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(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。