采用P87LPC764單片機中央空調智能管理系統(tǒng)

　　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(jié)，各種環(huán)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(jié)的目的，大大的節(jié)省了能源。

　　中央空調系統(tǒng)主要由制冷機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，風機盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成。制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)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(tǒng)中，冷動泵、冷卻泵、水塔風扇變頻器采用開環(huán)控制，由維護人員根據季節(jié)不同和負荷的變化進行調節(jié)，在每一個房間內都安裝熱交換器和循環(huán)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(jié)房間溫度的目地。

中央空調能效管理系統(tǒng)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(huán)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(tài)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(huán)境溫度Tpv，室內的散(吸)熱系數Kv，循環(huán)風機的轉速n。其中Kv由室內環(huán)境溫度、室外溫度及房間密封隔熱狀況決定。因此選擇循環(huán)風機的轉速為控制參數是調節(jié)房間溫度從而達到節(jié)能的最佳參數。

中央空調能效管理系統(tǒng)性能特點

　　中央空調能效管理系統(tǒng)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。

系統(tǒng)硬件原理及設計

　　中央空調能效管理系統(tǒng)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(jié)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。

　　1 溫度檢測環(huán)節(jié)

　　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。

　　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(jié)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(wěn)壓器網絡；總調整誤差為±1 LSB。

　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(fā)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(fā)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(tài)。32 B用戶代碼區(qū)可用來存放序列碼及設置參數，4個中斷優(yōu)先級。

系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)，等待方波發(fā)生器產生的外部中斷或鍵盤中斷的發(fā)生。

　　當方波發(fā)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(tǒng)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(zhí)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(zhí)行結束后，系統(tǒng)測量實時溫度并顯示溫度。系統(tǒng)共有5個溫度控制狀態(tài)，方波發(fā)生器每O．5 s產生一個外部中斷后，系統(tǒng)就查詢一次系統(tǒng)溫度控制狀態(tài)，并根據相應的狀態(tài)進行相應的調整。

　　狀態(tài)0是未啟動狀態(tài)，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(tǒng)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(tài)l是啟動狀態(tài)，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(tǒng)進入狀態(tài)2提速狀態(tài)，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(tǒng)進入狀態(tài)3減速狀態(tài)，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(tǒng)進入平衡狀態(tài)，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(jié)能效果高達30％以上。

　　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(yè)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(jié)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(tǒng)采用P87LPC764單片機控制，外圍電路少、系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強、操作方便、低成本、值得推廣。