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摘要：近几十年内，家用空调在人们生活中的使用越来越普遍，从最初的单制冷模式发展为自动、制冷、制热、送风、除湿多模式，从最初的窗机发展到现在的挂壁机、柜机、内风机控制上，也由无极调速逐步替代原有的抽头式电机。最近几年，因国家对节能降耗的要求，变频逐步替代了普通的定频电机，在控制方式上面，也增加了负离子、送新风等功能，越来越人性化及环保化。本文介绍节能空调控制器硬件设计、控制策略、软件设计等方面的关键技术，说明该控制器既可以根据环境温度，合理控制空调运行状态，又能通过人体热释电红外传感器检测出室内人数信息，合理调节空调风量，可以有效地降低集中空调系统的能耗。
关键词：节能控制器；集中空调；人体热释电红外检测；调控策略；
智能家居
1节能空调控制器硬件设计
1.1空调控制器的功能设计
中央空调控制面板采用大液晶屏显示各种工作状态，家电化操作界面，使人机对话更加直接方便；室内温度与设定温度同时显示，温度设定１０～４０℃，室温显示范围１０～６０℃；蓝色背液晶背光源，方便夜间使用；选用高档阻燃材料，精美光洁；风机风速可以自动控制，也可以手动控制，风速分为高、中、低、自动４种工作状态；继电器输出控制，性能稳定，温度控制精度±１℃，温度显示分辨率±１℃，温度误差小于±１℃；具有室内温度校正功能，断电数据记忆，断电后来电恢复正常工作。控制面板有模式键、手动调节风速键、手动加减设定温度键和开关键。
1.2空调控制器的硬件电路
节能空调控制器主要由单片机主控制器电路、射频接收解码电路、温度监测电路、人体热释电红外传感检测电路组成。其中，单片机采用STC12C5A32S2系列的单片机，是系统的控制核心，其作用是实时监测无线射频信号、处理控制指令、室内人数统计以及与空调面板进行通信；射频接收、解码电路的作用是接收射频控制信号；温度传感器的作用是检测室内温度；利用人体热释红外电传感器检测室内人员的进出情况，将室内人员信息送入单片机。单片机与空调面板之间通过RS485，控制模块可以接收无线射频遥控器或外部控制系统发出的无线射频信号指令，并将其转换为相应的RS485控制指令，以对中央空调进行无线、远程遥控。中央空调控制器框图如图１所示
整个电路以单片机为核心，完成外部输入检测、无线射频解码、驱动继电器输出以及看门狗等功能。315MHz射频接收、解码电路接收射频控制信号，将射频信号转换为T TL信号。RS485驱动电路作为通信协议的硬件层，实现T TL信号向RS485信号的转换。电源稳压电路将输入的＋１２Ｖ电压转换为＋５Ｖ电压，为控制模块提供工作电源。
1.3人体热释电红外传感器的监测
人体热释电红外传感器是二十世纪80年代末出现的一种新型传感器件，该传感器不受白天黑夜的影响，广泛地用于监测和报警系统中。人体热释电红外传感器能够通过接收的红外线的变化判断出探测区域内是否有人出现，是一种被动接收的传感器，以下利用２个热释电红外传感器来实现室内人数的检测。
人体热释电红外传感器的输出与人体移动的速度、方向和人数的多少有很大的关系，对传感器的输出波形进行分析，便可解析出传感器的输出与人数、人体移动速度与方向的关系。利用红外热释电传感
器检测人员信息，传感器的输出信号经过前置放大电路的处理后，送到单片机，通过对输出信号的采样分析，便可知传感器的输出变化情况。本设计采用２个人体热释电红外传感器来判断人员是进入还是离开房间，２个传感器间隔10cm左右，当有人经过时，会发出信号，根据信号的先后顺序便可以判断人员是进入房间还是离开房间。为了解决因人员频繁进出而造成节能控制器的频繁动作，需要确定合理
的延时时间，一般将延时动作时间调整在５～15ｍｉｎ，该延时时间也可以根据实际需要进行调整。
人体热释电红外线传感器硬件设计采用BISS0001芯片。BISS0001芯片是一款高性能的传感信号处理集成电路，静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器。BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路，其电路原理图如图２所示。
2节能空调控制器软件设计
2.1 MODBUS通信协议
节能空调控制器内部采用了RS485通信，通过修改内部寄存器和输出命令码来进行控制，通信协议采用标准 MODBUS RTU通信协议。串口设定：波特率“9600”，校验位 “无”，数据位“8”，停止位“1”。
2.2软件设计
节能空调控制器控制的主程序，解码芯片实时检测射频信号，当检测到的射频信号地址经两次匹配后，认为该信号为正确射频信号，该信号经电平转化后连接至单片机的外部中断输入端。单片机不断检测中断信号，发生中断后，单片机转入中断子程序进行射频信号的解析。
在检测到射频信号后，首先判断信号类型。若为控制指令，则对其进行解析：若为开空调指令，则触发485发送器，并向中央空调面板发送开空调命令；若为关空调指令，则触发485发送器，并向中央
空调面板发送关空调命令；若为升高温度指令，则触发485发送器，
并向中央空调面板发送升温命令；若为降温指令，则触发485发送器，
并向中央空调面板发送降温命令；若为人体热释电红外检测信号，通过分析接收到的两个传感器信号的时间顺序来判断人员是进入还是离开房间，若先接收到传感器１的信号则为进入房间，若先接收到传感器２的信号则为离开房间，以此来统计房间内的人数，根据房间人数来控制空调风量。
在程序中，空调风量的大小选择通常是根据室内面积和室内人数来决定。空调风量与房间面积和室内人数的匹配表见表１所示，用户
也可根据实际情况进行修改。
3结束语
综上所述，节能型空调控制器，能够实现对中央空调的智能化动态控制，无需用户操作即可进行温度调整，即根据室内温度、室内人数进行自动调节，使空调一直工作在最佳的节能状态。同时该控制器还可做为一个控制节点，很方便地融入整个建筑的智能控制系统之中，用户可以利用任何具有网络浏览能力的个人 计算机、手机，并在授权 的情况下，对空调设备进行控制。实际应用表明，该控制器设计合理、性能稳定、安装方便，达到整个建筑的节能降耗目的。
参考文献：
[1]智能控制技术在中央空调系统节能中的应用[J].常先问，冀兆良.建筑节能.2007（10）
[2]基于微控制器的汽车空调控制系统[J].章亦葵，乔啸乾.电子测量技术.2012（04）
[3]汽车空调手动控制器拉丝走向结构设计的探讨[J].秦红，姚军平，谷丰.汽车电器.2011（05）
[4]空调压缩机数据无线采集系统的研究[J].谢陈磊，方潜生，汪小龙，李杨.电子测量与仪器学报.2010（02）
论文作者:尹汉锴
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/5/31
标签：信号论文; 空调论文; 控制器论文; 射频论文; 传感器论文; 电路论文; 人体论文; 《基层建设》2018年第9期论文;