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1 引 言 中央空調系統主要由制冷機、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統，風機盤管系統和散熱水塔組成。制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。在系統中，冷動泵、冷卻泵、水塔風扇變頻器采用開環控制，由維護人員根據季節不同和負荷的變化進行調節，在每一個房間內都安裝熱交換器和循環風機，通過控制風機的轉速來改變熱交換量的大小，達到調節房間溫度的目地。 常見的控制方法是按“高、中、低、關”分檔模式控制，其缺點是房間的溫度需要手動調節，各種環境因素的變化常常會使人感到不適。風機轉速控制方案，采用變頻器調速控制，有效地解決了上述問題，達到了室內溫度自動調節的目的，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Tsv，風箱出口溫度為Tw，當前室內環境溫度的測量值為Tpv，室外的溫度為T0，室內的散(吸)熱系數為Kv，比熱容為C，由風機轉動而產生的空氣流量為q，其比熱容為Cp，流量q正比于風機的轉速n，其比例系數為Kc，根據動態能量平衡原理，可得： 由式(1)可知，影響室內溫度的主要因素是風箱出口溫度Tw，室內環境溫度Tpv，室內的散(吸)熱系數Kv，循環風機的轉速n。其中Kv由室內環境溫度、室外溫度及房間密封隔熱狀況決定。因此選擇循環風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 中央空調能效管理系統主要有以下特點： (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位顯示實時溫度值； (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)運行時間累計功能，LCD1一4位顯示小時，5，6位顯示分鐘，每小時自動存儲1次，每次停止運行時間自動存儲到E2PROM內，每次啟動自動從E2PROM中讀出上一次存儲的時間值，并送LCD顯示； (5)現場編程功能，現場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線性電壓輸出的溫度傳感器，其輸出信號(溫度測量信號)通過集成運放LM358送至模／數轉換器TLC0834進行A／D采樣，模擬信號經過A／D變化后的數字信號通過總線送至單片機進行處理。經過處理后，輸出控制信號至數／模轉換器TLC5615從而實現對變頻器功率的控制，大大節省了能源。顯示數據通過總線送至LCD621，鍵盤采用鍵盤中斷方式進行中斷處理，繼電器通過吸合與斷開控制風機的啟停，E2PROM 24C02用來存放溫度的設定值以及PID參數。由此可見，與同類產品比較，該產品的硬件簡單，實現了人機交換，所需器件少，用非常低的成本即可實現。 4．1 溫度檢測環節 4．1．1 TCl047A概述 TCl047A為線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，TCl047A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：一40℃時為100 mV，0℃時為500 mV，+25℃時為750 mV和+125℃時為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，價格也較適中。其主要特點如下：8位分辨率；易于和微處理器接口或獨立使用；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O～5 V；當輸入和輸出與TTL，CMOS電平兼容時鐘頻率為250 kHz時，其轉換時間為32μs；可以和美國國家半導體公司的ADC0834和ADC0838進行替換，但它內部不帶齊鈉穩壓器網絡；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公司為滿足低成本，高集成場合而開發的芯片，該芯片采用加速51內核，在相同的時鐘頻率下，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內部數據存儲器RAM，4 kB的OTP程序存儲器、15個I／O口和1個輸入口、2個16位獨立的代溢出觸發功能的定時／計數器、8個鍵盤中斷輸入和兩個外部中斷輸入。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，則無需外接元件，僅接上正電源及地線即可。獨立的看門狗振蕩電路，因而它可偵測時鐘源的工作狀態。32 B用戶代碼區可用來存放序列碼及設置參數，4個中斷優先級。 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，用戶不必做任何操作，智能運行。開機上電，系統進入初始化程序，對單片機P87LPC764，LCD，E2PROM分別進行初始化。實時采集室內溫度并顯示，然后單片機進行睡眠狀態，等待方波發生器產生的外部中斷或鍵盤中斷的發生。 當方波發生器每O．5 s產生1個中斷喚醒單片機時，主程序調用累計時間處理子程序，對系統運行時間進行累加，每小時自動存儲一次時間數據到E2PROM內。 鍵盤中斷后，程序進入按鍵中斷服務程序，執行按鍵操作功能，完成對工作模式，控制周期和調整幅度的設定。中斷程序執行結束后，系統測量實時溫度并顯示溫度。系統共有5個溫度控制狀態，方波發生器每O．5 s產生一個外部中斷后，系統就查詢一次系統溫度控制狀態，并根據相應的狀態進行相應的調整。 狀態0是未啟動狀態，表示主機剛剛啟動運行，室內溫度和目標溫度相差可能較大，這時系統全功率運行5 min，使室內溫度在最短的時間內到達目標溫度。 狀態l是啟動狀態，這時要判斷采樣到的室內溫度與用戶設定溫度值的大小關系，室內采樣溫度大于用戶設定溫度時，系統進入狀態2提速狀態，提高數／模轉換器的輸出電壓，從而實現提高電機功率，加速制冷。當室內采樣溫度小于用戶設定溫度時，系統進入狀態3減速狀態，降低數／模轉換器的輸出電壓，從而達到降低電機功率目地。當室內采樣溫度等于用戶設定時，系統進入平衡狀態，保持電機功率不變。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，更重要的是其節能效果高達30％以上。 6 結 語 程序在經過調試后，在實際的應用中有良好的效果。在實際的測試中，有2點值得注意： (1)工業采集要求的是準確的基礎上靈敏，但這2點有時是相互沖突的。在實際的應用中，一般采集64次完全可以保證精度與靈敏性。 (2)由于比較的參數可以通過E2PROM存貯，只要對電路稍加改動，即可適用于其他場合和工礦的要求。因此，這款成本低，精度高的溫控節能裝置具有更強的競爭力，對于購銷雙方都是有利的。 本系統采用P87LPC764單片機控制，外圍電路少、系統穩定、功能強、操作方便、低成本、值得推廣。 |
