中央节能空调的远程控制系统设计

中央节能空调的远程控制系统设计

泮剑辉

杭州萧山国有资产投资有限公司浙江杭州311200

摘要：为了满足室内温度和湿度的自动调节及集群控制的更高效的要求，节能减排、建筑能耗的标准更加严格，应改变之前的分散式的控制空调不容易管理、能量消耗较大、能源浪费较多等，中央节能空调的远程控制系统，既可以实现集群控制，也为中央节能空调的节能提供了一套解决方案。

关键词：中央节能空调；远程控制；控制系统；系统设计

前言：中央空调在建筑中可以有效地调节室内的舒适度，因此中央空调成为现代生活的必需品。同时，中央空调的能耗在建筑耗能总量的比例也在不断提升。对于此，要想减降低中央空调对能源的消耗，更好的实现中央空调的节能、优化及对远程系统的控制，是目前我们应该关注的主要问题。

1中央空调系统的节能技术概述

1.1中央空调系统的节能技术研发的背景

最近几年，国家开始大力的发展工业、建筑业、公共建筑也的节能减排，大力推进节能技术的创新，很多企业对节能的节能技术水平已经达到国际水平，同时也很好的提升了国内节能技术水平，积累了有很多的宝贵经验，因此具备了可以参与国际节能合作的良好基础。为推动全球的可持续发展及应对天气及气候的变化做出较大的贡献，可以更好的实现各国的可持续发展的水平，拓宽合作领域。

1.2中央节能空调系统的新技术

目前我国已经成功的研制出中央节能空调系统，其不需要压缩机只用水作为制冷剂，而且其耗电量只是之前中央空调的1/5。所以使用新型的、节能的中央空调可以有效的保持室内空气的清新和自然，减少“空调病”的发病率也可以防止有害病菌的交叉传播。这种中央空调节能系统最突出的特点就是耗电量教较低，这种节能型空调的耗电量只有传统中央空调系统耗电量的1/8到1/5，其节能空间还在不断的扩展。

2硬件系统设计

硬件系统主要有CPU、温度检测模块、液晶驱动模块、电源模块、液晶显示器、功能按键、RS485通讯模块等。电源模块可以为整个中央空调的末端控制器的各个模块提供3.3V及5V的电源；3.3V可为CPU、液晶显示器、及RS485的通讯IC供电；5V的可为液晶驱动IC供电。进行全面的考量51系列的单片机、AVR单片机、ARM微处理器以及STM32系列的微处理器等，选择STM32F103C8T6作为主要得控芯片是比较适合的，并对其正常所需的设计，确保正常的工作中所需要最少的器件及电路，来保证芯片以及相关的外围设备可以正常的工作，可被称为最小系统。温度检测模块是用来检测室内温度的。其采用了工业级的DS18B20温度传感器。液晶驱动器模块是用来驱动液晶显示的器显示温度及传感器检测的温度。用户可以设定中央空调的温度、工作模式及风机的风速。目前市面上显示器的种类较多，有OLED液晶、TFT液晶及段式液晶等，相对比之后，段式液晶可以在满足中央空调控制器的需要的同时，其性价比是要高于OLED液晶和TFT液晶，所以可以选择4段式液晶作为中央空调控制器的显示器。要想实现中央空调的控制器的远程控制及锁定，中央空调的控制器要和上位机可以通讯。可以采用性价比高的控制器，应用较成熟的MAX485通讯IC，在此基础上，运用我国自主研发的Modbus通讯协议栈，来实现中央空调的控制器与上位机的通讯。功能按键可以更好的实现人机交互。通过其功能按键可以更好的实现中央空调控制器的设置，其中包含温度设定，中央空调的工作模式和风机的风速设定。为了确保嵌入式的应用程序，因为某种原因“跑飞”后，可以自动恢复到正常的状态，继续的工作，设计看门狗电线路来完成此项工作。虽然STM32F103C8T6中已经自带看门狗的功能，但是它可以真正的实现程序的自动恢复。

3软件系统设计

软件系统中，主要使用了三个线程来完成了以上所有的功能。线程Key＿task是处理按键信息的，线程Lcd＿task是处理段式液晶的显示的，线程Modbus＿task是用来处理Modbus通讯。是软件系统中最底层的硬件初始化程序，其中GPIO的初始化程序，是用于初始化所用的I／O口；串口初始化程序是初始化通讯用的串口，是Modbus通讯的协议栈工作的基础；LCD驱动程序是用于初始化的段式液晶，可以为段式液晶的显示提供API的函数。在软件系统中间层的是应用程序的接口程序。LCD应用API函数是调用硬件初始化层提供的LCD驱动接口API函数，而编写LCD应用API函数，方便上层应用程序的调试；Modbus通讯协议栈是一个基于C语言开发的全功能Modbus通讯协议，是完成中央空调控制器和上成通讯的重要软件。软件最上层的是可以用于实现用户所需要的功能的应用程序，可以通过软件系统调用中间层所提供的API函数来进行用户所交给的任务，可以实现所需要的功能。在嵌入式的应用软件中，首先要定义一个全局的变量。用户是可以通过上位机软件来设定此种全局的变量的值，嵌入式应用软件进行实时的检测，并且可以解析此种变量的值，如果此种变量的值可以满足远程控制的条件，嵌入式的应用程序将会切换到中央节能空调的远程控制系统部分去执行，这个时侯远程控制器是处于一种锁定的状态，用户对远程控制器的所有操作都会是无效率的。这个时候就可以在相应的程度上去解决远程用户对系统的频繁操作，对温度的控器的频繁使用，造成中央空调能耗的增加的问题。

4中央节能空调系统的优化控制策略

对于冷冻水系统采用温差控制，应用“反馈控制”，“前馈控制”，“自适应控制”相互结合的控制方式，实现可以随负荷变化的节能控制。“反馈控制”确定冷水机组是加载还是减载，“前馈控制”决定冷水机组的加载或减载的幅度，“自适应控制”可以有效的防止冷水机组频繁停机。运用冷却水变流量调节与冷却塔风机变频控制联合使用的方式，冷却塔既可以能保证机组的冷却水进水温度，也可以保证冷却水变流量调节时进出口温度不变，实现水泵和风机的最大节能。冷却塔的变频控制方法是控制冷却水的进水温度，一般设定在32度，当冷却水进水温度大于设定值时，控制系统增加冷却塔风机的转速，换热量增加，冷却水温度逐渐降低到设定值。当冷却水进水温度小于设定值时，控制系统减小冷却塔风机的转速，换热量减少，冷却水温度逐渐回升到设定值。当负荷小到一定值后，冷却水流量降低，冷却水进水温度低于设定值并持续下降，此时冷却塔风机的转速很低，直接停止冷却塔的风机。由于冷却塔能耗与水泵对比较小，一般多台冷却塔风机只要配置一台变频器，可以确保风机在同频率下运行，冷却的效果较好，变频器的投资成本也不会增加。另外在中央空调系统采用水泵和风机变频调节时，再节约大量的能源，降低噪音。

5结语

综上所述，中央空调系统是可以改善和优化人们生活条件的系统，可以给人们创造良好的生活环境，但是中央节能空调的远程设计还存在一些问题，所以就需要技术人员进行进一步的研发工作，要对中央节能空调的控制系统进行节能性、经济性、美观性、舒适性及安全性的改进，更好的完善中央节能空调系统的技术，促进这一行业的健康发展。

参考文献

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[4]王文成，单程程，王永振，李珂.基于Modbus网络的中央空调变频节能控制系统[J].自动化与仪表，2016，09：41-44.