專利名稱：暖通空調節能自控裝置的制作方法
技術領域：
所屬領域本實用新型涉及自動控制技術領域，特別涉及一種暖通空調節能自控裝置。
背景技術：
對于暖通空調的節能控制設備，目前主要通過變頻器或冰(水)蓄冷的方式，控制上采用PLC或計算機為控制中心，這需增加許多額外設備，使節能成本巨大而不利推廣，而使用單片機的節能控制裝置又只限于終端模塊信號的采集和傳輸未能實現用單片機進行控制。故現有技術存在以下不足不能利用暖通空調冷凍水和空間熱慣性自有的特性，對溫度量采集后利用單片機直接進行控制，所以其結構復雜、通用性弱。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術上的不足，提供一種利用暖通空調冷凍水和空間熱慣性自有的特性，對溫度量采集后利用單片機直接進行控制的結構簡單、通用性強的暖通空調節能自控裝置。
本實用新型為達上述目的所采用的技術方案是本實用新型包括主控制處理電路、溫度信號采集電路、數字開關信號輸入電路、數字開關信號輸出電路、遠程通訊電路、電源電路、顯示及鍵盤控制電路、接地部分、鍵盤、顯示屏，所述主控制處理電路分別連接所述溫度信號采集電路、所述數字開關信號輸入電路、所述數字開關信號輸出電路、所述遠程通訊電路、所述顯示及鍵盤控制電路，所述電源電路分別與上述各電路以提供工作電源方式連接，所述遠程通訊電路的輸出可連接其它外部控制設備，所述顯示及鍵盤控制電路接所述鍵盤和所述顯示屏。
所述主控制處理器電路包括單片機U、譯碼器U6、外部時鐘電路、日歷時鐘芯片U9、外部擴展存儲器RAM U2、RAM地址鎖存器U7、外部擴展存儲器EEPRAM U16、EEPRAM地址鎖存器U15、鎖存器U8，單片機U寫有控制程序，所述單片機U腳線(XTAL1、XTAL1)接所述外部時鐘電路，所述單片機U P3口為地址/數據總線，分別接所述日歷時鐘芯片U9、所述存儲器RAM U2、所述RAM地址鎖存器U7、所述存儲器EEPRAM U16、所述EEPRAM地址鎖存器U15、所述鎖存器U8，所述單片機U P4口(P4.5、P4.6、P4.7)接所述譯碼器U6，所述譯碼器U6連接所述存儲器EEPRAM U16，所述單片機U P5口(P5.2、P5.3、P5.7)分別接所述存儲器EEPRAM U16腳(18、19、20)，所述單片機(U)P4口(P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4)接所述存儲器RAM U2，所述鎖存器U8的輸出分別接所述顯示及鍵盤控制電路、數字開關信號輸入電路中的開關信號輸入芯片U5、數字開關信號輸出電路中的開關信號輸出芯片U4。模擬量輸入點連所述單片機U P0端口和基準電壓端口。
所述溫度信號采集電路包括溫度探頭，所述溫度探頭直接接所述單片機U的P0口。
所述數字開關信號輸入電路包括開關信號輸入芯片U5、輸入光電偶合器、開關量輸入元件、非門U13A、電阻R3，所述開關量輸入元件、所述輸入光電偶合器、所述非門U13A順序連接，所述非門U13A的輸入端及所述輸入光電偶合器的輸出端與所述電阻R3的一端連接，所述電阻R3的另一端接電源VCC，這種連接有多路，各路中的所述非門U13A的輸出分別接所述開關信號輸入芯片U5的PA口、PB口、PC口，所述開關信號輸入芯片U5的D口接所述單片機U P3口，所述單片機U讀取輸入開關信號。
所述數字開關信號輸出電路包括開關信號輸出芯片U4、非門U11A、輸出光電偶合器、開關量輸出元件、放大電路，所述開關量輸出元件、所述放大電路、所述輸出光電偶合器、所述非門U11A順序連接，這種連接有多路，各路中的所述非門U11A的輸出分別接所述開關信號輸出芯片U4的PA口、PB口、PC口和所述單片機U的P1口。
所述遠程通訊電路包括標準RS-422通訊電路及接口，所述單片機(U)P2口(P2.0、2.1)接所述標準RS-422通訊電路及接口，與其它外部控制設備進行遠程通訊。
所述電源電路包括24V直流電源DC、2n片集成固定輸出穩壓器U24、濾波電容器C，所述24V直流電源DC直接給所述開關量輸入元件、所述開關量輸出元件供電，所述濾波電容器C接在所述集成固定輸出穩壓器U24的腳Vin和腳GND之間，所述2n片集成固定輸出穩壓器U24并聯成兩路相同電源Vcc和Vdd。
所述顯示及鍵盤控制電路包括鍵盤驅動芯片U3，所述鍵盤驅動芯片U3的SL口、和RL口接所述鍵盤的行線和列線，所述鍵盤驅動芯片(U3)的數據線、讀寫口、中斷口與所述單片機(U)的數據口P3、讀寫口和中斷口相連，單片機(U)的數據口P3、讀寫口還與顯示屏(102)相連。
所述接地部分將上述各部分、電路所涉及的24V供電線路、220V供電線路、傳感器連接線的屏蔽層接同一地線且采用單點接地，將上述各部分、電路所涉及的Vcc和Vdd電源負極相連且與機殼浮空。
本實用新型還包括殼體，所述殼體面板上安裝所述鍵盤、所述顯示屏，所述殼體內安裝上述各電路、電源開關、接線端子線架、AC220V-DC24V變壓器。
所述開關量輸入元件的常開常閉點接入所控設備主接觸器，所述開關量輸入元件裝在所控設備控制箱內。
所述開關量輸出元件外部觸點連接所控設備自動起停電路節點。
本實用新型的有益效果是本實用新型采用了16位單片機作為開發對象，產品成本低；輸出采用了光電和開關量元件多重隔離，可有效防止外部電路對單片機的干擾；每一路開關量輸出可控制一臺設備的啟停，適用于大多數暖通空調系統，通用性較強；使用本實用新型后可省能源10％以上，對于全球能源日趨緊張的今天其經濟價值是不可估量的；在節能的同時還可為用戶提供全年無須操作的控制功能。
圖1是本實用新型主控制處理電路電原理圖；圖2是本實用新型溫度信號采集電路電原理圖；圖3是本實用新型數字開關信號輸入電路電原理圖；圖4是本實用新型數字開關信號輸出電路電原理圖；圖5是本實用新型遠程通訊電路部分電原理圖；圖6是本實用新型電源電路部分電原理圖；圖7是本實用新型顯示及鍵盤控制電路電原理圖；圖8是本實用新型電原理框圖。
具體實施方式
本實用新型可以這樣來實現本實用新型包括主控制處理電路1、溫度信號采集電路2、數字開關信號輸入電路3、數字開關信號輸出電路4、遠程通訊電路5、電源電路6、顯示及鍵盤控制電路7、鍵盤101、顯示屏102，由圖8可見，所述主控制處理電路1分別連接所述溫度信號采集電路2、所述數字開關信號輸入電路3、所述數字開關信號輸出電路4、所述遠程通訊電路4、所述顯示及鍵盤控制電路5，所述電源電路6分別與上述各電路以提供工作電源方式連接。為有效抗干擾，本實用新型還包括接地部分9，接地部分9是將上述各部分、電路所涉及的24V供電線路、220V供電線路、傳感器連接線的屏蔽層接同一地線且采用單點接地，將上述各部分、電路所涉及的Vcc和Vdd電源負極相連且與機殼浮空。
1、由圖8、圖1所示，主控制處理器電路1包括單片機U、譯碼器U6、外部時鐘電路13、日歷時鐘芯片U9、外部擴展存儲器RAM U2、RAM地址鎖存器U7、外部擴展存儲器EEPRAM U16、EEPRAM地址鎖存器U15、鎖存器U8，單片機U寫有控制程序，外圍芯片的片選法采用部分譯碼法，單片機U選用16位89C196KT，該芯片片內程序存儲器容量為32KB，寄存器1KB。外部擴展存儲器RAM U2選用8192*8，外部擴展存儲器EEPRAM U16選用2817A，譯碼器U6選用74LS138，日歷時鐘芯片U9選用DS12C887，RAM地址鎖存器U7、EEPRAM地址鎖存器U15和鎖存器U8均選用74LS373。單片機U接存儲器RAM U2(8位靜態隨機存儲器6264作為數據存儲器)和存儲器EEPROM(2K*8位掉電保持數據作為用戶設定數據的保存(僅用1K))。單片機U腳線(XTAL1、XTAL1)接外部時鐘電路13，提供單片機U所需時鐘信號，由CD4093斯密特觸發器、74LS06緩沖器向單片機和其它外圍芯片提供上電復位和按鍵復位信號。單片機U的P3口為地址/數據總線，分別接日歷時鐘芯片U9、存儲器RAM U2、RAM地址鎖存器U7、存儲器EEPRAM U16、EEPRAM地址鎖存器U15、鎖存器U8，單片機U的P4口(P4.5、P4.6、P4.7)接譯碼器U6，譯碼器U6連接存儲器EEPRAM U16，單片機U的P5口(P5.2、P5.3、P5.7)分別接存儲器EEPRAM U16的腳(18、19、20)，單片機U的P4口(P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4)接存儲器RAM U2地址線，鎖存器U8的輸出分別接顯示及鍵盤控制電路7、開關信號輸入芯片U5、開關信號輸出芯片U4、LCM液晶板(帶控制電路的液晶屏)。
2、由圖8、圖2所示，溫度信號采集電路2包括溫度探頭21、溫度探頭21直接接單片機U的P0口。溫度探頭21采用一體式溫度感應器，該器件采用Pt100熱電阻，量程0-50℃，其中變送器采用0-5V信號，直接接單片機U的P0口，之間連接線采用2*1屏蔽線，屏蔽層接地。溫度探頭21可分布置于冷凍水出水干管上、冷卻水回水干管上、室外溫度采集、室內人流量變化較大的不同功能區(如大堂、餐廳)等。
3、由圖8、圖1、圖3所示，數字開關信號輸入電路3包括開關信號輸入芯片U5、輸入光電偶合器31、開關量輸入元件32、非門U13A、電阻R3，開關信號輸入芯片U5選用8255，非門U13A選用54ALS04A，輸入光電偶合器31可用繼電器型，開關量輸入元件32、輸入光電偶合器31、非門U13A順序連接，非門U13A的輸入端及輸入光電偶合器31的輸出端與電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端接電源VCC，這種連接有多路，各路中的非門U13A的輸出分別接開關信號輸入芯片U5的PA口、PB口、PC口，開關信號輸入芯片U5的D口接單片機U，單片機U讀取輸入開關信號，開關量輸入元件32的常開常閉點接入所控設備主接觸器作為運行信號返回，開關量輸入元件32裝在所控設備控制箱內，以避免220V電壓進入本實用新型節能控制箱而產生不安全因素。設備在運行時是否正常，在控制中必須反饋設備正常運行開關信號或故障開關信號以提供信號給單片機U。采集這些信號進入24V直流電路，通過光電偶合器將信號傳輸到芯片U5的端口上，采用光電隔離技術，避免了外部電路的干擾。
4、由圖8、圖1、圖4所示，數字開關信號輸出電路4包括開關信號輸出芯片U4、非門U11A、輸出光電偶合器41、開關量輸出元件42、放大電路43，開關信號輸出芯片U4選用8255，非門U11A選用54ALS04A，開關量輸出元件42可用繼電器型，共有32路開關量輸出，分別由開關信號輸出芯片U4提供24路，單片機P1口提供8路。開關量輸出元件42、放大電路43、輸出光電偶合器41、非門U11A順序連接，單片機U輸出指令改變各個端口電平信號，通過邏輯非門U11A后驅動光電偶合器41中二極管發光并使另一端三極管導通，其集電極輸出再經放大后驅動繼電器線圈。這種連接有多路，各路中的非門U11A的輸出分別接開關信號輸出芯片U4的PA口、PB口、PC口和單片機U的P1口，開關量輸出元件42繼電器觸點作為外部24V繼電器線圈開關，而24V繼電器觸點連接所控設備自動起停電路節點，實現對所控設備的控制。由于輸出采用了光電和繼電器多重隔離，可有效防止外部電路對單片機的干擾。每一路開關量輸出可控制一臺設備的啟停，而一般中央空調最多含四臺主機，十臺泵，四臺冷卻塔，八臺電動閥門，所需點數最大值為26點，所以本設備通用性較強。
5、由圖8、圖5所示，遠程通訊電路5包括標準RS-422通訊電路及接口，單片機U的P2口((P2.0、2.1)即串行功能引腳TXD、RXD)接標準RS-422通訊電路(即經光電隔離，再通過傳輸線驅動器SN75147后組成標準RS-422通訊)及接口，該接口與其它外部控制設備進行遠程通訊。
6、由圖8、圖6所示，電源電路6包括24V直流電源DC、2n片集成固定輸出穩壓器U24、濾波電容器C，集成固定輸出穩壓器U24選用MC7805，24V直流電源DC直接給開關量輸入元件32、開關量輸出元件42供電，濾波電容器C接在集成固定輸出穩壓器U24的腳Vin和腳GND之間，2n片集成固定輸出穩壓器U24并聯成兩路相同電源Vcc和Vdd。電源采用市售24V直流電源，直接給傳感器、24V繼電器供電。24V直流電源，經電容C濾波后經集成固定輸出穩壓器MC7805輸出+5V電源供各芯片使用。考慮到光電偶合器輸出和輸入不宜使用一路電源，共使用4片MC7805，雙雙并聯成兩路電源，圖中分別用Vcc和Vdd表示。
7、由圖8、圖1、圖7所示，顯示及鍵盤控制電路7包括鍵盤驅動芯片U3，鍵盤驅動芯片U3選用8279，該部分提供用戶進行人機對話功能。鍵盤驅動芯片U3的SL口和RL口接鍵盤的行線和列線，鍵盤驅動芯片U3數據口和控制口引腳同所述單片機U連接。鍵盤101設置24鍵，排成3行8列，由鍵盤驅動芯片U3進行掃描控制，一有鍵按下，由鍵盤驅動芯片U3的去抖電路延時10ms確認后，向單片機U申請中斷，單片機U通過對鍵盤驅動芯片U3的FIFO RAM的數據讀入，接收用戶的操作指令。的P3口及讀寫口接顯示屏102。顯示屏102選用國產點陣式BIJ1201CN系列液晶顯示，可提供漢字顯示。
本實用新型實現時可有一殼體，殼體面板上安裝鍵盤101、顯示屏102，殼體內安裝上述各電路、電源開關、接線端子線架、AC220V-DC24V變壓器。
可將上述各電路集中放在一張電路板上，單片機為編程方便，可在電路板上只焊其底座。輸入24V直流電源，開關輸出端為5V繼電器的常開觸點，輸入端為輸入光電藕和器的輸入點，模擬量輸入點連單片機U的P1端口和基準電壓端口。電路板與顯示屏102接口采用標準并行接口。將電路板上端子接到接線端子上，便于現場安裝時連接。
權利要求1.一種暖通空調節能自控裝置，包括主控制處理電路(1)、溫度信號采集電路(2)、數字開關信號輸入電路(3)、數字開關信號輸出電路(4)、遠程通訊電路(5)、電源電路(6)、顯示及鍵盤控制電路(7)、接地部分(9)、鍵盤(101)、顯示屏(102)，其特征在于所述主控制處理電路(1)分別連接所述溫度信號采集電路(2)、所述數字開關信號輸入電路(3)、所述數字開關信號輸出電路(4)、所述遠程通訊電路(5)、所述顯示及鍵盤控制電路(7)，所述電源電路(6)分別與上述各電路以提供工作電源方式連接，所述遠程通訊電路(5)的輸出可連接其它外部控制設備，所述顯示及鍵盤控制電路(7)接所述鍵盤(101)和所述顯示屏(102)。
2.根據權利要求1所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述主控制處理器電路(1)包括單片機(U)、譯碼器(U6)、外部時鐘電路(13)、日歷時鐘芯片(U9)、外部擴展存儲器RAM(U2)、RAM地址鎖存器(U7)、外部擴展存儲器EEPRAM(U16)、EEPRAM地址鎖存器(U15)、鎖存器(U8)，單片機(U)寫有控制程序，所述單片機(U)腳線(XTAL1、XTAL1)接所述外部時鐘電路(13)，所述單片機(U)P3口為地址總線，分別接所述日歷時鐘芯片(U9)、所述存儲器RAM(U2)、所述RAM地址鎖存器(U7)、所述存儲器EEPRAM(U16)、所述EEPRAM地址鎖存器(U15)、所述鎖存器(U8)，所述單片機(U)P4口(P4.5、P4.6、P4.7)接所述譯碼器(U6)，所述譯碼器(U6)連接所述存儲器EEPRAM(U16)，所述單片機(U)P5口(P5.2、P5.3、P5.7)分別接所述存儲器EEPRAM(U16)腳(18、19、20)，所述單片機(U)P4口(P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4)接所述存儲器RAM(U2)，所述鎖存器(U8)的輸出分別接所述顯示及鍵盤控制電路(7)、數字開關信號輸入電路(3)中的開關信號輸入芯片(U5)、數字開關信號輸出電路(4)中的開關信號輸出芯片(U4)，模擬量輸入點連所述單片機(U)P0端口和基準電壓端口。
3.根據權利要求1所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述溫度信號采集電路(2)包括溫度探頭(21)，所述溫度探頭(21)直接接所述單片機(U)的P0口。
4.根據權利要求2所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述數字開關信號輸入電路(3)包括開關信號輸入芯片(U5)、輸入光電偶合器(31)、開關量輸入元件(32)、非門(U13A)、電阻(R3)，所述開關量輸入元件(32)、所述輸入光電偶合器(31)、所述非門(U13A)順序連接，所述非門(U13A)的輸入端及所述輸入光電偶合器(31)的輸出端與所述電阻(R3)的一端連接，所述電阻(R3)的另一端接電源VCC，這種連接有多路，各路中的所述非門(U13A)的輸出分別接所述開關信號輸入芯片(U5)的PA口、PB口、PC口，所述開關信號輸入芯片(U5)的D口接所述單片機(U)P3口，所述單片機(U)讀取輸入開關信號。
5.根據權利要求4所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述數字開關信號輸出電路(4)包括開關信號輸出芯片(U4)、非門(U11A)、輸出光電偶合器(41)、開關量輸出元件(42)、放大電路(43)，所述開關量輸出元件(42)、所述放大電路(43)、所述輸出光電偶合器(41)、所述非門(U11A)順序連接，這種連接有多路，各路中的所述非門(U11A)的輸出分別接所述開關信號輸出芯片(U4)的PA口、PB口、PC口和所述單片機(U)的P1口。
6.根據權利要求1所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述遠程通訊電路(5)包括標準RS-422通訊電路及接口，所述單片機(U)P2口(P2.0、2.1)接所述標準RS-422通訊電路及接口，與其它外部控制設備進行遠程通訊。
7.根據權利要求5所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述電源電路(6)包括24V直流電源DC、2n片集成固定輸出穩壓器(U24)、濾波電容器(C)，所述24V直流電源DC直接給所述開關量輸入元件(32)、所述開關量輸出元件(42)供電，所述濾波電容器(C)接在所述集成固定輸出穩壓器(U24)的腳Vin和腳GND之間，所述2n片集成固定輸出穩壓器(U24)并聯成兩路相同電源Vcc和Vdd。
8.根據權利要求1所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述顯示及鍵盤控制電路(7)包括鍵盤驅動芯片(U3)，所述鍵盤驅動芯片(U3)的SL口和RL口分別接鍵盤(101)的行線和列線，所述鍵盤驅動芯片(U3)的數據線、讀寫口、中斷口與所述單片機(U)的數據口P3、讀寫口和中斷口相連，單片機(U)的數據口P3、讀寫口還與顯示屏(102)相連。
9.根據權利要求1所述的暖通空調節能自控裝置，其特征在于所述接地部分(9)將上述各部分、電路所涉及的24V供電線路、220V供電線路、傳感器連接線的屏蔽層接同一地線且采用單點接地，將上述各部分、電路所涉及的Vcc和Vdd電源負極相連且與機殼浮空。
10.根據權利要求4所述的中央空調節能自控裝置，其特征在于所述開關量輸入元件(32)的常開常閉點接入所控設備主接觸器，所述開關量輸入元件(32)裝在所控設備控制箱內。
11.根據權利要求5所述的中央空調節能自控裝置，其特征在于所述開關量輸出元件(42)外部觸點連接所控設備自動起停電路節點。
專利摘要本實用新型公開了一種空調節能自控裝置，旨在提供一種利用暖通空調冷凍水和空間熱慣性自有的特性，對溫度量采集后利用單片機直接進行控制的結構簡單、通用性強的暖通空調節能自控裝置。本實用新型包括主控制處理電路、溫度信號采集電路、數字開關信號輸入電路、數字開關信號輸出電路、遠程通訊電路、電源電路、顯示及鍵盤控制電路、接地部分、鍵盤、顯示屏，主控制處理電路分別接溫度信號采集電路、數字開關信號輸入電路、數字開關信號輸出電路、遠程通訊電路、顯示及鍵盤控制電路，顯示及鍵盤控制電路接鍵盤、顯示屏。本實用新型適合于中央空調節能自動控制領域。
文檔編號F24F11/02GK2725771SQ20042007217
公開日2005年9月14日 申請日期2004年8月2日 優先權日2004年8月2日
發明者張紅 申請人:張紅