專利名稱：一種機房空調(diào)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機房空調(diào)控制器，尤其是涉及對溫度和濕度要求較高的機 房空調(diào)控制器。
背景技術(shù)：
目前普遍采用的機房空調(diào)控制器，它們具有控制功能簡單、不易聯(lián)網(wǎng)、 擴展性不高及信息集成度不高，界面簡單，價格比較貴、無法改進控制工 藝、抗干擾能力差等缺點。有的控制器只是單純的硬件控制，只能夠控制 空調(diào)，沒有多空調(diào)方案，接線復(fù)雜，參數(shù)調(diào)整不方便，不能根據(jù)用戶的需 求定制。另外有些控制器啟動空調(diào)和關(guān)閉空調(diào)的方式是通過供電和斷電來 進行，大大縮短空調(diào)的壽命。同時控制器的擴展性對于有大量模擬量信號 (溫度、濕度、壓差、風(fēng)量、流量、風(fēng)機轉(zhuǎn)速、閥門開度等)需要進行采 集及監(jiān)控的機房空調(diào)極其重要，除自身帶有各種外設(shè)接口 (開關(guān)量輸入、 開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、電源、通信端口等)夕卜，還需擴 展各種類型的擴展模塊，進行靈活的配置，便于日后的系統(tǒng)擴展與升級。另外， 一個系統(tǒng)在設(shè)計或調(diào)試完成后，并不能保證此系統(tǒng)就是完整無 缺的，在日后的維護保養(yǎng)中，在很多情況下，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大或生產(chǎn) 工藝的改變要對原有控制系統(tǒng)進行升級或擴展，此時對于用戶來說只有兩 種選擇 一種為重新購置控制系統(tǒng)，另一種為在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行升級 或擴展。重新購置控制系統(tǒng)的成本太高且耗力耗時，為不得不作出的情況; 而在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行升級或擴展的方法，可充分利用原有資源，即節(jié) 省成本，又可省去大量的因施工和調(diào)試帶來的不便與時間。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種機房空調(diào)控制器，該機房空調(diào)控制器可以 克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的各種不足，實現(xiàn)在系統(tǒng)供電情況下接入或撤除，可
以方便地對某一節(jié)點電路進行故障診斷與跟蹤，這樣在日常的維護中，只 要對需進行處理或修改的模塊進行相應(yīng)的升級與修改，減小了因誤操作或 修改不當(dāng)造成的風(fēng)險，增強了整個系統(tǒng)的可維護性。本發(fā)明的機房空調(diào)控制器，包括CPU、存儲器、顯示器、1/0接口、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述CPU和所述擴展I/0接口之 間采用兩線制的I2C串行總線控制。本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的特征還在于，還包括，fC驅(qū)動模塊，該模 塊用于驅(qū)動擴展的I2C電路；具有I2C接口的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器模塊 電路；以及具有fC接口的I/0擴展模塊電路。本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的特征還在于，還包括主板及顯示板的CAN 總線控制器，該控制器用于實現(xiàn)所述CPU控制模塊和顯示器控制模塊之間 的通信控制。本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的特征還在于，還包括Flash存儲器，該存 儲器用于更新的控制和顯示程序。本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的特征還在于，在所述輸入端口設(shè)有光電耦合器。本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的特征還在于，在所述主板控制器設(shè)有I2C 接口的E2PROM用于存放系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)。本發(fā)明機房空調(diào)控制器以其運行可靠、使用與維護均很方便，適合抗 干擾能力強，擴展性高等優(yōu)點。并且通過編程可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制， 可以在很大程度上簡化硬件接線，提高控制系統(tǒng)可靠性，用戶操作界面友 好，信息集程度高，便于實現(xiàn)智能控制。另外，本發(fā)明的機房空調(diào)控制器還有以下特性1、經(jīng)濟性本控制器使用的是兩線制的I2C串行總線的單片機控制系統(tǒng)，這種控制 器的優(yōu)點是這種串行總線使得各電路單元之間只需最簡單的連接，而且總 線接口都已集成在器件中，如在控制器中使用具有I2C總線接口的 CPU,A/D,D/A， I/O， E2PROM擴展芯片等不需另加總線接口電路，可最大 限度簡化結(jié)構(gòu)，從而提高了電路的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。
2、 擴展性一個系統(tǒng)在設(shè)計或調(diào)試完成后，并不能保證此系統(tǒng)就是完整無缺的， 在日后的維護保養(yǎng)中，在很多情況下，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大或生產(chǎn)工藝的改變要對原有控制系統(tǒng)進行升級或擴展，此時對于用戶來說只有兩種選擇: 一種為重新購置控制系統(tǒng)，另一種為在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行升級或擴展。 重新購置控制系統(tǒng)的成本太高且耗力耗時，為不得不作出的情況；而在原 有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行升級或擴展的方法，可充分利用原有資源，即節(jié)省成本， 又可省去大量的因施工和調(diào)試帶來的不便與時間；所以，本控制器中采用 這種總線方式的控制器各單元電路除了個別中斷引線外，相互之間沒有其 它連線，用戶常用的單元電路基本上與系統(tǒng)電路無關(guān)，除自身帶有各種外 設(shè)接口 (開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、電源、通 信端口等)夕卜，還可擴展各種類型的擴展模塊，進行靈活的配置，便于日 后的系統(tǒng)擴展與升級；易形成自己的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計?？筛屿`活地 擴展系統(tǒng)功能，縮短新品的開發(fā)周期。3、 可維護性這種控制器上各節(jié)點具有獨立的電氣特性，各節(jié)點單元電路能在相互 不受影響的情況下，甚至在系統(tǒng)供電情況下，接入或撤除，可以方便地對 某一節(jié)點電路進行故障診斷與跟蹤，這樣在日常的維護中，只要對需進行 處理或修改的模塊進行相應(yīng)的升級與修改，減小了因誤操作或修改不當(dāng)造 成的風(fēng)險，增強了整個系統(tǒng)的可維護性；4、 抗干擾能力強該控制器采用的具有fC總線的IC，它們都具有抗高噪聲干擾，并且 它們的電壓調(diào)整范圍也比較寬。與總線相連的串連電阻保護I2C總線器件的I/O級，防止總線上的高電 壓的毛刺影響I/O級并將振蕩和干擾減到最小。內(nèi)部采用有看門狗定時器的單片機，既可以利用軟件看門狗也可以使 用硬件看門狗提高系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)采用市電交流220V (50Hz)到控制板上的交流24V (50Hz)以及 控制板交流24V到交流27V/18V/8V的電壓變換，采用在變壓器的繞組間加屏蔽層的電源隔離變壓器。這樣可以有效的抑制噪聲，消除干擾。在直流電源端并聯(lián)電容進行濾波。來抑制電源的高頻和低頻干擾。在開關(guān)量輸出的繼電器接點兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電 路)，以減小電火花影響。電路隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而 達到抑制噪聲干擾的效果。為防1/0 口的串?dāng)_，對于數(shù)字量輸入主要采用光 電耦合器隔離，而數(shù)字量輸出主要采用繼電器隔離同時在PCB板的布局上也增加了抗干擾設(shè)計。
5、 采用CAN總線控制的顯示控制部分，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快，數(shù)據(jù) 傳輸可靠性高的優(yōu)點，并以計算機三維圖的形式展示機組結(jié)構(gòu)、機組運行 數(shù)據(jù)、運行狀況。完善的數(shù)據(jù)趨勢圖顯示，包括室內(nèi)溫度，室內(nèi)濕度，壓 縮機高低壓、供電電壓電流等。
6、 顯示模塊提供有龐大的數(shù)據(jù)存儲空間，可以存儲的機組運行數(shù)據(jù)如 溫度、濕度、高低油壓等的時間取決于采樣間隔。并且可以上傳給監(jiān)控計 算機做為數(shù)據(jù)分析用。
7、 機組發(fā)生報警時在計算機顯示屏出現(xiàn)紅色ALARM顯示，同時通過 GSM模塊自動向維修人員發(fā)送包含報警內(nèi)容的手機短消息。遠程遙控機組 開機、停機(有權(quán)限限制)。
8、 方便的程序更新，主板和顯示控制部分都裝備有Flash存儲器，可 現(xiàn)場通過板載RS232 口直接下載更新的控制和顯示程序，然后再通過個人 計算機下載到控制器上，保證用戶所使用的程序最新。
9、 一塊主板可同時拖帶4塊擴展板，每塊擴展板都有開關(guān)量輸入口， 開關(guān)量輸出口，模擬量輸入口，模擬量輸出口，擴展板可距主板200米。
10、 可以實現(xiàn)多機相互通訊，協(xié)調(diào)在多機組場地內(nèi)的機組工作，包括 根據(jù)水溫自動決定機組運行數(shù)量，根據(jù)各機組運行時間，均衡機組工作時 間，當(dāng)有機組出現(xiàn)故障時自動啟動備份機組等。


圖1是本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的程序框圖。
具體實施方式
以下參照附圖對本發(fā)明的機房空調(diào)控制器進行詳細說明。圖1是本發(fā)明的機房空調(diào)控制器的結(jié)構(gòu)框圖。其中，l為主控制器，2為數(shù)據(jù)存儲器， 3為顯示器，4為D/A轉(zhuǎn)換器，5為Flash程序存儲器，6為I2C驅(qū)動模塊， 7為數(shù)模轉(zhuǎn)換/模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊，8為I/0擴展模塊，9為用于隔離開關(guān)量輸 入的光電耦合器，11為主板Can總線控制器，12為fC接口的E、ROM。 以下對圖1中出現(xiàn)的概念或器件進行詳細說明。開關(guān)量輸入在這里開關(guān)量主要是指壓縮機，風(fēng)機，電加熱等的保護 開關(guān)的輸入值，當(dāng)溫度或壓力超過保護范圍時，開關(guān)動作，輸入"0"或"1" 的開關(guān)量值，同時控制器顯示報警信息。在主板，開關(guān)量的輸入通過光耦 進行電隔離，選通輸入6路開關(guān)量到具有標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口的單片微處 理器CPU。經(jīng)過擴展的I2C驅(qū)動電路在擴展板的4路開關(guān)量經(jīng)光耦后，輸入到具有 I2C總線接口的I/O擴展芯片。CPU是通過I2C總線對該I/O擴展芯片的開 關(guān)量輸入進行"讀"控制。模擬量輸入模擬信號主要是壓縮機的壓力傳感器采集的電流信號和 溫度傳感器采集的電阻信號。在主板信號經(jīng)轉(zhuǎn)換放大電路后由單片機端口 輸入到CPU由內(nèi)置的8路逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換。經(jīng)過擴展的I2C驅(qū)動電路在擴展板傳感器采集的電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換放大 電路后輸入到有I2C總線接口的ADC/DAC的模擬輸入端，CPU通過I2C總 線對有I2C總線接口的ADC/DAC的模擬量輸入進行"讀"控制。開關(guān)量輸出開關(guān)量的輸出控制著壓縮機，電加熱，風(fēng)機及機組的運 行啟停及壓縮機能量級轉(zhuǎn)換電磁閥的動作，在主板開關(guān)量由CPU輸出，經(jīng) 驅(qū)動和電平轉(zhuǎn)換電路后接至繼電器的線圈控制端。經(jīng)過擴展的I2C驅(qū)動電路在擴展板開關(guān)量由具有I2C總線接口的I/O擴 展芯片輸出，經(jīng)反向驅(qū)動電路和電平轉(zhuǎn)換電路后接至繼電器的線圈控制端。 在這里CPU是通過I2C總線對具有I2C總線接口的I/O擴展芯片的開關(guān)量 輸出進行"寫"控制。模擬量輸出根據(jù)主板輸出的不同模擬電壓值，來控制不同的風(fēng)機運 行速度，這些模擬量是由CPU輸出，經(jīng)4路模擬量輸出的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換芯 片，再放大電壓值以控制不同數(shù)量的風(fēng)機運行。FLASH參數(shù)讀取主板上通過fC總線接有一個FLASH芯片，用來 存放系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)，在系統(tǒng)掉電時這些參數(shù)保持不變。開機時將這些參 數(shù)讀出符給系統(tǒng)參數(shù)變量，使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運行。顯示控制采用CAN總線控制的顯示控制部分，包括主板部分的CAN 總線控制器及液晶顯示器部分的單片微處理器，CAN總線控制器，顯示控 制器等。存取控制64KB程序存儲器地址空間，64KB數(shù)據(jù)存儲器。 系統(tǒng)擴展根據(jù)系統(tǒng)的標(biāo)配(如壓縮機數(shù)量)的增加相應(yīng)地增加了控 制參數(shù)，可以通過框圖1所示的I2C總線來擴展系統(tǒng)，通過擴展模板上的 三連撥碼開關(guān)設(shè)定^C器件的引腳地址A2A1A0 ，若開關(guān)撥到接地端，則 為0，若開關(guān)撥到電源端，則為l。這樣根據(jù)增加的控制參數(shù)通過I力總線 系統(tǒng)最多可以擴展八個擴展模板。同時在每一塊擴展板上還增加了總線的 驅(qū)動部分以驅(qū)動下一級擴展模板?？偩€驅(qū)動器可將驅(qū)動能力擴展10倍，這樣可釆用低成本的普通電纜 線或雙絞線來擴展總線距離。其內(nèi)部有兩個完全相同的緩沖器電路，它允 許雙線的總線實現(xiàn)遠距離的擴展，不會降低系統(tǒng)性能。系統(tǒng)中的節(jié)點在該系統(tǒng)中每連接的一個fc接口為一節(jié)點，節(jié)點的數(shù)量受兩個因素制約， 一是總線電容不大于400PF， 二是節(jié)點地址容量?？偩€電容過大會造成 信號傳送失真，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗?？偩€上的節(jié)點主要有四類，即主 器件節(jié)點，外圍器件節(jié)點和遠程節(jié)點。主器件節(jié)點為具有fC總線接口的單片機，能對總線實現(xiàn)主動控制。 外圍器件節(jié)點這些節(jié)點都必須帶有^C總線接口，如具有I力總線接口的I/0擴展芯片，有fC總線接口的ADC/DAC等，這些節(jié)點無法對總線 實現(xiàn)主動控制，只能作為被控制器。
遠程節(jié)點主器件節(jié)點，外圍器件節(jié)點都為本機節(jié)點，如果在總線中 通過總線驅(qū)動器可以將總線的距離進行擴展。把原來的總線電容擴大10倍， 即從400PF擴展到4000PF。軟件結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計從功能上可以分為系統(tǒng)功能和空調(diào)控制算法兩部 分。在這里主要說明的是與總線控制有關(guān)的系統(tǒng)功能部分。圖2是軟件的主流程框圖。其中，在步驟10，最小系統(tǒng)初始化主要是硬件系統(tǒng)的初始化，它包括I力中斷初始化、無中斷優(yōu)先級設(shè)置，fC控制器的初始化，AD控制器的初始化等。在步驟20，系統(tǒng)軟件初始化主要是系統(tǒng)參數(shù)的初始化，它包括對系統(tǒng)的全局變量進行初始化工作，并對各緩沖區(qū)進行了初始化。在步驟30， FLASH參數(shù)讀取主板上通過fC總線接有一個FLASH 芯片，用來存放系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)，在系統(tǒng)掉電時這些參數(shù)保持不變。開機 時將這些參數(shù)讀出符給系統(tǒng)參數(shù)變量，使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運行。在步驟 50，應(yīng)用軟件初始化根據(jù)空調(diào)的控制對象和控制規(guī)律編寫的應(yīng)用軟件部 分的初始化程序。端口輸入、輸出(步驟60、 80):包括主板開關(guān)量和模擬 量的輸入、輸出，及擴展板的開關(guān)量和模擬量的輸入、輸出。在定義好I/0 引腳后從摸擬/數(shù)字輸入緩沖區(qū)當(dāng)中取出所需的數(shù)據(jù)進行控制算法的運算將 得到的控制輸出量存放在相應(yīng)輸出緩沖區(qū)或系統(tǒng)變量當(dāng)中，當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用輸 出模塊時將那些存放在輸出緩沖區(qū)的控制值從定義的引腳輸出，從而達到 控制的目的。主板與擴展板之間通過I2C總線連接，擴展板的輸入輸出通 過I力總線中斷方式進行，在輸入輸出之前，設(shè)置好總線的工作模式，傳輸 數(shù)據(jù)的長度，傳輸數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址，和擴展板上輸入輸出口的地址， 然后啟動^C總線，等待數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。如果在指定的時間內(nèi)沒有結(jié)束數(shù)據(jù) 傳輸，則進行傳輸數(shù)據(jù)出錯處理。空調(diào)控制邏輯程序(步驟70):在這部分程序中通過對系統(tǒng)狀態(tài)和控制 運算的結(jié)果來控制系統(tǒng)進入希望的工作模式。
權(quán)利要求
1、一種機房空調(diào)控制器，包括CPU、存儲器、顯示器、I/O接口、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述CPU和所述擴展I/O接口之間采用兩線制的I2C串行總線控制。
2、 如權(quán)利要求1所述的機房空調(diào)控制器，其特征在于，還包括，I2C 驅(qū)動模塊，該模塊用于驅(qū)動擴展的fC電路；具有^C接口的A/D轉(zhuǎn)換器、 D/A轉(zhuǎn)換器模塊電路，以及具有I2C接口的I/O擴展模塊電路。
3、 如權(quán)利要求1所述的機房空調(diào)控制器，其特征在于，還包括主 板及顯示板的CAN總線控制器，該控制器用于實現(xiàn)所述CPU控制模塊和顯 示器控制模塊之間的通信控制。
4、 如權(quán)利要求1 權(quán)利要求3的任意一項所述的機房空調(diào)控制器，其特 征在于，還包括Flash存儲器，該存儲器用于更新的控制和顯示程序。
5、 如權(quán)利要求1 權(quán)利要求3的任意一項所述的機房空調(diào)控制器，其特 征在于，在所述輸入端口設(shè)有光電耦合器。
6、 如權(quán)利要求1 權(quán)利要求3的任意一項所述的機房空調(diào)控制器，其特 征在于，在所述主板控制器設(shè)有I2C接口的E2PROM用于存放系統(tǒng)的設(shè)定 參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種機房空調(diào)控制器，該機房空調(diào)控制器，包括CPU、存儲器、顯示器、I/O接口、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述CPU和所述I/O接口之間采用兩線制的I²C串行總線控制。該機房空調(diào)控制器可以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的各種不足，實現(xiàn)在系統(tǒng)供電情況下接入或撤除，可以方便地對某一節(jié)點電路進行故障診斷與跟蹤，這樣在日常的維護中，只要對需進行處理或修改的模塊進行相應(yīng)的升級與修改，減小了因誤操作或修改不當(dāng)造成的風(fēng)險，增強了整個系統(tǒng)的可維護性。
文檔編號G05B19/04GK101158854SQ20071017696
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者趙紅杰 申請人:阿爾西制冷工程技術(shù)(北京)有限公司