基于P87LPC764單片機中央空調能效管理系統

中央空調系統主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統、冷凍水循環(huán)系統，風(fēng)機盤(pán)管系統和散熱水塔組成。制冷機通過(guò)壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機風(fēng)口的冷卻盤(pán)管中，由風(fēng)機吹送冷風(fēng)達到降溫的目的。在系統中，冷動(dòng)泵、冷卻泵、水塔風(fēng)扇變頻器采用開(kāi)環(huán)控制，由維護人員根據季節不同和負荷的變化進(jìn)行調節，在每一個(gè)房間內都安裝熱交換器和循環(huán)風(fēng)機，通過(guò)控制風(fēng)機的轉速來(lái)改變熱交換量的大小，達到調節房間溫度的目地。

　　常見(jiàn)的控制方法是按“高、中、低、關(guān)”分檔模式控制，其缺點(diǎn)是房間的溫度需要手動(dòng)調節，各種環(huán)境因素的變化常常會(huì )使人感到不適。風(fēng)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(wèn)題，達到了室內溫度自動(dòng)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T(mén)sv，風(fēng)箱出口溫度為T(mén)w，當前室內環(huán)境溫度的測量值為T(mén)pv，室外的溫度為T(mén)0，室內的散(吸)熱系數為Kv，比熱容為C，由風(fēng)機轉動(dòng)而產(chǎn)生的空氣流量為q，其比熱容為Cp，流量q正比于風(fēng)機的轉速n，其比例系數為Kc，根據動(dòng)態(tài)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(fēng)箱出口溫度Tw，室內環(huán)境溫度Tpv，室內的散(吸)熱系數Kv，循環(huán)風(fēng)機的轉速n。其中Kv由室內環(huán)境溫度、室外溫度及房間密封隔熱狀況決定。因此選擇循環(huán)風(fēng)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(diǎn)

　　中央空調能效管理系統主要有以下特點(diǎn)：

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

　　(5)現場(chǎng)編程功能，現場(chǎng)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(gè)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(xiàn)性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出信號(溫度測量信號)通過(guò)集成運放LM358送至模／數轉換器TLC0834進(jìn)行A／D采樣，模擬信號經(jīng)過(guò)A／D變化后的數字信號通過(guò)總線(xiàn)送至單片機進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)處理后，輸出控制信號至數／模轉換器TLC5615從而實(shí)現對變頻器功率的控制，大大節省了能源。顯示數據通過(guò)總線(xiàn)送至LCD621，鍵盤(pán)采用鍵盤(pán)中斷方式進(jìn)行中斷處理，繼電器通過(guò)吸合與斷開(kāi)控制風(fēng)機的啟停，E2PROM 24C02用來(lái)存放溫度的設定值以及PID參數。由此可見(jiàn)，與同類(lèi)產(chǎn)品比較，該產(chǎn)品的硬件簡(jiǎn)單，實(shí)現了人機交換，所需器件少，用非常低的成本即可實(shí)現。

　　4．1 溫度檢測環(huán)節

　　4．1．1 TCl047A概述

　　TCl047A為線(xiàn)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(shí)，TCl047A的工作電壓范圍為2．5～5．5 V。這類(lèi)溫度傳感器的輸出電壓典型值為：一40℃時(shí)為100 mV，0℃時(shí)為500 mV，+25℃時(shí)為750 mV和+125℃時(shí)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(jìn)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。

　　4．1．2 TLC0834概述

　　TLC0834是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近模／數轉換器，具有輸入可配置的多通道多路器和串形輸入／輸出方式。其多路器可由軟件配置為單端或差分輸入，也可以配置為偽差分輸入。另外，其輸入基準電壓大小可以調整。在全8位分辨率下，它允許任意小的模擬電壓編碼間隔。由于TLC0834采用的是串行輸入結構，因此封裝體積小，可節省51系列單片機I／0資源，價(jià)格也較適中。其主要特點(diǎn)如下：8位分辨率；易于和微處理器接口或獨立使用；可滿(mǎn)量程工作；可用地址邏輯多路器選通4輸入通道；單5 V供電，輸入范圍為O～5 V；當輸入和輸出與TTL，CMOS電平兼容時(shí)鐘頻率為250 kHz時(shí)，其轉換時(shí)間為32μs；可以和美國國家半導體公司的ADC0834和ADC0838進(jìn)行替換，但它內部不帶齊納穩壓器網(wǎng)絡(luò )；總調整誤差為±1 LSB。

4．2 信號處理單元P87LPC764 8位0TP單片機

　　P87LPC764系列單片機是Philips公司為滿(mǎn)足低成本，高集成場(chǎng)合而開(kāi)發(fā)的芯片，該芯片采用加速51內核，在相同的時(shí)鐘頻率下，其速度是標準51的2倍，內含A／D，UART串口、自帶振蕩器、I2C總線(xiàn)接口等，可以滿(mǎn)足許多方面的性能要求。

　　P87LPC764包含中央處理單元、128 B內部數據存儲器RAM，4 kB的OTP程序存儲器、15個(gè)I／O口和1個(gè)輸入口、2個(gè)16位獨立的代溢出觸發(fā)功能的定時(shí)／計數器、8個(gè)鍵盤(pán)中斷輸入和兩個(gè)外部中斷輸入。此外，P87LPC764還有上電復位、空閑掉電模式、低電平中斷喚醒功能。掉電模式下，電流僅位1μA。若選擇片內振蕩器，則無(wú)需外接元件，僅接上正電源及地線(xiàn)即可。獨立的看門(mén)狗振蕩電路，因而它可偵測時(shí)鐘源的工作狀態(tài)。32 B用戶(hù)代碼區可用來(lái)存放序列碼及設置參數，4個(gè)中斷優(yōu)先級。

　　5 系統軟件設計

　　主程序流程圖如圖2所示，采用人性化設計，用戶(hù)不必做任何操作，智能運行。開(kāi)機上電，系統進(jìn)入初始化程序，對單片機P87LPC764，LCD，E2PROM分別進(jìn)行初始化。實(shí)時(shí)采集室內溫度并顯示，然后單片機進(jìn)行睡眠狀態(tài)，等待方波發(fā)生器產(chǎn)生的外部中斷或鍵盤(pán)中斷的發(fā)生。