空調(diào)和地暖兩用溫控器設(shè)計(jì)

祝前峰 陸榮鑑 張建紅 李奉順 莊圓

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中央空調(diào)逐漸走入普通家庭。中國(guó)北方大部分地區(qū)需要供暖，地暖憑借其獨(dú)特的優(yōu)越性越來(lái)越受到歡迎。然而，中央空調(diào)溫控器和地暖溫控器常常是分開的，這樣勢(shì)必會(huì)造成排線混亂，操作不方便，甚至混淆兩個(gè)溫控器。大型醫(yī)院、酒店客房、溫泉會(huì)所、辦公室等建筑樓的房間也常常需要此類產(chǎn)品來(lái)滿足不同時(shí)節(jié)的調(diào)溫需求。以合泰芯片HT67F489為主控芯片，通過(guò)315無(wú)線通信來(lái)控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，通過(guò)控制五檔閥的檔位控制流量，來(lái)實(shí)現(xiàn)控溫的要求。這類溫度控制器，集成了中央空調(diào)溫控器和地暖溫控器，該設(shè)計(jì)具有安裝便捷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：兩用溫度控制器;硬件設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì);315無(wú)線通信;五檔閥

0 引言

空調(diào)是生活中最常見的一種調(diào)節(jié)室內(nèi)外溫差的設(shè)備，一般用電驅(qū)動(dòng)?；痣姷谋举|(zhì)是碳排放，因此節(jié)能型產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，其中采用熱源水的地暖就是效果最為直接、應(yīng)用較為廣泛的一種。[1，2]空調(diào)以其可以在短時(shí)間內(nèi)快速制冷或制熱，受到廣大用戶的青睞，但其存在能耗較多、占用面積、維修困難等缺點(diǎn)。地暖則具有保健功能、舒適衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、熱穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其也存在最直接的缺點(diǎn)，供熱速度較慢，不能在短時(shí)間內(nèi)使房間快速升溫?；谝陨峡照{(diào)和地暖優(yōu)缺點(diǎn)，人們?cè)O(shè)計(jì)了空調(diào)和地暖兩用式的溫度控制器，在調(diào)溫和節(jié)能方面都做出了相對(duì)優(yōu)化。

溫控器經(jīng)歷了三次更新?lián)Q代，第一代為電氣式，第二代為電子式，第三代為智能型溫控器。而所謂的智能型溫控器就是應(yīng)用新型控制模型和數(shù)控芯片。我們采用HT67F489為主控芯片，定制了專用的斷碼屏配套使用，通過(guò)軟件編程使得溫控器的操作更加簡(jiǎn)捷方便，便于用戶更好地進(jìn)行操作。

然而，中高檔建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量一般要占整個(gè)建筑物總用電量的40%～60%。出于對(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的考慮，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的溫度控制器、溫度控制算法尤為重要。[3]在冬季使用空調(diào)的人群遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用地暖的人群，然而在同等情況下，水熱地暖的功耗比空調(diào)耗能少。目前，要么全部采用空調(diào)進(jìn)行調(diào)溫，要么空調(diào)和地暖是單獨(dú)分開進(jìn)行工作的，兩用的溫控器還未在市場(chǎng)上普遍使用。

1 功能簡(jiǎn)述

這類溫控器將空調(diào)與地暖控溫進(jìn)行了一個(gè)整合，共有5種工作模式，分別為空調(diào)制冷模式、空調(diào)制熱模式、地暖制熱模式、空調(diào)地暖聯(lián)合制熱模式、睡眠模式。這五種模式滿足了不同季節(jié)的需求，同時(shí)也考慮了功耗省電等一系列實(shí)際問(wèn)題。

中央空調(diào)和溫控器之間有多條電路線需要連接，出于便于安裝、布線簡(jiǎn)單等考慮，取消了溫控器與風(fēng)機(jī)的連線，采用315無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)速的高、中、低擋位。我們使用五檔閥來(lái)控制冷熱水的流量，通過(guò)改變擋位的大小從而實(shí)現(xiàn)控制溫度的要求。兩用式溫控器在溫泉會(huì)所、賓館休閑等場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用前景。

2 硬件設(shè)計(jì)

我們基于合泰芯片HT67F489為主控芯片設(shè)計(jì)相關(guān)電路，此溫控器分為兩塊電路板，一塊為供電電路板，另一塊為溫控面板。其中，供電電路板的主要功能為將220V的電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，將3.3V的電壓用于給溫控面板進(jìn)行供電。在供電電路中，我們采用了LN5R04D芯片。LN5R04D是標(biāo)準(zhǔn)的PWM控制器集成電路，可以非常方便地應(yīng)用于各種小功率電源適配器中，其外圍器件很少，內(nèi)部集成了多種保護(hù)電路，電路簡(jiǎn)單。同時(shí)采用了變壓器，將220V轉(zhuǎn)為12V，緊接著采用了AMS1117高效線性穩(wěn)壓器，最終使輸出電壓穩(wěn)定為3.3V。溫控面板包含主控芯片HT67F489、斷碼屏、溫度傳感器、315無(wú)線通信模塊等，是實(shí)現(xiàn)溫控器功能的重要組成部分。溫度傳感器的主要部件是熱敏電阻，本次采用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，即溫度升高阻值降低。空調(diào)和地暖兩用溫控器所需要的斷碼屏是專門定制的，一共設(shè)計(jì)了20個(gè)引腳用于顯示22個(gè)圖塊，每個(gè)圖塊可以單獨(dú)顯示，同時(shí)顯示的內(nèi)容簡(jiǎn)潔明了。

3 軟件設(shè)計(jì)

程序是溫控器的靈魂，是溫控器實(shí)現(xiàn)各種功能的重要依托。溫控器最為重要的是按鍵程序，即按下不同的按鍵實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的功能，從左到右分別為電源開關(guān)鍵、模式選擇鍵、定時(shí)開/定時(shí)關(guān)觸發(fā)鍵、風(fēng)速選擇鍵、增量鍵、減量鍵。需要對(duì)斷碼屏進(jìn)行相應(yīng)的編程才可以在屏幕上顯示相對(duì)應(yīng)的參數(shù)與內(nèi)容。顯示屏上的室溫顯示是通過(guò)A＼D轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn);通過(guò)定時(shí)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)開或者定時(shí)關(guān)的功能;通過(guò)315無(wú)線通信程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速;通過(guò)串口命令來(lái)控制五檔閥門的檔位，從而控制流量，達(dá)到調(diào)溫的作用。因此，軟件設(shè)計(jì)在兩用溫控器中十分重要。

4 能耗問(wèn)題

在夏天，直接選擇空調(diào)制冷模式，從而使室內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值，和普通中央空調(diào)沒有差異。在冬天，可以選擇空調(diào)地暖聯(lián)合制熱模式，當(dāng)室內(nèi)的氣溫達(dá)到25℃時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)為地暖模式。一方面，空調(diào)制熱效果快而地暖制熱效果慢，短時(shí)間之內(nèi)想要快速升溫，兩種模式同時(shí)工作可以實(shí)現(xiàn);另一方面，出于功耗考慮，空調(diào)的功耗大于地暖，所以當(dāng)室溫達(dá)到人體舒適度時(shí)立即關(guān)閉空調(diào)。這類溫控器可以很好地實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。能耗的比較應(yīng)該建立在同等溫度調(diào)節(jié)效果基礎(chǔ)上，[4]在同等控溫的情況下，地暖的耗能比空調(diào)低。同時(shí)，地暖符合中醫(yī)學(xué)中的“溫足而涼頂”的人體需要，會(huì)給人腳暖頭涼的舒適感覺，有利于促進(jìn)人體新陳代謝，改善血液循環(huán)，對(duì)心血管疾病有調(diào)節(jié)作用;對(duì)老年人的關(guān)節(jié)炎、老寒腿、腰酸背痛有防治功效。地暖采暖過(guò)程的熱量主要是以輻射傳熱，室內(nèi)溫度分布較為合理。在同樣舒適感條件下，室內(nèi)設(shè)置溫度可比傳統(tǒng)對(duì)流采暖室內(nèi)設(shè)置溫度低2℃～3℃，耗熱量可節(jié)約15%左右。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下，人們?cè)絹?lái)越注重把煩瑣的工作變?yōu)楹?jiǎn)單的，所以出于化繁為簡(jiǎn)的目的，我們將中央空調(diào)溫控器和地暖溫控器進(jìn)行了一個(gè)整合，解決了排線走線問(wèn)題，不僅給用戶帶來(lái)了更好的體驗(yàn)，而且也降低了功耗。空調(diào)和地暖兩用溫控器既保留了普通溫控器的功能，也加入了它本身所特有的功用，大大降低了用戶的使用成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱玉雙.熱水采暖系統(tǒng)常見問(wèn)題與解決措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（11）：191-192.

[2] 鄺文君，畢浩桐，龔凱.地暖+新風(fēng)系統(tǒng)房間的室內(nèi)舒適性研究[J].華北理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，40（04）：100-105.

[3] 劉玉建，尹全磊，鄭鵬飛.基于STC單片機(jī)的中央空調(diào)溫控器設(shè)計(jì)[J].可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2011（03）：100-101+83.

[4] 蔡玥，續(xù)慧珍，徐加冕，等.公共辦公建筑節(jié)能對(duì)標(biāo)管理中能耗約束值確定[J].建筑節(jié)能，2018，46（04）：107-111.

作者簡(jiǎn)介：祝前峰（1996—），男，研究生在讀，主要從事機(jī)電一體化、嵌入式系統(tǒng)方向的研究。

通訊作者：陸榮鑑（1964—），男，研究生，講師，主要從事機(jī)電一體化、工業(yè)控制系統(tǒng)方向的研究。