黎綿昌

（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 佛山 528333）

多聯(lián)機(jī)目前大量用在賓館、寫字樓、學(xué)校及娛樂等場(chǎng)所，量大面廣，卻還沒有成熟的節(jié)能控制措施。所以，針對(duì)這種現(xiàn)狀，本課題組研發(fā)了一種針對(duì)多聯(lián)機(jī)的節(jié)能控制器。

1 節(jié)能控制器市場(chǎng)的現(xiàn)狀及采取措施

目前，只有高級(jí)賓館等使用大型水冷式中央空調(diào)的場(chǎng)所，有插卡取電和溫度控制功能。分散式使用多聯(lián)機(jī)、家用空調(diào)的場(chǎng)所，還沒有這種節(jié)能開關(guān)，并且不能控制開停機(jī)時(shí)間，也不能靈活多變的進(jìn)行參數(shù)調(diào)整設(shè)定。如今節(jié)能控制開關(guān)雖不少，但是都存在著不少問題。例如，有些產(chǎn)品其外觀不但粗糙而且無法實(shí)現(xiàn)溫度控制，從原則上來說不能算是節(jié)能開關(guān)；有些空調(diào)節(jié)能控制器，雖然能通過溫度以及電流電壓來控制空調(diào)的運(yùn)行，但是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的控制；有部分節(jié)能控制器雖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的控制，但是對(duì)時(shí)間上的控制卻不是靈活的，甚至是不能更改的，而且過了設(shè)定時(shí)間就必須手動(dòng)按鍵才能實(shí)現(xiàn)其二次工作；有的是設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度不合理，操作過于頻繁；另外，還有接線繁瑣、按鍵繁多、功能不少但沒多大用處，更無法實(shí)現(xiàn)對(duì)商用空調(diào)的控制。

針對(duì)目前空調(diào)節(jié)能開關(guān)面臨的現(xiàn)狀，我們對(duì)節(jié)能控制器的控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將微電腦控制技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行集成開發(fā)應(yīng)用，智能化的控制空調(diào)器的運(yùn)行。人體感受舒適標(biāo)準(zhǔn)的高低，舒適度不僅與溫度有關(guān)，同時(shí)與濕度也有要求（一般人體感覺最舒適的溫度為：21～24℃、相對(duì)濕度為：50%～60%），所以在設(shè)計(jì)中著重從舒適度方面考慮，通過“參數(shù)設(shè)置端口”既可以實(shí)現(xiàn)溫度精確控制，也可以同步設(shè)定相對(duì)濕度范圍，同時(shí)可根據(jù)作息工作時(shí)間對(duì)開關(guān)機(jī)的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。

重新設(shè)計(jì)的節(jié)能控制器既可用于家用空調(diào)設(shè)備的節(jié)能控制，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)多聯(lián)商用空調(diào)設(shè)備智能化監(jiān)控。除安裝方便外觀巧美外操作簡(jiǎn)單容易，一旦設(shè)定好之后就能自動(dòng)控制，無需再進(jìn)行人為操作，既方便實(shí)用，又高效節(jié)能。

2 節(jié)能控制器的開發(fā)

2.1 控制器設(shè)計(jì)思路

對(duì)于空調(diào)，影響能耗的主要因素有：1）認(rèn)知因素，即使用者的節(jié)能意識(shí)，具體表現(xiàn)在是否有人走關(guān)空調(diào)的習(xí)慣，以及是否會(huì)把空調(diào)溫度設(shè)得很低（國(guó)家鼓勵(lì)空調(diào)溫度設(shè)置在26℃以上）；2）技術(shù)因素，產(chǎn)品是否高效節(jié)能，具體表現(xiàn)在產(chǎn)品的能效級(jí)別以及是否始終運(yùn)行在高效狀態(tài)。

鑒于上述因素分析，所設(shè)計(jì)的控制器能以技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)以下功能：1）強(qiáng)制設(shè)置空調(diào)溫度：夏天室內(nèi)溫度高于26℃（該溫度可調(diào)）才開始制冷；冬天室內(nèi)溫度低于15℃（該溫度可調(diào)）才開始制熱；2）空調(diào)開啟后，制冷時(shí)室內(nèi)溫度連續(xù)6分鐘低于23℃（或制熱時(shí)室內(nèi)溫度連續(xù)6分鐘高于18℃），壓縮機(jī)自動(dòng)關(guān)閉；3）設(shè)定開關(guān)機(jī)時(shí)間，當(dāng)人離開房間后會(huì)自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)器的總電源；4）系統(tǒng)帶病工作時(shí)，要能夠及時(shí)報(bào)警以得到合理的保養(yǎng)和維修，保證運(yùn)行效率。

2.2 控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

控制器配置溫度傳感器和濕度傳感器，采集室內(nèi)環(huán)境溫度和濕度參數(shù)，設(shè)計(jì)溫度控制電路、濕度控制電路，將溫度和濕度物理量變?yōu)殡妳?shù)。設(shè)計(jì)微處理器電路、顯示電路、按鍵輸入電路、接收溫度、濕度信號(hào)等。編制控制程序，將采集的溫度、濕度與設(shè)定的溫度、濕度進(jìn)行邏輯運(yùn)算控制信號(hào)。設(shè)計(jì)放大及驅(qū)動(dòng)電路，控制觸點(diǎn)式控制器，再控溫度傳感器和空氣開關(guān)或壓縮機(jī)電源?？照{(diào)設(shè)備智能型節(jié)能控制器微電腦控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，見圖1所示。

圖1 空調(diào)設(shè)備智能型節(jié)能控制器微電腦控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路及延時(shí)電路，根據(jù)設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間段，對(duì)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行性能控制。根據(jù)室內(nèi)溫度、濕度參數(shù)的變化，運(yùn)行制冷模式或制熱或除濕模式。設(shè)計(jì)外置參數(shù)設(shè)置控制板，包括按鍵電路、放大電路、微處理器控制電路、顯示電路、輸出電路等，對(duì)節(jié)能控制開關(guān)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)主要由以下4大部分組成：主控板、參數(shù)設(shè)置端口，數(shù)字式溫度傳感器和濕度傳感器。圖2是節(jié)能控制器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，功能的設(shè)定主要是通過外置的參數(shù)設(shè)置端口來綁定的，設(shè)定好的溫度和溫度傳感器實(shí)際檢測(cè)到的溫度對(duì)比來實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

圖3是系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，從功能結(jié)構(gòu)圖中可以大致地了解到節(jié)能控制器的工作原理，先是220 V的交流電經(jīng)過變壓器的變壓，四個(gè)二極管的整流、電容的濾波變成了9 V的直流電。9 V的直流電再由三端穩(wěn)壓集成塊輸出5 V直流電源，再輸送到單片機(jī)，保障單片機(jī)的正常工作。單片機(jī)通過設(shè)定的時(shí)間、溫度、濕度以實(shí)際的時(shí)間、溫度濕度對(duì)比來決定是否給驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路的開路和斷路實(shí)現(xiàn)電源供電的開和斷。為了滿足設(shè)計(jì)的需要單片機(jī)采用了可擦寫及存儲(chǔ)量較大，管腳為28只，型號(hào)為：MEGA8L-8PI的高性能、低功耗8位AVR微入理器，該產(chǎn)品具有的特性為：

1）先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)?？纱鎯?chǔ)130條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)針周期；有32個(gè)8位的通用工作存儲(chǔ)器。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上的Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)編程，真正的讀寫操作；512字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命達(dá)100 000次。

3）工作電源。范圍在2.7～5.5 V之間。

2.3 運(yùn)行效果

將研制的控制器安裝在某圖書館雜志閱覽室多聯(lián)機(jī)上使用。該閱覽室一半用普通多聯(lián)機(jī)，一半用加裝節(jié)能控制器的多聯(lián)機(jī)。常規(guī)多聯(lián)機(jī)在安裝節(jié)能控制器前后耗電量比較數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 常規(guī)多聯(lián)機(jī)在安裝節(jié)能控制器前后耗電量的對(duì)比

1月份，由于溫度較低，所以閱覽室開啟空調(diào)取暖，常規(guī)多聯(lián)機(jī)能耗較高，而加裝節(jié)能控制器的多聯(lián)機(jī)要在室溫度低于15℃時(shí)才能開啟，所以能耗降低70.3%。

2月份，學(xué)校春節(jié)放假，沒有采集完整數(shù)據(jù)。

3～4月份，廣東地區(qū)返潮、梅雨季節(jié)時(shí)，閱覽室開啟空調(diào)去濕，常規(guī)多聯(lián)機(jī)可能在濕度已經(jīng)很低的情況下仍然在運(yùn)行，所以能耗高，而加裝節(jié)能控制器的多聯(lián)機(jī)在濕度達(dá)到以后即停機(jī)，所以節(jié)能明顯。

5月份，廣東溫度較高，普遍達(dá)到26℃以上的室溫，此時(shí)常規(guī)多聯(lián)機(jī)和加裝控制器的多聯(lián)機(jī)都要開啟，但加裝節(jié)能控制器的多聯(lián)機(jī)能有效避免中午忘關(guān)空調(diào)和設(shè)定溫度太低的問題，所以仍然有21.8%的節(jié)能效果。

從上述數(shù)據(jù)看，節(jié)能控制器具有很好的節(jié)能效果。但同時(shí)也看到了，加裝節(jié)能控制器以后實(shí)際上限制了多聯(lián)機(jī)的使用，所以，最好的使用方式是在保證使用的情況下常規(guī)多聯(lián)機(jī)與節(jié)能多聯(lián)機(jī)共用，這樣既可保證使用同時(shí)可獲節(jié)能。

3 結(jié)論

空調(diào)設(shè)備智能型節(jié)能控制器在微電腦控制電路設(shè)計(jì)、采集環(huán)境參數(shù)、CPU程序控制、輸出控制信號(hào)、弱電控制強(qiáng)電、智能化控制空調(diào)設(shè)備的開機(jī)溫度和運(yùn)行時(shí)間等方面，均有很好的先進(jìn)性。使空調(diào)設(shè)備運(yùn)行受時(shí)間、環(huán)境溫度及濕度限制，達(dá)到節(jié)能目的。將微電腦控制技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行集成開發(fā)應(yīng)用，智能化的控制空調(diào)器的運(yùn)行，賦予傳統(tǒng)空調(diào)的新功能，保證空調(diào)節(jié)能運(yùn)行，有著很好的科學(xué)性。還具有體積小、外觀美麗，功耗低，控制溫度和時(shí)間精確度高等特點(diǎn)。

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