专利名称：暖通空调节能自控装置的制作方法
技术领域：
所属领域本实用新型涉及自动控制技术领域，特别涉及一种暖通空调节能自控装置。
背景技术：
对于暖通空调的节能控制设备，目前主要通过变频器或冰(水)蓄冷的方式，控制上采用PLC或计算机为控制中心，这需增加许多额外设备，使节能成本巨大而不利推广，而使用单片机的节能控制装置又只限于终端模块信号的采集和传输未能实现用单片机进行控制。故现有技术存在以下不足不能利用暖通空调冷冻水和空间热惯性自有的特性，对温度量采集后利用单片机直接进行控制，所以其结构复杂、通用性弱。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术上的不足，提供一种利用暖通空调冷冻水和空间热惯性自有的特性，对温度量采集后利用单片机直接进行控制的结构简单、通用性强的暖通空调节能自控装置。
本实用新型为达上述目的所采用的技术方案是本实用新型包括主控制处理电路、温度信号采集电路、数字开关信号输入电路、数字开关信号输出电路、远程通讯电路、电源电路、显示及键盘控制电路、接地部分、键盘、显示屏，所述主控制处理电路分别连接所述温度信号采集电路、所述数字开关信号输入电路、所述数字开关信号输出电路、所述远程通讯电路、所述显示及键盘控制电路，所述电源电路分别与上述各电路以提供工作电源方式连接，所述远程通讯电路的输出可连接其它外部控制设备，所述显示及键盘控制电路接所述键盘和所述显示屏。
所述主控制处理器电路包括单片机U、译码器U6、外部时钟电路、日历时钟芯片U9、外部扩展存储器RAM U2、RAM地址锁存器U7、外部扩展存储器EEPRAM U16、EEPRAM地址锁存器U15、锁存器U8，单片机U写有控制程序，所述单片机U脚线(XTAL1、XTAL1)接所述外部时钟电路，所述单片机U P3口为地址/数据总线，分别接所述日历时钟芯片U9、所述存储器RAM U2、所述RAM地址锁存器U7、所述存储器EEPRAM U16、所述EEPRAM地址锁存器U15、所述锁存器U8，所述单片机U P4口(P4.5、P4.6、P4.7)接所述译码器U6，所述译码器U6连接所述存储器EEPRAM U16，所述单片机U P5口(P5.2、P5.3、P5.7)分别接所述存储器EEPRAM U16脚(18、19、20)，所述单片机(U)P4口(P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4)接所述存储器RAM U2，所述锁存器U8的输出分别接所述显示及键盘控制电路、数字开关信号输入电路中的开关信号输入芯片U5、数字开关信号输出电路中的开关信号输出芯片U4。模拟量输入点连所述单片机U P0端口和基准电压端口。
所述温度信号采集电路包括温度探头，所述温度探头直接接所述单片机U的P0口。
所述数字开关信号输入电路包括开关信号输入芯片U5、输入光电偶合器、开关量输入元件、非门U13A、电阻R3，所述开关量输入元件、所述输入光电偶合器、所述非门U13A顺序连接，所述非门U13A的输入端及所述输入光电偶合器的输出端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端接电源VCC，这种连接有多路，各路中的所述非门U13A的输出分别接所述开关信号输入芯片U5的PA口、PB口、PC口，所述开关信号输入芯片U5的D口接所述单片机U P3口，所述单片机U读取输入开关信号。
所述数字开关信号输出电路包括开关信号输出芯片U4、非门U11A、输出光电偶合器、开关量输出元件、放大电路，所述开关量输出元件、所述放大电路、所述输出光电偶合器、所述非门U11A顺序连接，这种连接有多路，各路中的所述非门U11A的输出分别接所述开关信号输出芯片U4的PA口、PB口、PC口和所述单片机U的P1口。
所述远程通讯电路包括标准RS-422通讯电路及接口，所述单片机(U)P2口(P2.0、2.1)接所述标准RS-422通讯电路及接口，与其它外部控制设备进行远程通讯。
所述电源电路包括24V直流电源DC、2n片集成固定输出稳压器U24、滤波电容器C，所述24V直流电源DC直接给所述开关量输入元件、所述开关量输出元件供电，所述滤波电容器C接在所述集成固定输出稳压器U24的脚Vin和脚GND之间，所述2n片集成固定输出稳压器U24并联成两路相同电源Vcc和Vdd。
所述显示及键盘控制电路包括键盘驱动芯片U3，所述键盘驱动芯片U3的SL口、和RL口接所述键盘的行线和列线，所述键盘驱动芯片(U3)的数据线、读写口、中断口与所述单片机(U)的数据口P3、读写口和中断口相连，单片机(U)的数据口P3、读写口还与显示屏(102)相连。
所述接地部分将上述各部分、电路所涉及的24V供电线路、220V供电线路、传感器连接线的屏蔽层接同一地线且采用单点接地，将上述各部分、电路所涉及的Vcc和Vdd电源负极相连且与机壳浮空。
本实用新型还包括壳体，所述壳体面板上安装所述键盘、所述显示屏，所述壳体内安装上述各电路、电源开关、接线端子线架、AC220V-DC24V变压器。
所述开关量输入元件的常开常闭点接入所控设备主接触器，所述开关量输入元件装在所控设备控制箱内。
所述开关量输出元件外部触点连接所控设备自动起停电路节点。
本实用新型的有益效果是本实用新型采用了16位单片机作为开发对象，产品成本低；输出采用了光电和开关量元件多重隔离，可有效防止外部电路对单片机的干扰；每一路开关量输出可控制一台设备的启停，适用于大多数暖通空调系统，通用性较强；使用本实用新型后可省能源10％以上，对于全球能源日趋紧张的今天其经济价值是不可估量的；在节能的同时还可为用户提供全年无须操作的控制功能。
图1是本实用新型主控制处理电路电原理图；图2是本实用新型温度信号采集电路电原理图；图3是本实用新型数字开关信号输入电路电原理图；图4是本实用新型数字开关信号输出电路电原理图；图5是本实用新型远程通讯电路部分电原理图；图6是本实用新型电源电路部分电原理图；图7是本实用新型显示及键盘控制电路电原理图；图8是本实用新型电原理框图。
具体实施方式
本实用新型可以这样来实现本实用新型包括主控制处理电路1、温度信号采集电路2、数字开关信号输入电路3、数字开关信号输出电路4、远程通讯电路5、电源电路6、显示及键盘控制电路7、键盘101、显示屏102，由图8可见，所述主控制处理电路1分别连接所述温度信号采集电路2、所述数字开关信号输入电路3、所述数字开关信号输出电路4、所述远程通讯电路4、所述显示及键盘控制电路5，所述电源电路6分别与上述各电路以提供工作电源方式连接。为有效抗干扰，本实用新型还包括接地部分9，接地部分9是将上述各部分、电路所涉及的24V供电线路、220V供电线路、传感器连接线的屏蔽层接同一地线且采用单点接地，将上述各部分、电路所涉及的Vcc和Vdd电源负极相连且与机壳浮空。
1、由图8、图1所示，主控制处理器电路1包括单片机U、译码器U6、外部时钟电路13、日历时钟芯片U9、外部扩展存储器RAM U2、RAM地址锁存器U7、外部扩展存储器EEPRAM U16、EEPRAM地址锁存器U15、锁存器U8，单片机U写有控制程序，外围芯片的片选法采用部分译码法，单片机U选用16位89C196KT，该芯片片内程序存储器容量为32KB，寄存器1KB。外部扩展存储器RAM U2选用8192*8，外部扩展存储器EEPRAM U16选用2817A，译码器U6选用74LS138，日历时钟芯片U9选用DS12C887，RAM地址锁存器U7、EEPRAM地址锁存器U15和锁存器U8均选用74LS373。单片机U接存储器RAM U2(8位静态随机存储器6264作为数据存储器)和存储器EEPROM(2K*8位掉电保持数据作为用户设定数据的保存(仅用1K))。单片机U脚线(XTAL1、XTAL1)接外部时钟电路13，提供单片机U所需时钟信号，由CD4093斯密特触发器、74LS06缓冲器向单片机和其它外围芯片提供上电复位和按键复位信号。单片机U的P3口为地址/数据总线，分别接日历时钟芯片U9、存储器RAM U2、RAM地址锁存器U7、存储器EEPRAM U16、EEPRAM地址锁存器U15、锁存器U8，单片机U的P4口(P4.5、P4.6、P4.7)接译码器U6，译码器U6连接存储器EEPRAM U16，单片机U的P5口(P5.2、P5.3、P5.7)分别接存储器EEPRAM U16的脚(18、19、20)，单片机U的P4口(P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4)接存储器RAM U2地址线，锁存器U8的输出分别接显示及键盘控制电路7、开关信号输入芯片U5、开关信号输出芯片U4、LCM液晶板(带控制电路的液晶屏)。
2、由图8、图2所示，温度信号采集电路2包括温度探头21、温度探头21直接接单片机U的P0口。温度探头21采用一体式温度感应器，该器件采用Pt100热电阻，量程0-50℃，其中变送器采用0-5V信号，直接接单片机U的P0口，之间连接线采用2*1屏蔽线，屏蔽层接地。温度探头21可分布置于冷冻水出水干管上、冷却水回水干管上、室外温度采集、室内人流量变化较大的不同功能区(如大堂、餐厅)等。
3、由图8、图1、图3所示，数字开关信号输入电路3包括开关信号输入芯片U5、输入光电偶合器31、开关量输入元件32、非门U13A、电阻R3，开关信号输入芯片U5选用8255，非门U13A选用54ALS04A，输入光电偶合器31可用继电器型，开关量输入元件32、输入光电偶合器31、非门U13A顺序连接，非门U13A的输入端及输入光电偶合器31的输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接电源VCC，这种连接有多路，各路中的非门U13A的输出分别接开关信号输入芯片U5的PA口、PB口、PC口，开关信号输入芯片U5的D口接单片机U，单片机U读取输入开关信号，开关量输入元件32的常开常闭点接入所控设备主接触器作为运行信号返回，开关量输入元件32装在所控设备控制箱内，以避免220V电压进入本实用新型节能控制箱而产生不安全因素。设备在运行时是否正常，在控制中必须反馈设备正常运行开关信号或故障开关信号以提供信号给单片机U。采集这些信号进入24V直流电路，通过光电偶合器将信号传输到芯片U5的端口上，采用光电隔离技术，避免了外部电路的干扰。
4、由图8、图1、图4所示，数字开关信号输出电路4包括开关信号输出芯片U4、非门U11A、输出光电偶合器41、开关量输出元件42、放大电路43，开关信号输出芯片U4选用8255，非门U11A选用54ALS04A，开关量输出元件42可用继电器型，共有32路开关量输出，分别由开关信号输出芯片U4提供24路，单片机P1口提供8路。开关量输出元件42、放大电路43、输出光电偶合器41、非门U11A顺序连接，单片机U输出指令改变各个端口电平信号，通过逻辑非门U11A后驱动光电偶合器41中二极管发光并使另一端三极管导通，其集电极输出再经放大后驱动继电器线圈。这种连接有多路，各路中的非门U11A的输出分别接开关信号输出芯片U4的PA口、PB口、PC口和单片机U的P1口，开关量输出元件42继电器触点作为外部24V继电器线圈开关，而24V继电器触点连接所控设备自动起停电路节点，实现对所控设备的控制。由于输出采用了光电和继电器多重隔离，可有效防止外部电路对单片机的干扰。每一路开关量输出可控制一台设备的启停，而一般中央空调最多含四台主机，十台泵，四台冷却塔，八台电动阀门，所需点数最大值为26点，所以本设备通用性较强。
5、由图8、图5所示，远程通讯电路5包括标准RS-422通讯电路及接口，单片机U的P2口((P2.0、2.1)即串行功能引脚TXD、RXD)接标准RS-422通讯电路(即经光电隔离，再通过传输线驱动器SN75147后组成标准RS-422通讯)及接口，该接口与其它外部控制设备进行远程通讯。
6、由图8、图6所示，电源电路6包括24V直流电源DC、2n片集成固定输出稳压器U24、滤波电容器C，集成固定输出稳压器U24选用MC7805，24V直流电源DC直接给开关量输入元件32、开关量输出元件42供电，滤波电容器C接在集成固定输出稳压器U24的脚Vin和脚GND之间，2n片集成固定输出稳压器U24并联成两路相同电源Vcc和Vdd。电源采用市售24V直流电源，直接给传感器、24V继电器供电。24V直流电源，经电容C滤波后经集成固定输出稳压器MC7805输出+5V电源供各芯片使用。考虑到光电偶合器输出和输入不宜使用一路电源，共使用4片MC7805，双双并联成两路电源，图中分别用Vcc和Vdd表示。
7、由图8、图1、图7所示，显示及键盘控制电路7包括键盘驱动芯片U3，键盘驱动芯片U3选用8279，该部分提供用户进行人机对话功能。键盘驱动芯片U3的SL口和RL口接键盘的行线和列线，键盘驱动芯片U3数据口和控制口引脚同所述单片机U连接。键盘101设置24键，排成3行8列，由键盘驱动芯片U3进行扫描控制，一有键按下，由键盘驱动芯片U3的去抖电路延时10ms确认后，向单片机U申请中断，单片机U通过对键盘驱动芯片U3的FIFO RAM的数据读入，接收用户的操作指令。的P3口及读写口接显示屏102。显示屏102选用国产点阵式BIJ1201CN系列液晶显示，可提供汉字显示。
本实用新型实现时可有一壳体，壳体面板上安装键盘101、显示屏102，壳体内安装上述各电路、电源开关、接线端子线架、AC220V-DC24V变压器。
可将上述各电路集中放在一张电路板上，单片机为编程方便，可在电路板上只焊其底座。输入24V直流电源，开关输出端为5V继电器的常开触点，输入端为输入光电藕和器的输入点，模拟量输入点连单片机U的P1端口和基准电压端口。电路板与显示屏102接口采用标准并行接口。将电路板上端子接到接线端子上，便于现场安装时连接。
权利要求1.一种暖通空调节能自控装置，包括主控制处理电路(1)、温度信号采集电路(2)、数字开关信号输入电路(3)、数字开关信号输出电路(4)、远程通讯电路(5)、电源电路(6)、显示及键盘控制电路(7)、接地部分(9)、键盘(101)、显示屏(102)，其特征在于所述主控制处理电路(1)分别连接所述温度信号采集电路(2)、所述数字开关信号输入电路(3)、所述数字开关信号输出电路(4)、所述远程通讯电路(5)、所述显示及键盘控制电路(7)，所述电源电路(6)分别与上述各电路以提供工作电源方式连接，所述远程通讯电路(5)的输出可连接其它外部控制设备，所述显示及键盘控制电路(7)接所述键盘(101)和所述显示屏(102)。
2.根据权利要求1所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述主控制处理器电路(1)包括单片机(U)、译码器(U6)、外部时钟电路(13)、日历时钟芯片(U9)、外部扩展存储器RAM(U2)、RAM地址锁存器(U7)、外部扩展存储器EEPRAM(U16)、EEPRAM地址锁存器(U15)、锁存器(U8)，单片机(U)写有控制程序，所述单片机(U)脚线(XTAL1、XTAL1)接所述外部时钟电路(13)，所述单片机(U)P3口为地址总线，分别接所述日历时钟芯片(U9)、所述存储器RAM(U2)、所述RAM地址锁存器(U7)、所述存储器EEPRAM(U16)、所述EEPRAM地址锁存器(U15)、所述锁存器(U8)，所述单片机(U)P4口(P4.5、P4.6、P4.7)接所述译码器(U6)，所述译码器(U6)连接所述存储器EEPRAM(U16)，所述单片机(U)P5口(P5.2、P5.3、P5.7)分别接所述存储器EEPRAM(U16)脚(18、19、20)，所述单片机(U)P4口(P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4)接所述存储器RAM(U2)，所述锁存器(U8)的输出分别接所述显示及键盘控制电路(7)、数字开关信号输入电路(3)中的开关信号输入芯片(U5)、数字开关信号输出电路(4)中的开关信号输出芯片(U4)，模拟量输入点连所述单片机(U)P0端口和基准电压端口。
3.根据权利要求1所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述温度信号采集电路(2)包括温度探头(21)，所述温度探头(21)直接接所述单片机(U)的P0口。
4.根据权利要求2所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述数字开关信号输入电路(3)包括开关信号输入芯片(U5)、输入光电偶合器(31)、开关量输入元件(32)、非门(U13A)、电阻(R3)，所述开关量输入元件(32)、所述输入光电偶合器(31)、所述非门(U13A)顺序连接，所述非门(U13A)的输入端及所述输入光电偶合器(31)的输出端与所述电阻(R3)的一端连接，所述电阻(R3)的另一端接电源VCC，这种连接有多路，各路中的所述非门(U13A)的输出分别接所述开关信号输入芯片(U5)的PA口、PB口、PC口，所述开关信号输入芯片(U5)的D口接所述单片机(U)P3口，所述单片机(U)读取输入开关信号。
5.根据权利要求4所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述数字开关信号输出电路(4)包括开关信号输出芯片(U4)、非门(U11A)、输出光电偶合器(41)、开关量输出元件(42)、放大电路(43)，所述开关量输出元件(42)、所述放大电路(43)、所述输出光电偶合器(41)、所述非门(U11A)顺序连接，这种连接有多路，各路中的所述非门(U11A)的输出分别接所述开关信号输出芯片(U4)的PA口、PB口、PC口和所述单片机(U)的P1口。
6.根据权利要求1所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述远程通讯电路(5)包括标准RS-422通讯电路及接口，所述单片机(U)P2口(P2.0、2.1)接所述标准RS-422通讯电路及接口，与其它外部控制设备进行远程通讯。
7.根据权利要求5所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述电源电路(6)包括24V直流电源DC、2n片集成固定输出稳压器(U24)、滤波电容器(C)，所述24V直流电源DC直接给所述开关量输入元件(32)、所述开关量输出元件(42)供电，所述滤波电容器(C)接在所述集成固定输出稳压器(U24)的脚Vin和脚GND之间，所述2n片集成固定输出稳压器(U24)并联成两路相同电源Vcc和Vdd。
8.根据权利要求1所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述显示及键盘控制电路(7)包括键盘驱动芯片(U3)，所述键盘驱动芯片(U3)的SL口和RL口分别接键盘(101)的行线和列线，所述键盘驱动芯片(U3)的数据线、读写口、中断口与所述单片机(U)的数据口P3、读写口和中断口相连，单片机(U)的数据口P3、读写口还与显示屏(102)相连。
9.根据权利要求1所述的暖通空调节能自控装置，其特征在于所述接地部分(9)将上述各部分、电路所涉及的24V供电线路、220V供电线路、传感器连接线的屏蔽层接同一地线且采用单点接地，将上述各部分、电路所涉及的Vcc和Vdd电源负极相连且与机壳浮空。
10.根据权利要求4所述的中央空调节能自控装置，其特征在于所述开关量输入元件(32)的常开常闭点接入所控设备主接触器，所述开关量输入元件(32)装在所控设备控制箱内。
11.根据权利要求5所述的中央空调节能自控装置，其特征在于所述开关量输出元件(42)外部触点连接所控设备自动起停电路节点。
专利摘要本实用新型公开了一种空调节能自控装置，旨在提供一种利用暖通空调冷冻水和空间热惯性自有的特性，对温度量采集后利用单片机直接进行控制的结构简单、通用性强的暖通空调节能自控装置。本实用新型包括主控制处理电路、温度信号采集电路、数字开关信号输入电路、数字开关信号输出电路、远程通讯电路、电源电路、显示及键盘控制电路、接地部分、键盘、显示屏，主控制处理电路分别接温度信号采集电路、数字开关信号输入电路、数字开关信号输出电路、远程通讯电路、显示及键盘控制电路，显示及键盘控制电路接键盘、显示屏。本实用新型适合于中央空调节能自动控制领域。
文档编号F24F11/02GK2725771SQ20042007217
公开日2005年9月14日 申请日期2004年8月2日 优先权日2004年8月2日
发明者张红 申请人:张红