專利名稱：用于中央空調計量的末端控制器及計費系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于空調能量計量與計費技術領域，尤其涉及一種中央空調系統風機盤管末端的能量計量裝置。
背景技術：
空調系統冷熱量的準確計量與合理計費不但有利于建筑節能，而且有利于物業管 理。風機盤管是中央空調系統最常見的末端形式。目前對風機盤管空調系統的冷量計量 方法主要有兩種計時法和水側雙溫流量計量法。計時法是對風機盤管的運行時間進行累 計，僅考慮不同風速下的風機功率，沒有考慮風機盤管冷凍水流量和冷凍水溫度的變化，計 量準確度低，誤差較大，不利于空調的合理收費。水側雙溫流量計量法對于每個末端都需要 一個流量計和兩個溫度計，通過積分計算冷量。雖然冷量計量精度較高，但初投資大，安裝 復雜，維護困難。而且計量裝置的顯示往往不是以能量單位直觀顯示，影響了用戶對空調耗 能的知情。
發明內容為了克服現有中央空調系統風機盤管末端計費裝置(1)僅以風機運行時間為計 費依據，粗糙計費的不合理問題；(2)需要實時監測進、出水溫和流量，投資費用高、安裝和 維護繁復等問題，本實用新型提供安裝在中央空調風機盤管末端的用于中央空調計量的末 端控制器及計費系統，不僅能準確計量并實時顯示風機盤管運行的實際冷量，而且經濟簡 便。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種用于中央空調計量的末端控制器，所述末端控制器包括單片機MCU、顯示模 塊、電源模塊。所述末端控制器安裝在中央空調風機盤管末端，通過單片機MCU的并行輸入 接口連接到中央空調風機盤管水閥狀態檢測裝置用于采集盤管水閥的開啟或關閉狀態；通過單片機MCU的并行輸出接口連接到盤管水閥的控制裝置實現末端控制器對 所述盤管水閥的開啟或關閉控制；通過單片機MCU的并行輸入接口連接到風機的三檔風速檢測裝置用于采集風機 的風速；單片機MCU采集風機速度信號，并根據預先設定好的對應風速下的冷量記錄速 度，對實際消耗的冷量進行計算并存儲用戶實際消耗的冷量；所述顯示模塊與單片機MCU相連用于顯示所述用戶實際消耗的冷量；所述電源模塊分別與單片機MCU和顯示模塊的電源輸入端相連以提供直流電源。 所述末端控制器還包括連接到所述單片機MCU的通訊接口的通訊模塊，實現與上 位管理計算機的通信。 所述盤管水閥的控制裝置為經過光電隔離后連接到單片機MCU的并行輸出接口 的第一和第二繼電器。[0013]本實用新型還公開了一種用于中央空調計量的風機盤管末端計費系統，包括多個 末端控制器，其特征在于所述每一個末端控制器安裝在相應的中央空調風機盤管末端，所述每一個末端控 制器的通訊模塊通過通信網絡與上位管理計算機通信，將每一個末端控制器檢測的用戶實 際消耗的冷量傳至上位管理計算機。本實用新型的有益效果是1.僅通過對風機盤管風速狀態的信號監測，根據預設的三檔風速下不同的記錄速 度，以空調冷量為裝置計量單位，記錄實際空調冷量。2.對單片機功能進行擴展，增加了看門狗、電壓監控和串行EEPROM功能，使系統 不僅運行更加可靠、穩定，還具有重要數據能長期保存的特點。3.系統通過液晶顯示模塊直接以數字形式顯示實際空調冷量，利于實現透明與合 理收費。4.系統元器件及芯片經濟、成熟、適用，系統成本低，安裝簡單，維護方便。
圖1所示為本實用新型末端控制器的結構框圖；圖2所示為本實用新型末端計費系統的接線原理圖；圖3所示為本實用新型的末端控制器的監控程序框圖；圖4所示為本實用新型末端控制器的電路原理圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型進一步說明。本實用新型利用直接安裝在中央空調系統末端風機盤管的末端控制器，采集風機 盤管風機的高、中、低三個速度檔位信號。依據風機盤管風速與空調水量、空調供回水溫差 的固有特性，預先設定末端控制器內置軟件計時器對應三檔風速下的記錄速度。當風機盤 管的風機運轉狀態信號識別為低檔風速時，計費算法以標準記錄速度記錄冷量；當風機盤 管的風機運轉狀態信號識別為中檔風速和高檔風速時，計時器修正計時速度為提前預設的 一定倍數，記錄并顯示風機盤管實際空調冷量。空調計費時，只需記錄本次開機運行消耗的冷量，與上次抄表數據相減，即為該計 費周期的用冷量，以此乘以單位冷量的收費單價標準就可得出相應的費用。從而實現如電 表、水表類似的計量和收費方式。用戶可以自己讀取用量，并計算每月空調費用，保證計量 與計費的透明與公平。本實用新型的電路實現方案中央空調系統風機盤管末端計費裝置，是一個具有 數據采集、處理、存儲、顯示及通信功能的末端控制器。該末端控制器由具有計時、數據處 理、運算和存儲功能的單片機MCU，顯示終端，電源模塊和通信模塊等組成，如圖1所示。MCU 含有微處理器MPU、串/并行輸入輸出接口、程序存儲器Flash、數據存儲器、EEPR0M、定時器 /計數器、看門狗等部件。如該末端控制器不配置通信模塊，則構成簡單末端控制器。簡單 末端控制器可單獨使用，具有適用、經濟、安裝方便等特點。末端控制器監控程序存儲于Flash存儲器中，由風機開啟信號啟動運行。控制器通過并行輸入接口采集水閥狀態信號，當用戶水閥關閉時，監控程序退出；當水閥開啟時，查詢用戶是否已繳費，如未繳費，控制器通過并行輸出接口發出關閉水閥命令，同時監控程 序退出。如用戶已繳費，控制器采集風機盤管風機高、中、低三個速度檔位狀態信號，并根據 預先設定好的對應風速下的冷量記錄速度，對實際消耗的冷量進行記錄。MCU對計算結果進 行存儲，通過顯示模快顯示用戶消耗的冷量，并通過通信網絡與上位管理計算機通信，將相 關數據傳至管理計算機，采用數據庫進行統一的存儲和管理，便于查詢、打印。從而組成具 有采集、處理、控制及管理功能的中央空調系統風機盤管末端計費系統。該末端計費系統的 接線原理如圖2所示。本實用新型的中央空調系統風機盤管末端計費裝置監控程序框圖如圖3所示。當 用戶打開任風速開關時，末端控制器開始執行監控程序。程序首先啟動控制器中的定時器 (當定時器計滿時，中斷調用計時程序，更新計時器時間)，然后采集三檔風速開關狀態信 號，并作判斷風速開關是否置為低速檔？是則讀取標準計時器時間數據TL，否則判斷風 速開關是否置為中速檔，是則讀取中速計時器時間數據TM，否則讀取高速計時器時間數據 TH0上述在不同風速下，由不同記錄速度產生的計時器的時間數據TL、TM、TH，用于冷量計 算公式中準確計算用戶消耗的冷量。接著控制器采集水閥狀態，如水閥關閉，則退出監控程 序；如水閥開啟，則執行如下操作向上位機查詢該用戶是否按時交費，如未交費，末端控 制器發出關閉水閥命令，如已按時交費，則如3分鐘時間到時，進行一次冷量計算、顯示、存 儲，并上傳至上位管理機等操作。本實施例中MCU采用ATMEL公司的AT89S52單片機，通信 模塊采用MAX487E，液晶顯示模塊采用SG12864，電源模塊采用開關電源。通過必需的軟硬 件設計，實現風機盤管能耗計量、顯示及與管理計算機(PC機)通信的功能。圖4是本實用新型的電路圖，AT89S52單片機共有4個8位準雙向I/O接口 P0、 PI、P2、P3，每個接口的每一位都有輸出鎖存器、輸出驅動器、輸入緩存器。對每個接口可進 行字節輸入、輸出操作，也可進行位操作。AT89S52單片機的第18、19引腳接晶振，第40引 腳接電源模塊的Vcc端，第20引腳接電源模塊的GND端。X5045是一種集看門狗、電壓監控和串行EEPROM三種功能于一體的可編程控制 電路。其中看門狗對系統提供保護功能。當系統發生故障而超過設置時間時，看門狗通過 RESET信號向CPU作出反應。電壓監控功能可以保護系統免受低電壓的影響。當電源電壓 降到允許范圍以下時，系統將復位，直到電源電壓返回到穩定值為止。X5045與AT89S52單 片機采用SPI總線接口方式，該接口電路為AT89C52單片機擴展了 4kB的串行EEPR0M，即使 系統在掉電后仍可維持數據不變，因此在本實施例中用于存儲風機各檔風速計時器數據。 X5045的EEPROM內部數據最小保存期為100年，可擦寫100萬次以上。如圖所示，X5045芯 片共有8個引腳，其中第3、8引腳接+5V電源，第4引腳接地；片選輸入端CS、串行數據輸出 端SO、串行時鐘輸入端SCK、串行數據輸入端SI分別與AT89S52單片機P2 口的21、22、23、 24引腳相連；復位輸出端RESET與單片機的第9引腳相連。如圖4所示，Rl R3為限流電阻，Dl D3為整流二極管，D4 D6為反向保護二 極管。風機盤管三檔風速檢測信號經光耦TLP521-1輸入AT89S52單片機的Pl 口第1、2、3 引腳。當風機盤管高、中、低三檔風速開關任一檔接通，其相應回路限流電阻和二極管導通， 對應的單片機引腳為低電平(0)，而其余兩檔風速檢測引腳為高電平(1)。風機盤管水閥控 制信號引自AT89S52單片機Pl 口的第5、6引腳，經光電隔離后通過繼電器Jl、J2分別實現閥門的開、關控制。如圖所示，當第5引腳置高時，光耦導通，繼電器Jl線圈通過電流，關水閥電氣回路接通，水閥關閉；當第6引腳置高時，光耦導通，繼電器J2線圈通過電流，開水閥 電氣回路接通，水閥開啟。水閥狀態檢測信號經光耦TLP521-1輸入AT89S52單片機Pl 口 的第4引腳。本實用新型采用液晶顯示模塊SG12864，圖中SG12864與AT89S52單片機的連接 采用直接訪問方式，即將液晶顯示模塊當作存儲器或I/O設備，單片機以訪問存儲器或I/O 設備的方式操作液晶顯示模塊。如圖4所示，顯示模塊的8位數據線DBO DB7與AT89S52 單片機PO 口的第32 39引腳相連；指令/數據選擇線D/I、讀/寫選擇線R/W及片選信 號線CSU CS2分別與單片機P2 口的第25、26、27、28引腳相連；E為使能信號線，與單片機 16、17引腳信號的與非輸出相連。本實用新型采用MAXIM公司生產的MAX487E通信模塊與上位機進行通信。MAX487E 是一種差分平衡型收發器芯片，是用于TTL協議與485協議轉換的小功率收發器，它含有一 個驅動器和一個接收器，采用半雙工通信方式，節點數128個，具有抗雷擊、抗靜電沖擊、限 斜率驅動和故障保護等功能。接收器輸出端RO與AT89S52單片機的第10引腳相連，驅動 器輸入端DI與單片機的第11引腳相連，驅動器輸出使能端與單片機的第13引腳相連，接 收器輸出使能端接GND。電源模塊采用開關電源，輸入AC220V，輸出DC士5V，DC士 12V。
權利要求一種用于中央空調計量的末端控制器，所述末端控制器包括單片機MCU、顯示模塊、電源模塊，其特征在于用于中央空調計量的末端控制器及計費系統所述末端控制器安裝在中央空調風機盤管末端，通過單片機MCU的并行輸入接口連接到中央空調風機盤管水閥狀態檢測裝置用于采集盤管水閥的開啟或關閉狀態；通過單片機MCU的并行輸出接口連接到盤管水閥的控制裝置實現末端控制器對所述盤管水閥的開啟或關閉控制；通過單片機MCU的并行輸入接口連接到風機的三檔風速檢測裝置用于采集風機的風速；單片機MCU采集風機速度信號，并根據預先設定好的對應風速下的冷量記錄速度，對實際消耗的冷量進行計算并存儲用戶實際消耗的冷量；所述顯示模塊與單片機MCU相連用于顯示所述用戶實際消耗的冷量；所述電源模塊分別與單片機MCU和顯示模塊的電源輸入端相連以提供直流電源。
2.根據權利要求1所述的用于中央空調計量的末端控制器，其特征在于所述末端控 制器還包括連接到所述單片機MCU的通訊接口的通訊模塊，實現與上位管理計算機的通fn °
3.根據權利要求2所述的用于中央空調計量的末端控制器，其特征在于所述單片機 MCU優選AT89S52單片機。
4.根據權利要求2所述的用于中央空調計量的末端控制器，其特征在于風機的三檔 風速檢測信號經光耦輸入至單片機MCU的并行輸入接口。
5.根據權利要求2所述的用于中央空調計量的末端控制器，其特征在于所述盤管水 閥的控制裝置為經過光電隔離后連接到單片機MCU的并行輸出接口的第一和第二繼電器。
6.一種用于中央空調計量的風機盤管末端計費系統，包括多個如權利要求2-5所述的 末端控制器，其特征在于所述每一個末端控制器安裝在相應的中央空調風機盤管末端，所述每一個末端控制器 的通訊模塊通過通信網絡與上位管理計算機通信，將每一個末端控制器檢測的用戶實際消 耗的冷量傳至上位管理計算機。
專利摘要本實用新型用于中央空調計量的末端控制器及計費系統，用于中央空調系統風機盤管的能量計量，由單片機MCU、顯示模塊、電源模塊和通信模塊構成。所述末端控制器安裝在中央空調風機盤管末端，通過單片機MCU的并行輸入接口連接到中央空調風機盤管水閥狀態檢測裝置用于采集盤管水閥的開啟或關閉狀態；通過單片機MCU的并行輸出接口連接到盤管水閥的控制裝置實現末端控制器對所述盤管水閥的開啟或關閉控制；通過單片機MCU的并行輸入接口連接到風機的三檔風速檢測裝置用于采集風機的風速；通過單片機MCU采集到的風機盤管風速信號，對實際消耗的冷量進行記錄、顯示和存儲。本實用新型信號監測簡單，系統成本低，安裝與維護方便。
文檔編號G01D4/00GK201561528SQ20092020648
公開日2010年8月25日 申請日期2009年9月28日 優先權日2009年9月28日
發明者卿曉霞, 白雪蓮 申請人:重慶大學