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文檔簡介
1、.制冷091 黃麒國 08號單片機在中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)的應(yīng)用中央空調(diào)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(fēng)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(fēng)機風(fēng)口的冷卻盤管中,由風(fēng)機吹送冷風(fēng)達到降溫的目的。在系統(tǒng)中,冷動泵、冷卻泵、水塔風(fēng)扇變頻器采用開環(huán)控制,由維護人員根據(jù)季節(jié)不同和負荷的變化進行調(diào)節(jié),在每一個房間內(nèi)都安裝熱交換器和循環(huán)風(fēng)機,通過控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來改變熱交換量的大小,達到調(diào)節(jié)房間溫度的目地。 常見的控制方法是按“高、中、低、關(guān)”分檔模式控制,其缺點是房間的溫度需要手動調(diào)節(jié),各種環(huán)境因素
2、的變化常常會使人感到不適。風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制方案,采用變頻器調(diào)速控制,有效地解決了上述問題,達到了室內(nèi)溫度自動調(diào)節(jié)的目的,大大的節(jié)省了能源。2 中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)總體控制參數(shù)原理室內(nèi)要求控制的到的溫度設(shè)定為Tsv,風(fēng)箱出口溫度為Tw,當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境溫度的測量值為Tpv,室外的溫度為T0,室內(nèi)的散(吸)熱系數(shù)為Kv,比熱容為C,由風(fēng)機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的空氣流量為q,其比熱容為Cp,流量q正比于風(fēng)機的轉(zhuǎn)速n,其比例系數(shù)為Kc,根據(jù)動態(tài)能量平衡原理,可得:由式(1)可知,影響室內(nèi)溫度的主要因素是風(fēng)箱出口溫度Tw,室內(nèi)環(huán)境溫度Tpv,室內(nèi)的散(吸)熱系數(shù)Kv,循環(huán)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速n。其中Kv由室內(nèi)環(huán)境溫度、室外溫度及房
3、間密封隔熱狀況決定。因此選擇循環(huán)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速為控制參數(shù)是調(diào)節(jié)房間溫度從而達到節(jié)能的最佳參數(shù)。3 中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)性能特點中央空調(diào)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(nèi)溫度LCD液晶顯示,測溫范圍一530;精度士1,LCD810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O5 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(nèi),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(xiàn)場編
4、程功能,現(xiàn)場隨機設(shè)定室內(nèi)目標溫度,控制周期和調(diào)整幅度;(6)人機界面功能,10位LCD數(shù)碼顯示,5個操作鍵分別為MOD,UP,DOWN,ENTER,SlTARTEND。聲響提示功能,按鍵有效蜂鳴器響1聲,輸入設(shè)定數(shù)據(jù)有效蜂鳴器響2聲,輸入設(shè)定數(shù)據(jù)錯誤蜂鳴器響3聲,設(shè)備故障報警蜂鳴器響5聲。4 系統(tǒng)硬件原理及設(shè)計中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)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(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834進行AD采樣,模擬信號經(jīng)過AD變化后的數(shù)字信號通過總線送至單片機進行處理。經(jīng)過處理后,輸出控制信號至數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615從
5、而實現(xiàn)對變頻器功率的控制,大大節(jié)省了能源。顯示數(shù)據(jù)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(fēng)機的啟停,E2PROM 24C02用來存放溫度的設(shè)定值以及PID參數(shù)。由此可見,與同類產(chǎn)品比較,該產(chǎn)品的硬件簡單,實現(xiàn)了人機交換,所需器件少,用非常低的成本即可實現(xiàn)。41 溫度檢測環(huán)節(jié)411 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(nèi)的溫度。同時,TCl047A的工作電壓范圍為2555 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7
6、50 mV和+125時為175 V。10 mV的輸出電壓斜率可以對寬溫度范圍內(nèi)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(yīng)用。412 TLC0834概述TLC0834是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)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(diào)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(jié)構(gòu),因此封裝體積小,可節(jié)省51系列單片機I0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
7、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O5 V;當(dāng)輸入和輸出與TTL,CMOS電平兼容時鐘頻率為250 kHz時,其轉(zhuǎn)換時間為32s;可以和美國國家半導(dǎo)體公司的ADC0834和ADC0838進行替換,但它內(nèi)部不帶齊納穩(wěn)壓器網(wǎng)絡(luò);總調(diào)整誤差為±1 LSB。 42 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(nèi)核,在相同的時鐘頻率下,其速度是標準51的2倍,內(nèi)含AD,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。P
8、87LPC764包含中央處理單元、128 B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM,4 kB的OTP程序存儲器、15個IO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(shù)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(fù)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1A。若選擇片內(nèi)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(shè)置參數(shù),4個中斷優(yōu)先級。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序流程圖如圖2所示,采用人性化設(shè)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P87
9、LPC764,LCD,E2PROM分別進行初始化。實時采集室內(nèi)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(chǎn)生的外部中斷或鍵盤中斷的發(fā)生。當(dāng)方波發(fā)生器每O5 s產(chǎn)生1個中斷喚醒單片機時,主程序調(diào)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(shù)據(jù)到E2PROM內(nèi)。鍵盤中斷后,程序進入按鍵中斷服務(wù)程序,執(zhí)行按鍵操作功能,完成對工作模式,控制周期和調(diào)整幅度的設(shè)定。中斷程序執(zhí)行結(jié)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O5 s產(chǎn)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(jù)相應(yīng)的狀態(tài)進行相應(yīng)的調(diào)整。狀態(tài)0是未啟動狀態(tài),表示主機剛剛啟
10、動運行,室內(nèi)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(nèi)溫度在最短的時間內(nèi)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(nèi)溫度與用戶設(shè)定溫度值的大小關(guān)系,室內(nèi)采樣溫度大于用戶設(shè)定溫度時,系統(tǒng)進入狀態(tài)2提速狀態(tài),提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓,從而實現(xiàn)提高電機功率,加速制冷。當(dāng)室內(nèi)采樣溫度小于用戶設(shè)定溫度時,系統(tǒng)進入狀態(tài)3減速狀態(tài),降低數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓,從而達到降低電機功率目地。當(dāng)室內(nèi)采樣溫度等于用戶設(shè)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。6 結(jié) 語程序在經(jīng)過調(diào)試后,在實際的應(yīng)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(chǔ)上靈敏,但這2點有時是相互沖突的。在實際的應(yīng)用中
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