空调和地暖两用温控器设计

来源:用户上传      作者:祝前峰 陆荣鑑 张建红 李奉顺 庄圆

　　摘 要：随着经济的高速发展，中央空调逐渐走入普通家庭。中国北方大部分地区需要供暖，地暖凭借其独特的优越性越来越受到欢迎。然而，中央空调温控器和地暖温控器常常是分开的，这样势必会造成排线混乱，操作不方便，甚至混淆两个温控器。大型医院、酒店客房、温泉会所、办公室等建筑楼的房间也常常需要此类产品来满足不同时节的调温需求。以合泰芯片HT67F489为主控芯片，通过315无线通信来控制风机的风速，通过控制五档阀的档位控制流量，来实现控温的要求。这类温度控制器，集成了中央空调温控器和地暖温控器，该设计具有安装便捷、结构简单、功能强大、实用性强等优点。
　　关键词：两用温度控制器;硬件设计;软件设计;315无线通信;五档阀
　　0 引言
　　空调是生活中最常见的一种调节室内外温差的设备，一般用电驱动。火电的本质是碳排放，因此节能型产品应运而生，其中采用热源水的地暖就是效果最为直接、應用较为广泛的一种。[1，2]空调以其可以在短时间内快速制冷或制热，受到广大用户的青睐，但其存在能耗较多、占用面积、维修困难等缺点。地暖则具有保健功能、舒适卫生、经济节能、热稳定性好、使用寿命长等诸多优点，但其也存在最直接的缺点，供热速度较慢，不能在短时间内使房间快速升温。基于以上空调和地暖优缺点，人们设计了空调和地暖两用式的温度控制器，在调温和节能方面都做出了相对优化。
　　温控器经历了三次更新换代，第一代为电气式，第二代为电子式，第三代为智能型温控器。而所谓的智能型温控器就是应用新型控制模型和数控芯片。我们采用HT67F489为主控芯片，定制了专用的断码屏配套使用，通过软件编程使得温控器的操作更加简捷方便，便于用户更好地进行操作。
　　然而，中高档建筑中央空调系统的耗电量一般要占整个建筑物总用电量的40%～60%。出于对空调系统节能的考虑，设计科学合理的温度控制器、温度控制算法尤为重要。[3]在冬季使用空调的人群远远高于使用地暖的人群，然而在同等情况下，水热地暖的功耗比空调耗能少。目前，要么全部采用空调进行调温，要么空调和地暖是单独分开进行工作的，两用的温控器还未在市场上普遍使用。
　　1 功能简述
　　这类温控器将空调与地暖控温进行了一个整合，共有5种工作模式，分别为空调制冷模式、空调制热模式、地暖制热模式、空调地暖联合制热模式、睡眠模式。这五种模式满足了不同季节的需求，同时也考虑了功耗省电等一系列实际问题。
　　中央空调和温控器之间有多条电路线需要连接，出于便于安装、布线简单等考虑，取消了温控器与风机的连线，采用315无线通信来实现控制风速的高、中、低挡位。我们使用五档阀来控制冷热水的流量，通过改变挡位的大小从而实现控制温度的要求。两用式温控器在温泉会所、宾馆休闲等场所有着广泛的应用前景。
　　2 硬件设计
　　我们基于合泰芯片HT67F489为主控芯片设计相关电路，此温控器分为两块电路板，一块为供电电路板，另一块为温控面板。其中，供电电路板的主要功能为将220V的电压转换为3.3V，将3.3V的电压用于给温控面板进行供电。在供电电路中，我们采用了LN5R04D芯片。LN5R04D是标准的PWM控制器集成电路，可以非常方便地应用于各种小功率电源适配器中，其外围器件很少，内部集成了多种保护电路，电路简单。同时采用了变压器，将220V转为12V，紧接着采用了AMS1117高效线性稳压器，最终使输出电压稳定为3.3V。温控面板包含主控芯片HT67F489、断码屏、温度传感器、315无线通信模块等，是实现温控器功能的重要组成部分。温度传感器的主要部件是热敏电阻，本次采用的是负温度系数热敏电阻，即温度升高阻值降低。空调和地暖两用温控器所需要的断码屏是专门定制的，一共设计了20个引脚用于显示22个图块，每个图块可以单独显示，同时显示的内容简洁明了。
　　3 软件设计
　　程序是温控器的灵魂，是温控器实现各种功能的重要依托。温控器最为重要的是按键程序，即按下不同的按键实现相对应的功能，从左到右分别为电源开关键、模式选择键、定时开/定时关触发键、风速选择键、增量键、减量键。需要对断码屏进行相应的编程才可以在屏幕上显示相对应的参数与内容。显示屏上的室温显示是通过A＼D转换程序实现;通过定时程序来实现定时开或者定时关的功能;通过315无线通信程序来实现控制风机风速;通过串口命令来控制五档阀门的档位，从而控制流量，达到调温的作用。因此，软件设计在两用温控器中十分重要。
　　4 能耗问题
　　在夏天，直接选择空调制冷模式，从而使室内的温度达到设定值，和普通中央空调没有差异。在冬天，可以选择空调地暖联合制热模式，当室内的气温达到25℃时，此时转为地暖模式。一方面，空调制热效果快而地暖制热效果慢，短时间之内想要快速升温，两种模式同时工作可以实现;另一方面，出于功耗考虑，空调的功耗大于地暖，所以当室温达到人体舒适度时立即关闭空调。这类温控器可以很好地实现这个功能。能耗的比较应该建立在同等温度调节效果基础上，[4]在同等控温的情况下，地暖的耗能比空调低。同时，地暖符合中医学中的“温足而凉顶”的人体需要，会给人脚暖头凉的舒适感觉，有利于促进人体新陈代谢，改善血液循环，对心血管疾病有调节作用;对老年人的关节炎、老寒腿、腰酸背痛有防治功效。地暖采暖过程的热量主要是以辐射传热，室内温度分布较为合理。在同样舒适感条件下，室内设置温度可比传统对流采暖室内设置温度低2℃～3℃，耗热量可节约15%左右。
　　5 结语
　　当下，人们越来越注重把烦琐的工作变为简单的，所以出于化繁为简的目的，我们将中央空调温控器和地暖温控器进行了一个整合，解决了排线走线问题，不仅给用户带来了更好的体验，而且也降低了功耗。空调和地暖两用温控器既保留了普通温控器的功能，也加入了它本身所特有的功用，大大降低了用户的使用成本。
　　参考文献：
　　[1] 朱玉双.热水采暖系统常见问题与解决措施[J].化工设计通讯，2018，44（11）：191-192.
　　[2] 邝文君，毕浩桐，龚凯.地暖+新风系统房间的室内舒适性研究[J].华北理工大学学报（自然科学版），2018，40（04）：100-105.
　　[3] 刘玉建，尹全磊，郑鹏飞.基于STC单片机的中央空调温控器设计[J].可编程控制器与工厂自动化，2011（03）：100-101+83.
　　[4] 蔡玥，续慧珍，徐加冕，等.公共办公建筑节能对标管理中能耗约束值确定[J].建筑节能，2018，46（04）：107-111.
　　作者简介：祝前峰（1996—），男，研究生在读，主要从事机电一体化、嵌入式系统方向的研究。
　　通讯作者：陆荣鑑（1964—），男，研究生，讲师，主要从事机电一体化、工业控制系统方向的研究。
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