各用戶應繳的費用顯示、打印制表或轉帳等。

4 中央管理機

管理機為PC機,管理軟件能對能量計量表進行遠程監控，完成對房間溫度的遠程集中式控制，采集并保存每天的計費數據明細，并能統計分析打印詳細清單和報表，完成對房間溫控器的集中式管理。

4．1 管理機

操作系統：Win9X/2000/XP；

編程語言及數據庫：Delphi7.0+Access；

數據庫連接：ADO；

通訊方式：PC機RS232通訊接口；

4．2 管理機向控制器發送的內容

空調啟停命令；

溫度、風機大小設定值；

時間設定值；

計費數據采集命令；

控制器狀態采集命令；

4．3控制器向管理機發送的內容

控制器工作狀態（空調啟/停、風機狀態）；

計費數據；

4．4功能描述

⑴數據采集：每日定時自動（必要時可以手動）通過串口讀取各控制器的計費數據并保存明細，對采集到的終端原始數據進行存儲操作；

⑵遠程控制：管理機對具體地址的控制器進行遠程開啟、關閉、暫停控制，溫度調節，費率設置等；

⑶監視及故障診斷：管理機監視各控制器的運行狀態（溫度設定、開機時間等），分析各控制器發送的數據，及時了解系統運行狀態和運行中的問題（如地址沖突），提示操作人員注意；

⑷用戶管理：包括操作用戶的管理和系統用戶的管理（查詢、開戶、銷戶等）；

⑸查詢：查詢、檢索用戶的計費清單（根據用戶名、控制器名或地址、費用等聯合查詢）；

⑹統計及報表：按日/周/月計費清單，按時間段（日/月/年）進行費用統計報表；

⑺打印：打印用戶日/周/月計費清單、月計費詳單、統計報表；

5 結語

本系統的創新點在于網絡的組成，是采用局域網通過一個通信機接入總網絡的形式來實現，可滿足實際系統的要求：通過RS485的網絡連接方式接入1600個測量點。本系統經過了一系列仿真實驗，可安全，靈活，準確地運行，具有一定的方便性，合理性和實用性。

參考文獻：

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