专利名称：基于bus总线的温控型中央空调计费器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中央空调计费器，特别是涉及一种基于 BUS总线的温控型中央空调计费器。
二、 背景技术中央空调在实际使用中存在大量的能源浪费现象，据有关统 计，楼宇中央空调运行耗能占建筑总耗能的65%左右。这其中固然有用户节能意 识淡薄、收费体制不合理等因素引起，但主要原因还是空调系统的设计、施工与 设备运行管理规范的落后。随着社会科技的发展以及人们环保、节能意识的增强， 科学、高效的中央空调末端设备已经投入使用，为了社会可持续发展的需要，方 便集中管理，节约能源，将中央空调的风机盘管智能温控技术、冷热量计量技术、 计算机网络及通讯技术协调发展，实现按需、按量收费，克服传统空调系统的计 量收费存在的弊端，对于节约能源、增强环保意识是非常必要的。
中国实用新型专利ZL200520014407.6 (公告号CN2826261Y)提出了一种 中央空调末端智能温控与联网计费集成装置。本实用新型包括室内温控器、电动 二通阀、数字温度传感器、和风机盘管接线端子，还包括集控盒、数据远程采集 单元RTU6、 RS-232到RS-485 / 422的转换器和个人计算机，所有RTU6均并连 接在RS-485总线或CAN总线上，连接至转换器，将所有的数据信息通过总线方 式传送到个人计算机。中国实用新型专利ZL 200420090324. 0 (公告号CN 2745035Y)公开的一种《办公楼宇中央空调风机盘管的分户计费器》，主要包括 一个风机盘管计费装置和一个区域管理机，风机盘管计费装置包括一个微处理 器，通信模块，数据釆集模块，输出控制模块，数据显示人机操作模块及电源模 块，风机盘管计费装置通过通信模块和AB线将数据发送到区域管理机上；风机 盘管计费装置的P2 口为显示与输出控制接口，通过74LS07信号驱动数码管，通 过74LS374锁存后驱动可控硅输出；装置的POEI为信号采集单口，温度传感器 及湿度传感的输出端与多开关相连接，多路开关的输出连接到Po.l， P0.2。其优点 是功能齐全，与风机控制器合二为一，投资成本较低，性价比高。
而目前这样的总线通讯方式计费器存在的问题是通讯线和电源线必须由四 根导线完成，由专用线按极性连接，操作、使用不方便，且增加安装工艺和布线 施工成本。
三、实用新型内容
本实用新型的目的针对背景技术现有技术不足，提出一种基于BUS总线 的温控型中央空调计费器，利用BUS总线技术实现供电和通讯由两根普通电线 组成的总线完成，同时实现计费器供电和通讯功能，且无极性连接。大大改进了
485总线的供电和通讯由两对电线进行极性联接的限制。 本实用新型所采用的技术方案是-
一种基于BUS总线的温控型中央空调计费器，含有处理器模块，监时存贮模 块，风机盘管档位控制/检测模块，阀位控制/检测模块，监时存贮模块的数据存 储/读取接口、同步时钟接口分别连接处理器模块CPU的相应I/0接口，监时存 贮模块和处理器模块CPU的复位接口对应连接，风机盘管档位及阀位检测模块的 输出信号分别接入处理器模块CPU的相应I/O输入接口，风机盘管档位和阀位控 制信号分别连接处理器模块CPU的相应I/O输出接口，同处理器模块CPU连接有 BUS总线通讯电源模块，BUS总线通讯电源模块一方面提供计费器工作电源，同 时其串行通讯接口和处理器模块CPU的串行通讯接口对应连接，其数据接口通过 前置电桥与外部总线无极性连接，由两根普通导线同时实现计费器的供电和通 讯。
所述的基于BUS总线的温控型中央空调计费器，还含有显示/操作通讯接口 模块，显示/操作通讯接口模块通过处理器模块CPU程序设定的相应I/O接口和 光耦521隔离实现模拟一线式共地通讯，计费器通过显示/操作通讯接口模块与 显示、操作面板对应连接，实现人机对话。
所述的基于BUS总线的温控型中央空调计费器，所述的显示、操作面板功能 电路含有处理器CPU，监时存储器，温度采集模块，按键模块，遥控接收模块， 监时存储器的数据存储、读取接口、片选信号接口及同步时钟接口分别连接处理 器CPU的相应I/0接口，监时存贮器和处理器CPU的复位接口对应连接，温度采 集模块采用时基电路，热敏电阻连接时基电路芯片NE555的采样输入端，时基电
路芯片NE555随温度变化脉宽的脉冲输出信号连接处理器CPU的一个I/O接口 ，
按键模块含有温度增、减按键、更换模式按键、更换档位按键、液晶开关按键， 各按键开关量输出端分别接入处理器CPU程序设定的1/0接口，同所述处理器CPU
连接有显示/操作通讯接口，显示、操作面板通过所述显示/操作通讯接口同计费 器处理器模块的CPU连接。
所述的基于BUS总线的温控型中央空调计费器，风机盘管档位、阀门状态检 测采用光耦521实现强弱电隔离，风机盘管档位、阀门状态检测模块的输入端连 接风机盘管档位、阀门工作电源端，风机盘管档位、阀门状态检测模块的输出端 分别连接处理器模块CPU的一个I/O接口 ；风机盘管档位、阀门控制模块采用可 控硅BT136为主控器件，通过光耦3021实现强弱电隔离，阀门控制模块的输入 控制端连接处理器模块CPU的相应I/O接口 ，其控制输出端分别控制连接风机盘 管档位、阀门工作电源；所述阀门控制模块或者采用继电器控制，阀门控制光耦 输入端连接处理器模块CPU，所述控制光耦输出端控制连接继电器。
所述的基于BUS总线的中央空调计费器，处理器模块的CPU采用ATMEL公司 的AT89S52双列直插式可擦写CPU芯片，或者选用PIC16系列、PHILIPS89系列、 MSP系列芯片中的任意一种；BUS总线通讯电源模块采用集成电路芯片CMT001或 TSS721， BUS总线通讯电源模块与处理器模块CPU通讯接口直接连接或采用隔离 模块连接。
本实用新型中央空调计费器，主要用于间接计量中央空调风机盘管运行的有 效时间和室内风机盘管的自动控制，按"有效果"计费原则和"时间计费"法，
计量风机盘管的有效运行时间，利用W=EPi*ti (注W:当量能量值；Pi:风机 盘管相应档位的标准功率，由厂家提供；ti:风机盘管对应档位的"有效"运行 时间，即中央空调供水温度制冷时小于TO，采暖时大于T1时间内的运行时间)
公式计算出该台中央空调风机盘管消耗的计算能量，并以此计算能量在中央空调 系统总计算能量中所占比例作为风机盘管消耗的"当量能量"分摊中央空调的费 用，实现分户计量。
本实用新型的有益积极效果
1、本实用新型基于BUS总线的温控型中央空调计费器通过采用BUS总线通
讯电源模块，由两根普通电线利用BUS总线技术实现计费器供电和通讯功能，采 用无极性连接，大大改进了 RS485总线的供电和通讯由两对电线进行极性连接的 限制。简化了安装工艺和布线成本，实现了中央空调有效果计费，按量收费，结 构简单，成本低，使用方便。
2、本实用新型中央空调计费器，为了系统完整性和减少用户投资，集成了 风机盘管温控器的全部功能，人机接口有操作面板和遥控器两种方式，除具有普 通温控器的全部功能外，还具有防冻、设定温限和指定运行功能模式，使用中不 用再另配温控器或三速开关，应用简单，降低改造成本。
四、
图l:基于BUS总线的温控型中央空调计费器原理方框图
图2:温控型中央空调计费器处理器模块CPU电路原理图
图3:温控型中央空调计费器监时存储模块电路原理图
图4:温控型中央空调计费器总线通讯电源模块原理示意图
图5:温控型中央空调计费器风机盘管档位\阀门检测模块电路原理图
图6:温控型中央空调计费器风机盘管档位\阀门控制模块电路原理图
图7:温控型中央空调计费器阀门控制模块电路继电器控制方式原理图
图8:温控型中央空调计费器显示/操作通讯接口模块电路原理图
图9:所述计费器显示/操作面板功能电路处理器CPU电路原理图
图10:所述计费器显示/操作面板功能电路监时存储器电路原理图
图11:所述计费器显示/操作面板功能电路通讯接口电路原理图
图12:所述计费器显示/操作面板功能电路温度检测模块电路原理图
图13:所述计费器显示/操作面板功能电路按键模块电路原理图
五具体实施方式
实施例一参见图l，本实施例基于BUS总线的温控型中央空调计费器由主 处理器模块、监时存贮模块、风机盘管档位控制/检测模块、阀门控制/检测模块、 通讯/电源模块，显示/操作通讯接口模块和运行指示模块等组成。监时存贮模块 的数据存储、读取接口、片选信号接口及同步时钟接口分别连接处理器模块CPU 的相应I/0接口，监时存贮模块和处理器模块CPU的复位接口对应连接，风机盘
管档位及阀位检测模块的输出信号分别接入处理器模块CPU的相应I/O输入接 口 ，风机盘管档位和阀位控制信号分别连接处理器模块CPU的相应I/O输出接口 ， BUS总线通讯电源模块的串行通讯接口其中的一个接口连接电源，所述串行通讯 接口同时和处理器模块CPU的串行通讯接口对应连接，BUS总线通讯电源模块的 数据接口通过前置电桥与外部总线的无极性连接，同时实现计费器的供电和通讯 由两根普通导线完成；显示/操作通讯接口模块通过处理器模块CPU的普通I/O 接口和光耦521隔离实现一线制共地模拟通讯，显示/操作通讯接口模块的通讯 接口连接显示、操作面板。
具体实施方式
参见图2 8，基于BUS总线的温控型中央空调计费器采用 ATMEL公司的AT89S52双列直插式可擦写CPU芯片，通过软件对功能脚的定义， 实现与外部模块的联接和对风机盘管控制和有效果运行时间计量功能的实现。 CPU的18脚接晶体模块的XI端，CPU的19脚分别接晶体模块的X2端；CPU的第 20、 40脚分别接电源模块的GND、 VCC端；C6是退耦电容；R4， Rl是上拉电阻； CPU的第35脚接红外遥控板的温度信号输出端，CPU的第12脚接红外遥控板的 红外数据输出端。监时存贮模块采用X5045, X5045的定时监测DOWG端与CPU的 第24脚相联，SO端与CPU的第23脚相联，3脚VCC接+5V电源使X5045 —直处 于可存贮数据状态，GND接+5V电源地，X5045的SI端与CPU的第22脚相联，SCLK 端与CPU的第21脚相联，RST端与CPU的第9脚相联，8脚VCC接+5V电源正， 向X5045提供+5V电源和低电压检测。X5045提供低电压保护功能，监时功能， 数据读写。图3中C12是退耦电容，R2是上拉电阻。
参见图4，总线通讯电源模块采用集成电路芯片CMTOOl， CMT001的接收RX/ 发送TX数据脚分别直接与主CPU的第10、 11脚相联，也可设计成电气隔离的模 式来提高系统抗干扰性，即接收RX/发送TX数据脚分别与隔离模块的RXD1、 TXD1 联接，隔离模块的RXD2、 TXD2与主CPU的第10、 11脚相连。
参见图5，风机盘管档位、阀门状态检测采用光耦521实现强弱电隔离，风 机盘管档位、阀门状态检测模块光耦521的输入端分别通过功率限流电阻R23、 R29、 R30、 R21和半波整流二极管D13、 D15、 D16、 Dll连接风机盘管档位、阀门 工作电源端，风机盘管档位、阀门状态检测模块的输出端分别连接处理器模块CPU
的一个I/0接口。图4中，R22、 R24为上拉电阻，D12、 D14为逆向保护二极管， C14、C15为稳压电容(由于521控制端是50Hz的半波市电，输出端也是一个50Hz 的脉冲，利用低频电容的充放电延时稳压)。阀门检测CHENK1接CPU的第5脚， 档位检测CHECK2接CPU的第5脚。
参见图6，风机盘管档位、阀门控制模块采用可控硅BT136为主控器件，通 过光耦3021实现强弱电隔离，阀门控制模块的输入控制端连接处理器模块CPU 的相应1/0接口，其控制输出端分别控制连接风机盘管档位、阀门工作电源.图 中电阻均为限流电阻，阀门控制模块的阀门控制C0NT1接CPU的第1、 14， 15脚； 高档控制端C0NT2接CPU的2脚；中档控制端C0NT3接CPU的3脚；低档控制端 C0NT4接CPU的第4脚。图中，市电零线AC220N端接六孔插头的第1脚，市电火 线AC220L端接六孔插头的第2脚，阀门输出0UT1端接六孔插头的第3脚，高档 输出0UT2端接六孔插头的第4脚，中档输出0UT3端接六孔插头的第5脚，低档 输出0UT4端接六孔插头的第6脚。
参见图7，所述阀门控制模块或者采用继电器控制，阀门控制光耦输入端连 接处理器模块CPU，所述控制光耦输出端控制连接继电器；可以双向输出，用于 特殊的三端阀门控制器。阀门控制模块的阀门控制C0NT1接主CPU的第1、 14, 15脚，市电火线AC220N，阀门输出0UT1分别对应六孔插头的2、 3脚，阀门输 出2 0UT1-2对应板上附加输出端口。
参见图8，显示/操作通讯接口模块通过光耦521和CPU普通I/O 口实模拟现 通讯，显示通讯模块的面通讯出DOUT端与CPU的第7脚相联，显示通讯模块的 面通讯入端DINT端与主CPU的第13脚相联，COMM端为收、发共用通讯接线端， 与电源地实现共地通讯。三线通讯有电源正、电源地和通讯线。
CPU的第27脚运行指示LED发光管；第28脚接通讯指示LED发光管。
基于BUS总线的温控型中央空调计费器一般安装在所计量的风机盘管检査口 附近，强电六孔插头的1、 2线为市电接口，对应有控电(无阀)模式和控水(有 阀)模式两种接线方式，控电(无阀)模式直接控制风机档位；控水(有阀)模 式是由六孔插头的3端子输出接入电动阀。强电六孔插头的3、 4、 5、 6端子与 风机盘管的阀、高、中、低联接；弱电/通讯的7、 8端子接BUS总线，无极性；
显示/操作接口端子接显示/操作面板时只对应联接10、 11、 12接子，接遥控接
收器时，9、 10、 11、 12端子对应联接。
实施例二本实施例基于BUS总线的温控型中央空调计费器，在实施例一的 基础上，增加了显示/操作面板。显示面板是CFP-SK-WRX中央空调计费器不可缺 少的部分，具备空调温控开关和计费信息显示两大功能。用户可选择轻触式按键， 也可用遥控操作，操作方式简单，人机对话界面友好。
参见图9 13，所述的显示、操作面板功能电路含有处理器CPU (图9)，监 时存储器(图10)，温度采集模块(图12)，按键模块(图13)。
显示板采用ATMEL公司的AT89C4051双列直插式可擦写CPU芯片，通过 软件对功能脚的定义，实现与温控型计费器的联接以达到对风机的控制。X5045 的第1脚与主CPU的第2脚相联，X5045的第2脚与主CPU的第19脚相联， X5045的第3脚接+5V电源，使X5045 —直处于可存贮数据状态，X5045的第4 脚接+5V电源地，X5045的第5脚与主CPU的第6脚相联，X5045的第6脚与 主CPU的第18脚相联，X5045的第7脚与主CPU的第1脚相联，X5045的第8 脚接+5V电源正，向X5045电源和低电压检测。CPU的第4脚接晶振XTAL的 X2端，CPU的第5脚接晶振XTAL的X1端，CPU的第6脚接一体化红外接收 头Jl的数据采集端IRDA。 CPU的工作电源由三端稳压集成电路7805组成的电 源模块提供。CPU的第12脚接液晶模块的液晶背光驱动端，CPU的第14脚接液 晶模块的液晶选通/CS端，CPU的第16脚接监时存贮模块X5045的第2脚和液晶 模块的液晶数据DAT端。
温度采集模块采用时基电路，热敏电阻连接时基电路芯片NE555的釆样输入 端，时基电路芯片NE555的脉冲输出信号第3脚DQ端连接处理器CPU的一个I/O 接口，按键模块含有温度增、减按键、更换模式按键、更换档位按键、液晶开关 按键，各按键开关量输出瑞分别接入处理器CPU程序设定的I/0接口，同所述处 理器CPU连接有显示/操作通讯接口，显示、操作面板通过所述显示/操作通讯接 口同计费器处理器模块的CPU连接。NE555为核心器件,通过热敏电阻J5的特性， 得到随温度变化而变化宽度的脉冲输出(温度输入DQ)， CPU按采集到的脉冲宽 度计算得到温度；电位器RT为温度釆集调零电阻，与R12、 C3、 C2构成模块的模拟信号采集输入。
参见图ll，为显示/操作面板功能电路的接收通讯接口，与图8所示通讯接 口模块对应，显示/操作面板的通讯功能以光耦为核心实现模拟通讯，通讯接收 DINT端与CPU的第13相联，通讯发送端DOUT与主CPU的第17脚相联，接通讯 线CO固与外通讯线的信号线相连，C0MM端为收、发共用通讯接线端，与电源地 实现共地通讯。当发送时，主CPU的第17脚在D0UT输出高/低电平编码触发U7 通/断，同步在CO固端输出高/低电平编码；接收时，CO醒端的高/低电平编码触 发U6通/断，同步的DINT端输出高/低电平供主CPU的第13脚检测。
本实用新型基于BUS总线的温控型计费器具有室温设定、分档位运行、自动 运行、冷暖模式设定、遥控等温控器的全部功能，有遥控接收头和操作显示面板 两种人机接口，在配置操作显示面板情况下，还可以现场显示正在运行的档位、 室内温度、冷暖模式、风机盘管各档位累计有效运行时间和上月的费用等；控制 功能有硬件控制和软件控制两种控制模式，硬件控制模式是CPU模块在接到上 位机控制(开关阀)指令后，由控制模块实现对开关阀控制；软件控制模式是CPU 模块在接到上位机控制(人机接口控制)指令后，关闭风机盘管和电动阀，不再 响应遥控器或显示操作面板的操作；指定运行功能CPU模块在接到上位机控制 (指定运行)指令后，按管理中心的指定模式运行，不再响应遥控器或显示操作 面板的操作；设定温限模式由程序或通讯接口设定，CPU模块在接到设定温限 指令后，设定的用户最低室内温度T1和最高室内温度极限T2生效，遥控器或显 示操作面板操作时设定的室内温度超过极限时，自动按极限温度运行；建筑防冻 功能当基于BUS总线的温控型中央空调计费器检测到室内温度低于或高于某一 设定的温度值时自动控制中央空调风机盘管的运行，例如在检测到室内温度低于 5°时，强制开机运行；在检测到室内温度高于于10°时，强制关机。
权利要求1、一种基于BUS总线的温控型中央空调计费器，含有处理器模块，监时存贮模块，风机盘管档位控制/检测模块，阀位控制/检测模块，监时存贮模块的数据存储/读取接口、同步时钟接口分别连接处理器模块CPU的相应I/O接口，监时存贮模块和处理器模块CPU的复位接口对应连接，风机盘管档位及阀位检测模块的输出信号分别接入处理器模块CPU的相应I/O输入接口，风机盘管档位和阀位控制信号分别连接处理器模块CPU的相应I/O输出接口，其特征是同处理器模块CPU连接有BUS总线通讯电源模块，BUS总线通讯电源模块一方面提供计费器工作电源，同时其串行通讯接口和处理器模块CPU的串行通讯接口对应连接，其数据接口通过前置电桥与外部总线无极性连接，由两根普通导线同时实现计费器的供电和通讯。
2、 根据权利要求1所述的基于BUS总线的温控型中央空调计费器，其特征 是:还含有显示/操作通讯接口模块，显示/操作通讯接口模块通过处理器模块CPU 程序设定的相应I/0接口和光耦521隔离实现模拟一线式共地通讯，计费器通过 显示/操作通讯接口模块与显示、操作面板对应连接，实现人机对话。
3、 根据权利要求2所述的基于BUS总线的温控型中央空调计费器，其特征 是所述的显示、操作面板功能电路含有处理器CPU,监时存储器，温度采集模 块，按键模块，遥控接收模块，监时存储器的数据存储、读取接口、片选信号接 口及同步时钟接口分别连接处理器CPU的相应I/O接口 ，监时存贮器和处理器CPU 的复位接口对应连接，温度采集模块采用时基电路，热敏电阻连接时基电路芯片 NE555的采样输入端，时基电路芯片NE555随温度变化脉宽的脉冲输出信号连接 处理器CPU的一个I/0接口，按键模块含有温度增、减按键、更换模式按键、更 换档位按键、液晶开关按键，各按键开关量输出端分别接入处理器CPU程序设定 的I/0接口，同所述处理器CPU连接有显示/操作通讯接口，显示、操作面板通 过所述显示/操作通讯接口同计费器处理器模块的CPU连接。
4、 根据权利要求1或2或3所述的基于BUS总线的温控型中央空调计费器， 其特征是风机盘管档位、阀门状态检测采用光耦521实现强弱电隔离，风机盘 管档位、阀门状态检测模块的输入端连接风机盘管档位、阀门工作电源端，风机 盘管档位、阀门状态检测模块的输出端分别连接处理器模块CPU的一个1/0接口；风机盘管档位、阀门控制模块采用可控硅BT136为主控器件，通过光耦3021实 现强弱电隔离，阀门控制模块的输入控制端连接处理器模块CPU的相应I/O接 口，其控制输出端分别控制连接风机盘管档位、阀门工作电源；所述阀门控制模 块或者采用继电器控制，阀门控制光耦输入端连接处理器模块CPU，所述控制光 耦输出端控制连接继电器。
5、根据权利要求1或2或3所述的基于BUS总线的温控型中央空调计费器， 其特征是处理器模块的CPU釆用ATMEL公司的AT89S52双列直插式可擦写CPU 芯片，或者选用PIC16系列、PHILIPS89系列、MSP系列芯片中的任意一种；BUS 总线通讯电源模块采用集成电路芯片CMT001或TSS721, BUS总线通讯电源模块 与处理器模块CPU通讯接口直接连接或采用隔离模块连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于BUS总线的温控型中央空调计费器。基于BUS总线的温控型中央空调计费器含有处理器模块，监时存贮模块的数据接口、控制接口分别连接处理器模块CPU的相应I/O接口，风机盘管档位及阀位检测模块的输出信号接入处理器模块CPU的相应I/O输入接口，风机盘管档位和阀位控制信号连接处理器模块CPU的相应I/O输出接口，通过显示/控制通讯接口与操作面板通讯实现温控操作和显示，BUS总线通讯电源模块内部的串行通讯接口同处理器模块CPU的对应接口连接，其数据接口同时通过前置电桥实现与外部总线的无极性连接，由两根普通导线同时实现计费器工作电源和通讯双重功能，大大改进了485总线的供电和通讯由两对电线进行极性连接的限制。
文档编号G01D4/00GK201003959SQ20062013493
公开日2008年1月9日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者李玉琴, 东 杨, 陈传伟 申请人:郑州春泉暖通节能设备有限公司