專利名稱：用于中央空調(diào)計(jì)量的末端控制器及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于空調(diào)能量計(jì)量與計(jì)費(fèi)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管末端的能量計(jì)量裝置。
背景技術(shù)：
空調(diào)系統(tǒng)冷熱量的準(zhǔn)確計(jì)量與合理計(jì)費(fèi)不但有利于建筑節(jié)能，而且有利于物業(yè)管 理。風(fēng)機(jī)盤管是中央空調(diào)系統(tǒng)最常見的末端形式。目前對風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的冷量計(jì)量 方法主要有兩種計(jì)時(shí)法和水側(cè)雙溫流量計(jì)量法。計(jì)時(shí)法是對風(fēng)機(jī)盤管的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行累 計(jì)，僅考慮不同風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)功率，沒有考慮風(fēng)機(jī)盤管冷凍水流量和冷凍水溫度的變化，計(jì) 量準(zhǔn)確度低，誤差較大，不利于空調(diào)的合理收費(fèi)。水側(cè)雙溫流量計(jì)量法對于每個末端都需要 一個流量計(jì)和兩個溫度計(jì)，通過積分計(jì)算冷量。雖然冷量計(jì)量精度較高，但初投資大，安裝 復(fù)雜，維護(hù)困難。而且計(jì)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(diào)耗 能的知情。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管末端計(jì)費(fèi)裝置(1)僅以風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間為計(jì) 費(fèi)依據(jù)，粗糙計(jì)費(fèi)的不合理問題；(2)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)、出水溫和流量，投資費(fèi)用高、安裝和 維護(hù)繁復(fù)等問題，本實(shí)用新型提供安裝在中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管末端的用于中央空調(diào)計(jì)量的末 端控制器及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，不僅能準(zhǔn)確計(jì)量并實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行的實(shí)際冷量，而且經(jīng)濟(jì)簡 便。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于中央空調(diào)計(jì)量的末端控制器，所述末端控制器包括單片機(jī)MCU、顯示模 塊、電源模塊。所述末端控制器安裝在中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管末端，通過單片機(jī)MCU的并行輸入 接口連接到中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管水閥狀態(tài)檢測裝置用于采集盤管水閥的開啟或關(guān)閉狀態(tài)；通過單片機(jī)MCU的并行輸出接口連接到盤管水閥的控制裝置實(shí)現(xiàn)末端控制器對 所述盤管水閥的開啟或關(guān)閉控制；通過單片機(jī)MCU的并行輸入接口連接到風(fēng)機(jī)的三檔風(fēng)速檢測裝置用于采集風(fēng)機(jī) 的風(fēng)速；單片機(jī)MCU采集風(fēng)機(jī)速度信號，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的對應(yīng)風(fēng)速下的冷量記錄速 度，對實(shí)際消耗的冷量進(jìn)行計(jì)算并存儲用戶實(shí)際消耗的冷量；所述顯示模塊與單片機(jī)MCU相連用于顯示所述用戶實(shí)際消耗的冷量；所述電源模塊分別與單片機(jī)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(jī)MCU的通訊接口的通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與上 位管理計(jì)算機(jī)的通信。 所述盤管水閥的控制裝置為經(jīng)過光電隔離后連接到單片機(jī)MCU的并行輸出接口 的第一和第二繼電器。[0013]本實(shí)用新型還公開了一種用于中央空調(diào)計(jì)量的風(fēng)機(jī)盤管末端計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，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(yīng)的中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管末端，所述每一個末端控 制器的通訊模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)與上位管理計(jì)算機(jī)通信，將每一個末端控制器檢測的用戶實(shí) 際消耗的冷量傳至上位管理計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型的有益效果是1.僅通過對風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)速狀態(tài)的信號監(jiān)測，根據(jù)預(yù)設(shè)的三檔風(fēng)速下不同的記錄速 度，以空調(diào)冷量為裝置計(jì)量單位，記錄實(shí)際空調(diào)冷量。2.對單片機(jī)功能進(jìn)行擴(kuò)展，增加了看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM功能，使系統(tǒng) 不僅運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定，還具有重要數(shù)據(jù)能長期保存的特點(diǎn)。3.系統(tǒng)通過液晶顯示模塊直接以數(shù)字形式顯示實(shí)際空調(diào)冷量，利于實(shí)現(xiàn)透明與合 理收費(fèi)。4.系統(tǒng)元器件及芯片經(jīng)濟(jì)、成熟、適用，系統(tǒng)成本低，安裝簡單，維護(hù)方便。
圖1所示為本實(shí)用新型末端控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2所示為本實(shí)用新型末端計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的接線原理圖；圖3所示為本實(shí)用新型的末端控制器的監(jiān)控程序框圖；圖4所示為本實(shí)用新型末端控制器的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型利用直接安裝在中央空調(diào)系統(tǒng)末端風(fēng)機(jī)盤管的末端控制器，采集風(fēng)機(jī) 盤管風(fēng)機(jī)的高、中、低三個速度檔位信號。依據(jù)風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)速與空調(diào)水量、空調(diào)供回水溫差 的固有特性，預(yù)先設(shè)定末端控制器內(nèi)置軟件計(jì)時(shí)器對應(yīng)三檔風(fēng)速下的記錄速度。當(dāng)風(fēng)機(jī)盤 管的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號識別為低檔風(fēng)速時(shí)，計(jì)費(fèi)算法以標(biāo)準(zhǔn)記錄速度記錄冷量；當(dāng)風(fēng)機(jī)盤 管的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號識別為中檔風(fēng)速和高檔風(fēng)速時(shí)，計(jì)時(shí)器修正計(jì)時(shí)速度為提前預(yù)設(shè)的 一定倍數(shù)，記錄并顯示風(fēng)機(jī)盤管實(shí)際空調(diào)冷量?？照{(diào)計(jì)費(fèi)時(shí)，只需記錄本次開機(jī)運(yùn)行消耗的冷量，與上次抄表數(shù)據(jù)相減，即為該計(jì) 費(fèi)周期的用冷量，以此乘以單位冷量的收費(fèi)單價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就可得出相應(yīng)的費(fèi)用。從而實(shí)現(xiàn)如電 表、水表類似的計(jì)量和收費(fèi)方式。用戶可以自己讀取用量，并計(jì)算每月空調(diào)費(fèi)用，保證計(jì)量 與計(jì)費(fèi)的透明與公平。本實(shí)用新型的電路實(shí)現(xiàn)方案中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管末端計(jì)費(fèi)裝置，是一個具有 數(shù)據(jù)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(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)處 理、運(yùn)算和存儲功能的單片機(jī)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(shù)據(jù)存儲器、EEPR0M、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、看門狗等部件。如該末端控制器不配置通信模塊，則構(gòu)成簡單末端控制器。簡單 末端控制器可單獨(dú)使用，具有適用、經(jīng)濟(jì)、安裝方便等特點(diǎn)。末端控制器監(jiān)控程序存儲于Flash存儲器中，由風(fēng)機(jī)開啟信號啟動運(yùn)行。控制器通過并行輸入接口采集水閥狀態(tài)信號，當(dāng)用戶水閥關(guān)閉時(shí)，監(jiān)控程序退出；當(dāng)水閥開啟時(shí)，查詢用戶是否已繳費(fèi)，如未繳費(fèi)，控制器通過并行輸出接口發(fā)出關(guān)閉水閥命令，同時(shí)監(jiān)控程 序退出。如用戶已繳費(fèi)，控制器采集風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)機(jī)高、中、低三個速度檔位狀態(tài)信號，并根據(jù) 預(yù)先設(shè)定好的對應(yīng)風(fēng)速下的冷量記錄速度，對實(shí)際消耗的冷量進(jìn)行記錄。MCU對計(jì)算結(jié)果進(jìn) 行存儲，通過顯示?？祜@示用戶消耗的冷量，并通過通信網(wǎng)絡(luò)與上位管理計(jì)算機(jī)通信，將相 關(guān)數(shù)據(jù)傳至管理計(jì)算機(jī)，采用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管末端計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。該末端計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的 接線原理如圖2所示。本實(shí)用新型的中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管末端計(jì)費(fèi)裝置監(jiān)控程序框圖如圖3所示。當(dāng) 用戶打開任風(fēng)速開關(guān)時(shí)，末端控制器開始執(zhí)行監(jiān)控程序。程序首先啟動控制器中的定時(shí)器 (當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿時(shí)，中斷調(diào)用計(jì)時(shí)程序，更新計(jì)時(shí)器時(shí)間)，然后采集三檔風(fēng)速開關(guān)狀態(tài)信 號，并作判斷風(fēng)速開關(guān)是否置為低速檔？是則讀取標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)器時(shí)間數(shù)據(jù)TL，否則判斷風(fēng) 速開關(guān)是否置為中速檔，是則讀取中速計(jì)時(shí)器時(shí)間數(shù)據(jù)TM，否則讀取高速計(jì)時(shí)器時(shí)間數(shù)據(jù) TH0上述在不同風(fēng)速下，由不同記錄速度產(chǎn)生的計(jì)時(shí)器的時(shí)間數(shù)據(jù)TL、TM、TH，用于冷量計(jì) 算公式中準(zhǔn)確計(jì)算用戶消耗的冷量。接著控制器采集水閥狀態(tài)，如水閥關(guān)閉，則退出監(jiān)控程 序；如水閥開啟，則執(zhí)行如下操作向上位機(jī)查詢該用戶是否按時(shí)交費(fèi)，如未交費(fèi)，末端控 制器發(fā)出關(guān)閉水閥命令，如已按時(shí)交費(fèi)，則如3分鐘時(shí)間到時(shí)，進(jìn)行一次冷量計(jì)算、顯示、存 儲，并上傳至上位管理機(jī)等操作。本實(shí)施例中MCU采用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)，通信 模塊采用MAX487E，液晶顯示模塊采用SG12864，電源模塊采用開關(guān)電源。通過必需的軟硬 件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)盤管能耗計(jì)量、顯示及與管理計(jì)算機(jī)(PC機(jī))通信的功能。圖4是本實(shí)用新型的電路圖，AT89S52單片機(jī)共有4個8位準(zhǔn)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(qū)動器、輸入緩存器。對每個接口可進(jìn) 行字節(jié)輸入、輸出操作，也可進(jìn)行位操作。AT89S52單片機(jī)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(jiān)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(tǒng)提供保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時(shí)間時(shí)，看門狗通過 RESET信號向CPU作出反應(yīng)。電壓監(jiān)控功能可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響。當(dāng)電源電壓 降到允許范圍以下時(shí)，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045與AT89S52單 片機(jī)采用SPI總線接口方式，該接口電路為AT89C52單片機(jī)擴(kuò)展了 4kB的串行EEPR0M，即使 系統(tǒng)在掉電后仍可維持?jǐn)?shù)據(jù)不變，因此在本實(shí)施例中用于存儲風(fēng)機(jī)各檔風(fēng)速計(jì)時(shí)器數(shù)據(jù)。 X5045的EEPROM內(nèi)部數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸出 端SO、串行時(shí)鐘輸入端SCK、串行數(shù)據(jù)輸入端SI分別與AT89S52單片機(jī)P2 口的21、22、23、 24引腳相連；復(fù)位輸出端RESET與單片機(jī)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(hù)二 極管。風(fēng)機(jī)盤管三檔風(fēng)速檢測信號經(jīng)光耦TLP521-1輸入AT89S52單片機(jī)的Pl 口第1、2、3 引腳。當(dāng)風(fēng)機(jī)盤管高、中、低三檔風(fēng)速開關(guān)任一檔接通，其相應(yīng)回路限流電阻和二極管導(dǎo)通， 對應(yīng)的單片機(jī)引腳為低電平(0)，而其余兩檔風(fēng)速檢測引腳為高電平(1)。風(fēng)機(jī)盤管水閥控 制信號引自AT89S52單片機(jī)Pl 口的第5、6引腳，經(jīng)光電隔離后通過繼電器Jl、J2分別實(shí)現(xiàn)閥門的開、關(guān)控制。如圖所示，當(dāng)?shù)?引腳置高時(shí)，光耦導(dǎo)通，繼電器Jl線圈通過電流，關(guān)水閥電氣回路接通，水閥關(guān)閉；當(dāng)?shù)?引腳置高時(shí)，光耦導(dǎo)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(tài)檢測信號經(jīng)光耦TLP521-1輸入AT89S52單片機(jī)Pl 口 的第4引腳。本實(shí)用新型采用液晶顯示模塊SG12864，圖中SG12864與AT89S52單片機(jī)的連接 采用直接訪問方式，即將液晶顯示模塊當(dāng)作存儲器或I/O設(shè)備，單片機(jī)以訪問存儲器或I/O 設(shè)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(shù)據(jù)線DBO DB7與AT89S52 單片機(jī)PO 口的第32 39引腳相連；指令/數(shù)據(jù)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(jī)P2 口的第25、26、27、28引腳相連；E為使能信號線，與單片機(jī) 16、17引腳信號的與非輸出相連。本實(shí)用新型采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX487E通信模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信。MAX487E 是一種差分平衡型收發(fā)器芯片，是用于TTL協(xié)議與485協(xié)議轉(zhuǎn)換的小功率收發(fā)器，它含有一 個驅(qū)動器和一個接收器，采用半雙工通信方式，節(jié)點(diǎn)數(shù)128個，具有抗雷擊、抗靜電沖擊、限 斜率驅(qū)動和故障保護(hù)等功能。接收器輸出端RO與AT89S52單片機(jī)的第10引腳相連，驅(qū)動 器輸入端DI與單片機(jī)的第11引腳相連，驅(qū)動器輸出使能端與單片機(jī)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(guān)電源，輸入AC220V，輸出DC士5V，DC士 12V。
權(quán)利要求一種用于中央空調(diào)計(jì)量的末端控制器，所述末端控制器包括單片機(jī)MCU、顯示模塊、電源模塊，其特征在于用于中央空調(diào)計(jì)量的末端控制器及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)所述末端控制器安裝在中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管末端，通過單片機(jī)MCU的并行輸入接口連接到中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管水閥狀態(tài)檢測裝置用于采集盤管水閥的開啟或關(guān)閉狀態(tài)；通過單片機(jī)MCU的并行輸出接口連接到盤管水閥的控制裝置實(shí)現(xiàn)末端控制器對所述盤管水閥的開啟或關(guān)閉控制；通過單片機(jī)MCU的并行輸入接口連接到風(fēng)機(jī)的三檔風(fēng)速檢測裝置用于采集風(fēng)機(jī)的風(fēng)速；單片機(jī)MCU采集風(fēng)機(jī)速度信號，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的對應(yīng)風(fēng)速下的冷量記錄速度，對實(shí)際消耗的冷量進(jìn)行計(jì)算并存儲用戶實(shí)際消耗的冷量；所述顯示模塊與單片機(jī)MCU相連用于顯示所述用戶實(shí)際消耗的冷量；所述電源模塊分別與單片機(jī)MCU和顯示模塊的電源輸入端相連以提供直流電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于中央空調(diào)計(jì)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(jī)MCU的通訊接口的通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與上位管理計(jì)算機(jī)的通fn °
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于中央空調(diào)計(jì)量的末端控制器，其特征在于所述單片機(jī) MCU優(yōu)選AT89S52單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于中央空調(diào)計(jì)量的末端控制器，其特征在于風(fēng)機(jī)的三檔 風(fēng)速檢測信號經(jīng)光耦輸入至單片機(jī)MCU的并行輸入接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于中央空調(diào)計(jì)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(jīng)過光電隔離后連接到單片機(jī)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(diào)計(jì)量的風(fēng)機(jī)盤管末端計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，包括多個如權(quán)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(yīng)的中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管末端，所述每一個末端控制器 的通訊模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)與上位管理計(jì)算機(jī)通信，將每一個末端控制器檢測的用戶實(shí)際消 耗的冷量傳至上位管理計(jì)算機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型用于中央空調(diào)計(jì)量的末端控制器及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，用于中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管的能量計(jì)量，由單片機(jī)MCU、顯示模塊、電源模塊和通信模塊構(gòu)成。所述末端控制器安裝在中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管末端，通過單片機(jī)MCU的并行輸入接口連接到中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管水閥狀態(tài)檢測裝置用于采集盤管水閥的開啟或關(guān)閉狀態(tài)；通過單片機(jī)MCU的并行輸出接口連接到盤管水閥的控制裝置實(shí)現(xiàn)末端控制器對所述盤管水閥的開啟或關(guān)閉控制；通過單片機(jī)MCU的并行輸入接口連接到風(fēng)機(jī)的三檔風(fēng)速檢測裝置用于采集風(fēng)機(jī)的風(fēng)速；通過單片機(jī)MCU采集到的風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)速信號，對實(shí)際消耗的冷量進(jìn)行記錄、顯示和存儲。本實(shí)用新型信號監(jiān)測簡單，系統(tǒng)成本低，安裝與維護(hù)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(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者卿曉霞, 白雪蓮 申請人:重慶大學(xué)