李芝

[摘 要]能源環(huán)境是近年來世界發(fā)展中關(guān)注的一個焦點(diǎn)問題。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)，人們在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了技術(shù)的創(chuàng)新，針對人們生活中能源消耗比較大的空調(diào)也應(yīng)開發(fā)一種節(jié)電器，減少能源的消耗。本文就對一種空調(diào)智能節(jié)電器的開發(fā)進(jìn)行了詳盡的說明和探索，為更好的能源節(jié)約開發(fā)了一種新的設(shè)備，該設(shè)備在之后的市場中也會獲得較好的發(fā)展前景。

[關(guān)鍵詞]空調(diào)智能節(jié)能器；節(jié)電模式；設(shè)計開發(fā)

中圖分類號：TB657.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）30-0083-01

能源的不斷耗竭、能源價格的不斷上漲使世界各國都認(rèn)識到了節(jié)能的重要性，國家也在各個方面加大對節(jié)能的關(guān)注，這為節(jié)能產(chǎn)品的發(fā)展創(chuàng)造了良好的市場需求和環(huán)境。本文研制的空調(diào)智能節(jié)電器，通過優(yōu)化空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行曲線，充分利用空調(diào)制冷的剩余冷（熱）量來提高制冷（熱）效率，在提供舒適室溫的同時實(shí)現(xiàn)節(jié)電效果，節(jié)電率可達(dá)到15%-45%；同時，根據(jù)晝夜室內(nèi)外溫差的不同，可通過按鍵或遙控器自行設(shè)定節(jié)電率，方便用戶使用；另外，由于節(jié)電器降低了空調(diào)壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，從而有效地延長空調(diào)設(shè)備的使用壽命。

一、空調(diào)節(jié)電器基本原理

1.氣候區(qū)劃確定相應(yīng)節(jié)電模式：《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB50176-93）將我國氣候區(qū)劃系統(tǒng)分為五個區(qū)，分別為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)和溫和地區(qū)。我國地域廣闊，氣候變化多樣。

2.室內(nèi)外溫差自動調(diào)整節(jié)電率：在控制室內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)值的同時，室外溫度是不斷變化的。根據(jù)室內(nèi)外晝夜溫差變化規(guī)律，將一天24h分為多個時段，節(jié)電器自動調(diào)整節(jié)電率，優(yōu)化壓縮機(jī)的運(yùn)行曲線，充分利用空調(diào)制冷（熱）的剩余的冷（熱）量，有效避免壓縮機(jī)的頻繁啟動，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

3.溫度越限自動切換節(jié)電狀態(tài)：根據(jù)人體舒適度要求，設(shè)定溫度的上限28℃，下限22℃，在溫度模塊的作用下，檢測室內(nèi)溫度是否越限，超出上限，自動切換至非節(jié)電狀態(tài)，超出下限，自動切換至節(jié)電狀態(tài)。

二、空調(diào)節(jié)電器軟硬件設(shè)計

（一）空調(diào)節(jié)電器硬件設(shè)計節(jié)電器硬件如圖1所示。

1.MCU模塊

采用HT48R70A-1是一款八位高性能精簡指令集單片機(jī)，專為多輸入輸出控制的產(chǎn)品設(shè)計。擁有低功耗、I/O口穩(wěn)定性高、定時器功能、振蕩選擇、省電和喚醒功能、看門狗定時器、蜂鳴器驅(qū)動以及低價位等優(yōu)勢，使此款多功能芯片可以廣泛地適用于各種應(yīng)用，在本產(chǎn)品中，采用的是它的48pinSSOP封裝。

2.狀態(tài)顯示及參數(shù)設(shè)置模塊

節(jié)電器在運(yùn)行時需要設(shè)置2個參數(shù)值：節(jié)電模式和當(dāng)前時間，控制模塊將根據(jù)這兩個參數(shù)對空調(diào)的壓縮機(jī)進(jìn)行控制，從而達(dá)到節(jié)電的目的。在電路中設(shè)置了3個按鍵，按鍵A、B用于參數(shù)的選擇，按鍵C用于參數(shù)的調(diào)節(jié)。電路中的5個數(shù)碼管用來循環(huán)顯示當(dāng)前時間、室內(nèi)溫度以及節(jié)電率，2個發(fā)光二極管用來指示節(jié)電器及空調(diào)的工作狀態(tài)。

3.電源模塊

本節(jié)電器工作電壓為5V和12V，為獲得需要的工作電壓同時節(jié)省制版空間，系統(tǒng)采用開關(guān)電源的設(shè)計。開關(guān)電源體積較普通的電源模塊小，且損耗功率也較少，其效率可達(dá)80%以上。根據(jù)空調(diào)節(jié)電器自身的功率消耗，本文設(shè)計的開關(guān)電源輸出功率≤3W。

4.遙控模塊

遙控器的3個按鍵功能是與節(jié)電器上的按鍵相對應(yīng)。節(jié)電器內(nèi)部解碼芯片是SC2272-M4，屬于固定編碼遙控方式。SC2272是與SC2262配對使用的一塊遙控解碼專用集成電路，采用CMOS工藝制造，它最大擁有12位的三態(tài)地址管腳，可支持多達(dá)531441個地址的編碼[2]。SC2272的數(shù)據(jù)輸出類型可分為鎖存型和瞬態(tài)型。結(jié)合節(jié)電器上按鍵的特點(diǎn)，選擇瞬態(tài)型的SC2272遙控解碼芯片。

5.空調(diào)壓縮機(jī)動作控制模塊

根據(jù)空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行特性及人體對溫度的感適能力，通過一個繼電器控制空調(diào)內(nèi)壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而優(yōu)化了空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行曲線，達(dá)到調(diào)控溫度及節(jié)省電能的功能。此外，繼電器只控制壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并不控制空調(diào)室外機(jī)的啟停；所以，當(dāng)空調(diào)壓縮機(jī)停止時，空調(diào)的室外風(fēng)機(jī)仍將工作，這樣就能充分利用空調(diào)中的余冷（熱），從而達(dá)到很好的節(jié)電效果。

6.溫度檢測模塊

采用的DS18B20芯片是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的新型溫度檢測器件，它是單片結(jié)構(gòu)，無需外加A/D即可輸出數(shù)字量，通訊采用單線制，同時該通訊線還可兼作電源線，即具有寄生電源模式。它具有體積小、精度易保證、無需標(biāo)定等特點(diǎn)，特別適合與單片機(jī)合用構(gòu)成智能溫度檢測及控制系統(tǒng)。

7.實(shí)時時鐘模塊

為了獲得節(jié)電器控制運(yùn)行所需要的精確時間，采用興威帆公司生產(chǎn)的高精度實(shí)時時鐘芯片SD2300API，它內(nèi)置晶振，具有兩線式串行接口。

（二）空調(diào)節(jié)電器軟件設(shè)計

空調(diào)節(jié)電器對實(shí)時性要求不高，對程序運(yùn)行時間的精確度也沒有很嚴(yán)格的要求，因此本文采用C語言編程。程序用C語言編寫可讀性增強(qiáng)，同時維護(hù)較為方便。程序流程圖如圖2。

程序根據(jù)功能可分為6個模塊：

1.初始化模塊

上電復(fù)位后，系統(tǒng)立即執(zhí)行初始化程序，其中包括對定時計數(shù)器TIME1的初始設(shè)置及讀取E2PROM中的節(jié)電參數(shù)，并把節(jié)電參數(shù)賦給計數(shù)器變量，同時初始化顯示數(shù)據(jù)，設(shè)定系統(tǒng)中斷允許，啟動TIME1。

2.鍵碼采集模塊

電路上有4個功能鍵（遙控器上的4個按鍵與其對應(yīng)），程序中采用循環(huán)查詢的方式獲取鍵碼。

3.按鍵處理模塊

電路上有3個功能鍵（遙控器上的3個按鍵與其對應(yīng)），程序中采用循環(huán)查詢的方式獲取鍵碼。按鍵的處理主要是對實(shí)時時鐘的校驗(yàn)，以及用戶所處的地區(qū)模式的設(shè)置，采取邊調(diào)節(jié)邊存儲，并以點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)標(biāo)識被調(diào)節(jié)的參數(shù)。

4.參數(shù)保存模塊

當(dāng)用戶改變參數(shù)設(shè)置的時候，新的參數(shù)值將同時存入E2PROM中。電路中采用的E2PROM芯片是Cat1161，在對Cat1161進(jìn)行讀寫操作時最重要的是對讀寫時序的控制。

5.顯示模塊

節(jié)電器上的2個LED指示燈、5個數(shù)碼管，根據(jù)當(dāng)前時間、室內(nèi)溫度、節(jié)電率、工作狀態(tài)動態(tài)顯示相關(guān)信息，其中數(shù)碼管采用動態(tài)掃描的方式顯示。空調(diào)壓縮機(jī)控制模塊空調(diào)壓縮機(jī)控制集成在TIME0中斷處理中，當(dāng)TIME0的計數(shù)值為0的時候，CPU將對繼電器發(fā)出相應(yīng)的指令，從而控制空調(diào)壓縮機(jī)的啟動。

三、結(jié)語

智能空調(diào)技能器的設(shè)計主要通過空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行曲線的優(yōu)化，來實(shí)現(xiàn)空調(diào)、冰柜的節(jié)電功能，同時還可適當(dāng)調(diào)整節(jié)電率，延長空調(diào)使用壽命，并具備高可靠性和較好的節(jié)電效果，適合市場需求和社會未來發(fā)展，因此顯示出了廣闊的市場發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙風(fēng)林.基站空調(diào)節(jié)電器的原理及應(yīng)用[J].山東通信技術(shù)，2010，03：41-43.

[2] 郭學(xué)武，邵玉槐.智能節(jié)電器運(yùn)行分析[J].電力學(xué)報，2008，02：161-163.