基于單片機中央空調能效管理系統

　　l 引 言

　　中央空調系統主要由制冷機、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統，風機盤管系統和散熱水塔組成。制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。在系統中，冷動泵、冷卻泵、水塔風扇變頻器采用開環控制，由維護人員根據季節不同和負荷的變化進行調節，在每一個房間內都安裝熱交換器和循環風機，通過控制風機的轉速來改變熱交換量的大小，達到調節房間溫度的目地。

　　常見的控制方法是按“高、中、低、關”分檔模式控制，其缺點是房間的溫度需要手動調節，各種環境因素的變化常常會使人感到不適。風機轉速控制方案，采用變頻器調速控制，有效地解決了上述問題，達到了室內溫度自動調節的目的，大大的節省了能源。

　　2 中央空調能效管理系統總體控制參數原理

　　室內要求控制的到的溫度設定為Tsv，風箱出口溫度為Tw，當前室內環境溫度的測量值為Tpv，室外的溫度為T0，室內的散(吸)熱系數為Kv，比熱容為C，由風機轉動而產生的空氣流量為q，其比熱容為Cp，流量q正比于風機的轉速n，其比例系數為Kc，根據動態能量平衡原理，可得：

　　由式(1)可知，影響室內溫度的主要因素是風箱出口溫度Tw，室內環境溫度Tpv，室內的散(吸)熱系數Kv，循環風機的轉速n。其中Kv由室內環境溫度、室外溫度及房間密封隔熱狀況決定。因此選擇循環風機的轉速為控制參數是調節房間溫度從而達到節能的最佳參數。

　　3 中央空調能效管理系統性能特點

　　中央空調能效管理系統主要有以下特點：

　　(1)使用電源為220 VAC，功耗小于5 W；

　　(2)室內溫度LCD液晶顯示，測溫范圍一5～30℃；精度士1℃，LCD8—10位顯示實時溫度值；

　　(3)控制電壓輸出功能，電壓輸出分辨率為10位，輸出電壓范圍O～5 V，PID控制周期為5 min；

　　(4)運行時間累計功能，LCD1一4位顯示小時，5，6位顯示分鐘，每小時自動存儲1次，每次停止運行時間自動存儲到E2PROM內，每次啟動自動從E2PROM中讀出上一次存儲的時間值，并送LCD顯示；

　　(5)現場編程功能，現場隨機設定室內目標溫度，控制周期和調整幅度；

　　(6)人機界面功能，10位LCD數碼顯示，5個操作鍵分別為MOD，UP，DOWN，ENTER，SlTART／END。聲響提示功能，按鍵有效蜂鳴器響1聲，輸入設定數據有效蜂鳴器響2聲，輸入設定數據錯誤蜂鳴器響3聲，設備故障報警蜂鳴器響5聲。

　　4 系統硬件原理及設計

　　中央空調能效管理系統的硬件結構如圖1所示。選擇TCl047A線性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出信號(溫度測量信號)通過集成運放LM358送至模／數轉換器TLC0834進行A／D采樣，模擬信號經過A／D變化后的數字信號通過總線送至單片機進行處理。經過處理后，輸出控制信號至數／模轉換器TLC5615從而實現對變頻器功率的控制，大大節省了能源。顯示數據通過總線送至LCD621，鍵盤采用鍵盤中斷方式進行中斷處理，繼電器通過吸合與斷開控制風機的啟停，E2PROM 24C02用來存放溫度的設定值以及PID參數。由此可見，與同類產品比較，該產品的硬件簡單，實現了人機交換，所需器件少，用非常低的成本即可實現。

　　4．1 溫度檢測環節

　　4．1．1 TCl047A概述

　　TCl047A為線性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出電壓與測量的溫度成正比。它可精確測測量一40～+125℃范圍內的溫度。同時，TCl047A的工作電壓范圍為2．5～5．5 V。這類溫度傳感器的輸出電壓典型值為：一40℃時為100 mV，0℃時為500 mV，+25℃時為750 mV和+125℃時為1．75 V。10 mV／℃的輸出電壓斜率可以對寬溫度范圍內的溫度進行準確測量。TCl047A提供3引腳SOT一23B封裝，適合空間要求嚴格的溫度測量應用。