摘 要：提出中央空調(diào)能效管理控制的方案，大大節(jié)省了有效的能源。選用飛利浦公司帶有I²C總線的單片機(jī)P87LPC764，溫度信號(hào)由TC1047A溫度傳感器采集后由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過串行數(shù)據(jù)(SDA和串行時(shí)鐘(SCL二線傳入單片機(jī)。單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、整理后把輸出信號(hào)傳輸至顯示模塊LCD621和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5615進(jìn)行顯示和控制變頻器，從而達(dá)到了調(diào)節(jié)電機(jī)功率、節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：P87LPC764單片機(jī);中央空調(diào);節(jié)能;溫度控制

Efficiency′s Control System of Central Air-conditioning Based on SCM P87LPC764

HANG Jiatian1，LI Qiang1，YAN hengguo1，JIA Yajun2

(1.Ministry of Education ey Laboratory of Photoelectricity Gas-oil Logging and Detecting，Xi′an Shiyou University，Xi′an，710065，China;

2.China Petroleum Yumen Oilfield Operating Company，Yumen，735200，China

Abstract：Program of management of the energy efficiency of the central air-conditioning is proposed，it greatly saves effective energy.The system has used a Philips′s Microcontroller P87LPC764，which has a I2C bus.The temperature signal collected by the TC1047A temperature sensor will be converted into digital signals by the ADC TLC0834 and through Serial Data (SDA and the Serial Clock (SCL second-lines the digital signals will be imported SCM.After the input signal has been analyzed and finished by SCM，the output signal will be transmitted to display module LCD621 and digital to analog TLC5615 for display and control of inverter，so as to regulate the electromotor′s power and save the energy.

eywords：P87LPC764 SCM;central air-conditioning;energy saving;temperature control

1 引 言

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機(jī)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成。制冷機(jī)通過壓縮機(jī)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(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。

在系統(tǒng)中，冷動(dòng)泵、冷卻泵、水塔風(fēng)扇變頻器采用開環(huán)控制，由維護(hù)人員根據(jù)季節(jié)不同和負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，在每一個(gè)房間內(nèi)都安裝熱交換器和循環(huán)風(fēng)機(jī)，通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變熱交換量的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)房間溫度的目地。

常見的控制方法是按“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(diào)節(jié)，各種環(huán)境因素的變化常常會(huì)使人感到不適。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案，采用變頻器調(diào)速控制，有效地解決了上述問題，達(dá)到了室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的，大大的節(jié)省了能源。

3 中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)性能特點(diǎn)

中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)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(nèi)溫度LCD液晶顯示，測(cè)溫范圍-5～30 ℃；精度±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0~5 V，PID控制周期為5 min;

(4 運(yùn)行時(shí)間累計(jì)功能，LCD1-4位顯示小時(shí)，5，6位顯示分鐘，每小時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)1次，每次停止運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)存儲(chǔ)到E2PROM內(nèi)，每次啟動(dòng)自動(dòng)從E2PROM中讀出上一次存儲(chǔ)的時(shí)間值，并送LCD顯示;

(5 現(xiàn)場(chǎng)編程功能，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)設(shè)定室內(nèi)目標(biāo)溫度，控制周期和調(diào)整幅度;

(6 人機(jī)界面功能，10位LCD數(shù)碼顯示，5個(gè)操作鍵分別為MOD，UP，DOWN，ENTER，START/END。聲響提示功能，按鍵有效蜂鳴器響1聲，輸入設(shè)定數(shù)據(jù)有效蜂鳴器響2聲，輸入設(shè)定數(shù)據(jù)錯(cuò)誤蜂鳴器響3聲，設(shè)備故障報(bào)警蜂鳴器響5聲。

4 系統(tǒng)硬件原理及設(shè)計(jì)

中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。選擇TC1047A線性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出信號(hào)(溫度測(cè)量信號(hào)通過集成運(yùn)放LM358送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834進(jìn)行A/D采樣，模擬信號(hào)經(jīng)過A/D變化后的數(shù)字信號(hào)通過總線送至單片機(jī)進(jìn)行處理。經(jīng)過處理后，輸出控制信號(hào)至數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5615從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器功率的控制，大大節(jié)省了能源。顯示數(shù)據(jù)通過總線送至LCD621，鍵盤采用鍵盤中斷方式進(jìn)行中斷處理，繼電器通過吸合與斷開控制風(fēng)機(jī)的啟停，E2PROM 24C02用來存放溫度的設(shè)定值以及PID參數(shù)。由此可見，與同類產(chǎn)品比較，該產(chǎn)品的硬件簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換，所需器件少，用非常低的成本即可實(shí)現(xiàn)。

4.1 溫度檢測(cè)環(huán)節(jié)

4.1.1 TC1047A概述

TC1047A為線性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出電壓與測(cè)量的溫度成正比。它可精確測(cè)測(cè)量-40~+125 ℃范圍內(nèi)的溫度。同時(shí)，TC1047A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：-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(duì)寬溫度范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。TC1047A提供3引腳SOT-23B封裝，適合空間要求嚴(yán)格的溫度測(cè)量應(yīng)用。

4.1.2 TLC0834概述

TLC0834是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)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(zhǔn)電壓大小可以調(diào)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(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省51系列單片機(jī)I/O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(dú)立使用； 可滿量程工作；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0~5 V；當(dāng)輸入和輸出與TTL，CMOS電平兼容時(shí)鐘頻率為250 kHz時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為32 μs； 可以和美國國家半導(dǎo)體公司的ADC0834和ADC0838進(jìn)行替換，但它內(nèi)部不帶齊納穩(wěn)壓器網(wǎng)絡(luò)；總調(diào)整誤差為±1 LSB。

4.2 信號(hào)處理單元P87LPC7648位OTP單片機(jī)

P87LPC764系列單片機(jī)是Philips公司為滿足低成本，高集成場(chǎng)合而開發(fā)的芯片，該芯片采用加速51內(nèi)核，在相同的時(shí)鐘頻率下，其速度是標(biāo)準(zhǔn)51的2倍，內(nèi)含A/D，UART串口、自帶振蕩器、I2C總線接口等，可以滿足許多方面的性能要求。

P87LPC764包含中央處理單元、128 B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，4 kB的OTP程序存儲(chǔ)器、15個(gè)I/O口和1個(gè)輸入口、2個(gè)16位獨(dú)立的代溢出觸發(fā)功能的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8個(gè)鍵盤中斷輸入和兩個(gè)外部中斷輸入。此外，P87LPC764還有上電復(fù)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1 μA。若選擇片內(nèi)振蕩器，則無需外接元件，僅接上正電源及地線即可。獨(dú)立的看門狗振蕩電路，因而它可偵測(cè)時(shí)鐘源的工作狀態(tài)。32 B用戶代碼區(qū)可用來存放序列碼及設(shè)置參數(shù)，4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖2所示，采用人性化設(shè)計(jì)，用戶不必做任何操作，智能運(yùn)行。開機(jī)上電，系統(tǒng)進(jìn)入初始化程序，對(duì)單片機(jī)P87LPC764，LCD，E2PROM分別進(jìn)行初始化，實(shí)時(shí)采集室內(nèi)溫度并顯示，然后單片機(jī)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中斷的發(fā)生。

當(dāng)方波發(fā)生器每0.5 s產(chǎn)生1個(gè)中斷喚醒單片機(jī)時(shí)，主程序調(diào)用累計(jì)時(shí)間處理子程序，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行累加，每小時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)一次時(shí)間數(shù)據(jù)到E2PROM內(nèi)。

鍵盤中斷后，程序進(jìn)入按鍵中斷服務(wù)程序，執(zhí)行按鍵操作功能，完成對(duì)工作模式，控制周期和調(diào)整幅度的設(shè)定。中斷程序執(zhí)行結(jié)束后，系統(tǒng)測(cè)量實(shí)時(shí)溫度并顯示溫度。

系統(tǒng)共有5個(gè)溫度控制狀態(tài)，方波發(fā)生器每0.5 s產(chǎn)生一個(gè)外部中斷后，系統(tǒng)就查詢一次系統(tǒng)溫度控制狀態(tài)，并根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

狀態(tài)0是未啟動(dòng)狀態(tài)，表示主機(jī)剛剛啟動(dòng)運(yùn)行，室內(nèi)溫度和目標(biāo)溫度相差可能較大，這時(shí)系統(tǒng)全功率運(yùn)行5 min，使室內(nèi)溫度在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)目標(biāo)溫度。

狀態(tài)1是啟動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)要判斷采樣到的室內(nèi)溫度與用戶設(shè)定溫度值的大小關(guān)系，室內(nèi)采樣溫度大于用戶設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入狀態(tài)2提速狀態(tài)，提高數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)提高電機(jī)功率，加速制冷。當(dāng)室內(nèi)采樣溫度小于用戶設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入狀態(tài)3減速狀態(tài)，降低數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，從而達(dá)到降低電機(jī)功率目地。當(dāng)室內(nèi)采樣溫度等于用戶設(shè)定時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入平衡狀態(tài)，保持電機(jī)功率不變。從而使室溫維持在用戶所期望的恒定溫度，讓人感到舒適滿意，更重要的是其節(jié)能效果高達(dá)30%以上。

6 結(jié) 語

程序在經(jīng)過調(diào)試后，在實(shí)際的應(yīng)用中有良好的效果。在實(shí)際的測(cè)試中，有2點(diǎn)值得注意:

(1 工業(yè)采集要求的是準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上靈敏，但這2點(diǎn)有時(shí)是相互沖突的。在實(shí)際的應(yīng)用中，一般采集64次完全可以保證精度與靈敏性。

(2 由于比較的參數(shù)可以通過E2PROM 存貯，只要對(duì)電路稍加改動(dòng)，即可適用于其他場(chǎng)合和工礦的要求。因此，這款成本低，精度高的溫控節(jié)能裝置具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于購銷雙方都是有利的。

本系統(tǒng)采用P87LPC764單片機(jī)控制，外圍電路少、系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強(qiáng)、操作方便、低成本、值得推廣。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］齊志才，蓋爽，李西林，等.中央空調(diào)房間嵌入式控制系統(tǒng)［J］.元器件與應(yīng)用，2003(5:25-27.

［2］何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

［3］周航慈，周立功，朱日文.Philips 51LPC系列單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001