基于紅外感應(yīng)空調(diào)節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)

王小虎，竇超萍，鐘欽強(qiáng)

（廣東電網(wǎng)公司湛江供電局，廣東湛江 524005）

0 引言

隨著公司企業(yè)辦公場(chǎng)所越來(lái)越多地使用空調(diào)，空調(diào)對(duì)人們的辦公環(huán)境起到了溫濕度調(diào)節(jié)的作用。然而，人們離開(kāi)工作場(chǎng)所，忘記關(guān)掉室內(nèi)空調(diào)的現(xiàn)象普遍存在，造成了嚴(yán)重浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)空調(diào)的使用壽命也具有一定的影響[1-2]。目前，空調(diào)控制模塊并不具有能夠檢測(cè)到室內(nèi)有無(wú)人員存在的紅外感應(yīng)模塊，也無(wú)法辨識(shí)室內(nèi)的人員活動(dòng)情況。因此，為了避免人員離開(kāi)房間而忘記關(guān)空調(diào)的現(xiàn)象，有必要對(duì)空調(diào)的進(jìn)線電源側(cè)進(jìn)行通斷電控制，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)人存在時(shí)，空調(diào)自動(dòng)關(guān)閉的節(jié)能效果。

1 空調(diào)節(jié)能控制裝置電路設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的空調(diào)節(jié)能控制裝置主要包括裝置電源電路設(shè)計(jì)、紅外感應(yīng)模塊選型，以及控制電路所應(yīng)用的繼電器元器件選型，并根據(jù)設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)進(jìn)行控制裝置電路設(shè)計(jì)。

1.1 電源電路設(shè)計(jì)

控制裝置電源電路的設(shè)計(jì)取決于所要應(yīng)用空調(diào)的電源類型，空調(diào)的電源類型一般包括三相電源和單相電源，本裝置選取單相電源空調(diào)作為受控對(duì)象，所以在設(shè)計(jì)控制裝置電源電路時(shí)，選擇單相220 V交流電為受控電源類型，控制電源類型的選擇，考慮到取電方便、繼電器元器件的選型等因素，因此也選擇220 V交流電為控制電源。

1.2 紅外感應(yīng)模塊選型

紅外感應(yīng)模塊是控制裝置的核心部件，主要功能是采集室內(nèi)人體紅外對(duì)象的活動(dòng)情況。利用人體熱釋電紅外傳感器的輸出與人體移動(dòng)的速度、方向和人數(shù)的多少有很大的關(guān)系，利用紅外傳感器采集到信息使得紅外模塊中的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，從而達(dá)到控制相應(yīng)電路的作用[3]。

本設(shè)計(jì)選用拓安達(dá)公司紅外感應(yīng)產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用京西BISS0001人體熱釋電紅外處理芯片，其具有性能可靠穩(wěn)定，感應(yīng)距離遠(yuǎn)，靈敏度高等特點(diǎn)，且配有延時(shí)調(diào)節(jié)器，延時(shí)可在16秒到360秒之間調(diào)節(jié)，為所控制設(shè)備狀態(tài)切換提供了緩沖時(shí)間[4]。

1.3 繼電器元件選型

本設(shè)計(jì)中主要涉及的繼電器包括中間繼電器、時(shí)間繼電器及交流接觸器，中間繼電器的作用是經(jīng)紅外感應(yīng)模塊的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)后，給時(shí)間繼電器提供一個(gè)常閉的輔助觸點(diǎn)，即轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)類型的作用；時(shí)間繼電器的作用是經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間延時(shí)，為交流接觸器提供一個(gè)常開(kāi)的輔助觸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，使得交流接觸器勵(lì)磁的效果；交流接觸器是實(shí)現(xiàn)空調(diào)自動(dòng)通斷的關(guān)鍵原件，通過(guò)自身達(dá)到勵(lì)磁的條件，從而利用常閉的輔助觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的通斷控制，交流接觸器的選擇主要考慮其輔助觸點(diǎn)的額定容量，其容量主要應(yīng)參考空調(diào)的額定電流情況[5]。繼電器的具體選型見(jiàn)表1。

表1 繼電器選型列表

2 空調(diào)節(jié)能控制裝置電路設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的節(jié)能控制裝置應(yīng)滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，即空調(diào)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，人員離開(kāi)室內(nèi)后，能夠可靠開(kāi)啟計(jì)時(shí)，在可設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)，人員仍沒(méi)有回到室內(nèi)，節(jié)能裝置能夠自動(dòng)將空調(diào)關(guān)閉，關(guān)閉后，人員返回需要使用空調(diào)，需手動(dòng)開(kāi)啟空調(diào)；若未達(dá)到所設(shè)定的時(shí)間范圍，人員回到了室內(nèi)，則空調(diào)節(jié)能控制裝置將停止計(jì)時(shí)，并計(jì)時(shí)復(fù)歸，空調(diào)正常工作?；诖四繕?biāo)，所設(shè)計(jì)的空調(diào)節(jié)能控制裝置工作流程圖如圖1所示。

圖1 空調(diào)節(jié)能控制裝置工作流程圖

根據(jù)節(jié)能控制裝置設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合紅外感應(yīng)控制模塊接線特點(diǎn)，設(shè)計(jì)空調(diào)節(jié)能控制電路原理圖如圖2所示。該電路主要包括兩部分，即基于紅外感應(yīng)的控制部分和與空調(diào)進(jìn)線相連的被控制部分。

空調(diào)在正常開(kāi)啟且室內(nèi)有人員存在的情況下，紅外傳感器檢測(cè)到人員存在，使得其常開(kāi)觸點(diǎn)（火線、輸出端子）閉合，同時(shí)使得中間繼電器勵(lì)磁，中間繼電器常閉輔助觸點(diǎn)（31，32）斷開(kāi)，則時(shí)間繼電器KT失去勵(lì)磁，同時(shí)時(shí)間繼電器停止計(jì)時(shí)，交流接觸器無(wú)法勵(lì)磁，其常閉輔助觸點(diǎn)（21，22）保持接通，使得空調(diào)正常繼續(xù)工作；當(dāng)室內(nèi)無(wú)人存在時(shí)，紅外傳感器檢測(cè)到一定時(shí)間內(nèi)無(wú)人存在時(shí)，紅外感應(yīng)器不被勵(lì)磁，其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)保持?jǐn)嚅_(kāi)的狀態(tài)，同時(shí)中間繼電器也無(wú)法勵(lì)磁，其常閉輔助觸點(diǎn)（31，32）仍處于閉合狀態(tài)，這種狀態(tài)下，時(shí)間繼電器被勵(lì)磁，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的時(shí)間延遲后，時(shí)間繼電器使其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（8，6）閉合，則交流接觸器被瞬間勵(lì)磁，交流接觸器常閉輔助觸點(diǎn)（21，22）同時(shí)也斷開(kāi)，從而使得空調(diào)在無(wú)人存在的情況下，經(jīng)過(guò)一定延遲，自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到了節(jié)能的目的。而在空調(diào)關(guān)閉后，人員重返室內(nèi)，需要開(kāi)啟空調(diào)，則需要手動(dòng)重新開(kāi)啟空調(diào)，避免了空調(diào)頻繁啟動(dòng)所帶來(lái)的影響。

圖2 空調(diào)節(jié)能控制電路原理圖

3 樣機(jī)應(yīng)用效果檢驗(yàn)

根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路原理圖進(jìn)行了實(shí)際接線，得到了如圖3所示的空調(diào)節(jié)能控制裝置簡(jiǎn)易樣機(jī)，并且為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)符合實(shí)際要求，通過(guò)對(duì)裝置樣機(jī)與會(huì)議室內(nèi)立式空調(diào)連接后，進(jìn)行以下三種情形進(jìn)行模擬試驗(yàn)分析。

3.1 十五分鐘內(nèi)無(wú)人存在時(shí)

將裝置的時(shí)間繼電器延遲時(shí)間設(shè)定為15分鐘，即要求15分鐘內(nèi)感應(yīng)無(wú)人體后，時(shí)間繼電器勵(lì)磁使得交流接觸器為空調(diào)斷電。實(shí)驗(yàn)中，將紅外感應(yīng)器用遮光材料蓋住，觀察繼電器的動(dòng)作情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)16秒后，紅外感應(yīng)繼電器動(dòng)作，斷開(kāi)其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)，時(shí)間繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)，再歷時(shí)15分鐘，時(shí)間繼電器動(dòng)作，使得交流接觸器動(dòng)作，空調(diào)來(lái)電回路斷開(kāi)，空調(diào)停止工作。

圖3 空調(diào)節(jié)能控制裝置樣機(jī)圖

3.2 人員始終存在

空調(diào)在工作時(shí)，室內(nèi)始終有人存在，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)紅外感應(yīng)器始終處于被感應(yīng)的狀態(tài)，其輔助觸點(diǎn)所連接的中間繼電器處于被勵(lì)磁狀態(tài)，同時(shí)時(shí)間繼電器和交流接觸器均處于未被勵(lì)磁的工作狀態(tài)，所以空調(diào)始終處于工作的狀態(tài)。

3.3 十五分鐘內(nèi)人員返回時(shí)

鑒于工作人員時(shí)常會(huì)出現(xiàn)離開(kāi)后再次返回的情況，為了驗(yàn)證此種情形能夠不影響空調(diào)的正常使用，對(duì)此情形進(jìn)行實(shí)際模擬。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工作人員離開(kāi)后，裝置進(jìn)入到延時(shí)計(jì)時(shí)狀態(tài)，紅外感應(yīng)器感應(yīng)到人員返回后，時(shí)間繼電器立即返回，停止計(jì)時(shí)的狀態(tài)。

4 小結(jié)

以上基于紅外感應(yīng)原理所設(shè)計(jì)的空調(diào)節(jié)能控制器，能夠自動(dòng)識(shí)別室內(nèi)人員的存在狀態(tài)，并即刻觸發(fā)繼電器完成一系列的判斷與執(zhí)行，在無(wú)人存在的情況下，歷經(jīng)一定的延時(shí)，將運(yùn)行中的空調(diào)關(guān)閉，節(jié)約了電能，避免了人員離開(kāi)房間匆忙無(wú)意識(shí)關(guān)閉空調(diào)所帶來(lái)的浪費(fèi)。