一种基于三相空调智能化控制及节能管理的控制器的制作方法

本发明涉及空调控制器技术领域，具体的说涉及一种基于三相空调智能化控制及节能管理的控制器。

背景技术：

随着生活水平提高，在很多公共场所，如学校、机关事业单位、酒店等，都安装了3P～5P的大功率空调，舒适度提高了，从而更好的工作学习。但是传统的大功率空调安装方法是直接拉三相电源，通过空气开关，接通空调电源，但是大功率空调的管理使用需要专人负责。

现有技术的大功率空调存在以下缺陷：没有专门针对大功率空调的能耗统计，不知道空调待机时长、待机功耗、小时平均能耗等，不知道哪些空调本身能耗过高需要更换，也不清楚电费中空调能耗占比；

没有专门针对大功率空调的运行监控，不能远程监控空调，无法得知空调开关状态，不能及时发现并处理故障空调；

没有专门针对大功率空调的节能管理，能源紧张时无法错峰用电，节能管理无从下手。

综上所述，现有技术的大功率空调只处于初级使用阶段，需要有专门的管理手段来知其状况，控其使用，节其能耗。

上述缺陷，值得解决。

技术实现要素：

为了克服现有的技术的不足, 本发明提供一种基于三相空调智能化控制及节能管理的控制器。

本发明技术方案如下所述：

一种基于三相空调智能化控制及节能管理的控制器，其特征在于，包括核心主控、远程通讯、能耗统计、温湿度传感、时钟模块、红外遥控模块、联动模块、接口管理及液晶显示，所述核心主控分别与所述远程通讯、所述能耗统计、所述温湿度传感、所述时钟模块、所述红外遥控模块、所述联动模块、所述接口管理及所述液晶显示连接；

远程通讯，具备高速无线通讯和RS485有线两种通讯模式，通过连接数据采集网关与后台控制系统对接，其中无线通讯具备自组网功能，即多个点之间可以互相中继，互为路由，一台数据采集网关可以同时连接多个终端，路径的选择是综合了信号质量和链路成本，择优选取，从而保证通讯传输的稳定性；

能耗统计，通过电能计量模块准确控制空调负载的电能使用情况,并且根据功率大小判断空调状态，如开机、关机、待机；通过电能计量模块根据用电指纹信息，分析空调老化状况和制冷效果，进行自动识别空调负载，而其他非空调负载使用时，所述控制器自动切断电源，禁止其他非空调负载使用,对空调的每天、每月的用电信息，会生成相应的冻结数据；

温湿度传感，设有温湿度传感器，通过所述温湿度传感器进行调控空调的温度，做到在不影响舒适度的前提下减少能源的浪费，当环境温度低于设定启动最低温度，则所述控制器会切断电源，不允许空调使用；当使用的过程中，环境温度低于设定温度2℃以上，所述控制器将空调设置回默认温度或者关闭空调；

时钟模块，通过时钟计时和断电供电回路在停电状态下保证时钟的走时准确，同时进行系统的校时，在不需要用空调的季节或者时段，自动切断空调电源，在需要用空调的时候可以自动定时启动、调节、关闭空调；

红外遥控模块，具备万能红外遥控编码，所述红外遥控模块能够通过红外控制各种品牌型号空调，红外遥控能够更好的调节管理空调，减少人工现场遥控操作；

联动模块，空调控制器通过传感器进行联动，从而更好做能效管理，配合人体感应，做到人走自动关闭空调使用，通过门窗联动，开空调自动关闭门窗，从而更加智能化的控制空调，更好更合理的利用能源；

接口管理，接口包含外接三相电源和空调三相电源，其中空调三相电源需要穿接电流互感器，便于电能计量统计；

液晶显示，液晶能够清楚的反映所述控制器的状态，如开关、费用、温度等信息，并且具备双色背光，正常情况一种颜色，报警异常另一种颜色；

核心主控，采用高性能处理器，管理则所有的模块，并集成各种软件功能及算法。

进一步的，所述电能计量模块通过互感器对三相空调的三相电压电流采样后，送入电能计量芯片进行处理，并转化为数字信号送到CPU进行计算，当空调在用电时，CPU根据采集到的数字信号进行电量的统计，支持的电量类型包括：组合有功，正向有功，反向有功，组合无功1，组合无功2。

进一步的，所述控制器通过学习空调各工作状态的电网参数信息进行自动识别空调负载，并且禁止其他非空调负载使用，所述空调各工作状态的电网参数信息包括：

1）空调待机状态：不同规格型号的空调待机功率有一定差别，但一般都小于10w；同一空调待机时功耗比较稳定，波动值小于1w；

2）空调室内机工作，室外压缩机不工作状态：同一空调在此状态时，有功功率，电流值，在一个特定范围内波动，且与空调设定温度无关；不同规格型号的空调在此状态时，差别较大；

3）空调室内机工作，且室外压缩机工作状态:室外压缩机在启动瞬间，有一个冲击电流，此电流值大小为此状态稳态值的2倍以上,同一空调在室外压缩机工作时，有功功率，电流值会在特定范围内波动，与空调设定温度无关，但室外温度值对此波动有一定的影响。

进一步的，所述红外遥控模块的红外编码的步骤如下：

1）控制器按照下述顺序学习空调遥控器具体的功能按键，并通过上位机软件存储到红外遥控模块中：开空调（16度），关空调（16度），开16度，开17度......开30度；

2）控制器中红外遥控模块存放顺序为开空调、关空调，开16度，开17度......开30度；

3）存储成功后，当控制器接收到空调操作命令时，读取存储器的编码命令，再根据编码的方式通过红外发射出去，从而控制空调。

进一步的，所述红外遥控模块的红外控制包括：

开空调：控制器接到开空调指令后，发射红外指令给空调，控制器延时自动采集负载功率数据判断开机是否成功，然后反馈指令发送操作状态给后台系统，若开机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败；

关空调：控制器接到开空调指令后，发射红外指令给空调，控制器延时自动采集负载功率数据判断开机是否成功，然后反馈指令发送操作状态给后台系统，若开机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败；

调节温度：控制器接到调节温度指令后，发射红外指令给空调，然后反馈指令发送操作状态给后台系统。

进一步的，所述控制器通过用能单价和用能量进行预付费管理，当余额充足的时候正常使用，当余额接近报警金额的时候，进行余额不足预警，当余额为0时，跳闸禁止使用。

进一步的，所述预付费管理包括：

充值：充值操作由系统端发起，系统会发出带有密钥加密的充值信息，通过网关传递给三相空调控制器，控制器进行解码分析，得出正确充值信息，进行金额充值，并记录各次充值信息以便查询；

扣费：通过系统设置空调的的扣费费率，单价设为RMB/kWh；

退费：充值错误或者其他等原因，可以由系统发起退费信息，退费金额不可以大于最后一笔充值金额，控制器收到退费信息会进行比较核对，然后进行金额的更改，并应答系统。

进一步的，所述控制器的节能管理包括：

定温：设置控制器温度使用下限为26℃，当开启空调后，会自动比较当前温度是否降低到了26℃，如果低于等于26℃，会自动设置空调回26℃或者关闭空调；

定时：空调控制器具备时钟计时功能，通过时钟进行控制空调允许使用的时段和允许时段内的某时刻自动开关机，允许的时段内设定14条定时遥控空调任务；

定量：空调控制器通过利用预付费功能做定量管理，周期性进行充值，有余额则可以使用，没有余额将不能使用。

进一步的，所述控制器设有若干个微功率无线模块，若干个所述微功率无线模块之间能够互相组成一个网络，逐级数据传递，最终将数据通到数据采集器，最后传递到系统；

所述微功率无线模块在上电后，与控制器中央处理器通讯，获得控制器的ID地址，并将此ID地址作为通讯的唯一标识，ID地址在系统、采集器中都是唯一不重复的存在；

所述微功率无线模块的数据通过其他控制器进行传递中继信号，并最终传到采集器端，中继的选择是根据相邻信号强度等条件选择，当某个中继节点故障异常时，能自动维护，选择周围节点，产生新的中继路径传递数据；

所述微功率无线模块设有多个工作频段，能够自主选择没被占用频道或者干扰最弱频道。

进一步的，微功率无线模块为子节点，网关或采集器为主节点，所述微功率无线模块的入网流程包括：

1）用子节点地址（EUI）申请入网；2）主节点收到子节点申请入网请求MSG，寻找是否有空间保存子节点信息，有则下发MSG_SINK_READY；3）子节点收到主节点下发的MSG_SINK_READY，将入网标识设置为TRUE，如果已读到控制器地址，则上传控制器地址到主节点；4）子节点广播发送数据，主节点收到该数据时，如果心跳包计时大于20,则设置为20即5s后发心跳包；5）子节点收到主节点下发的MSG_SINK_ADVERTISE心跳包，随机延时1-5s等待响应，响应的心跳包包含控制器地址；

6）主节点收到子节点响应的心跳包，如果档案管理模式为档案核对，则核对子节点的地址，如果档案中没有该子节点的档案，则远程退网子节点，否则有子节点的档案，刷新子节点计时；7）如果子节点收到主节点远程退网，则将对应主节点的PanId保存，以便下次不进行申请入网，并模块退网。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明带电能计量，能够统计分析空调能耗、状态，并能够根据不同信息做不同的反馈；具备远传通讯，拥有自组网技术，能够保证网关内节点都能互联互通；带节能管理方案，能够实施节能策略；能够与多种传感器和遥控器联动使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1所示，一种基于三相空调智能化控制及节能管理的控制器，其特征在于，包括核心主控、远程通讯、能耗统计、温湿度传感、时钟模块、红外遥控模块、联动模块、接口管理及液晶显示，所述核心主控分别与所述远程通讯、所述能耗统计、所述温湿度传感、所述时钟模块、所述红外遥控模块、所述联动模块、所述接口管理及所述液晶显示连接；

远程通讯，具备高速无线通讯和RS485有线两种通讯模式，通过连接数据采集网关与后台控制系统对接 ，其中无线通讯具备自组网功能，即多个点之间可以互相中继，互为路由，这样一台数据采集网关可以同时连接多个终端，路径的选择是综合了信号质量和链路成本，择优选取，从而保证通讯传输的稳定性；

能耗统计，设有高精度高性能电能计量模块，能够准确控制负载（空调）的电能使用情况,能够根据功率大小等来判断空调状态，如开机、关机、待机等；能够根据用电指纹信息，分析空调老化状况和制冷效果等，并且能够自动识别空调负载，而其他非空调负载使用时，控制器自动切断电源，禁止其他非空调负载使用,对空调的每天，每月的用电信息，会生成相应的冻结数据；

温湿度传感，设有温湿度传感器，可以通过温度感知来调节来调控空调的温度，做到在不影响舒适度的前提下减少能源的浪费，当环境温度低于设定启动最低温度，则控制器会切断电源，不允许空调使用；当使用的过程中，环境温度低于设定温度2℃以上，控制器可以将空调设置回默认温度或者关闭空调；

时钟模块，具备时钟计时功能和断电供电回路，能在停电状态下也保证时钟的走时准确，同时支持系统的校时，在不需要用空调的季节或者时段，自动切断空调电源，在需要用空调的时候可以自动定时启动、调节、关闭空调；

红外遥控模块，具备万能红外遥控编码，能够通过红外控制各种品牌型号空调，红外遥控能够更好的调节管理空调，减少人工现场遥控操作；

联动模块，所述控制器可以配合其他传感器进行联动，从而更好做能效管理，配合人体感应，做到人走自动关闭空调使用，通过门窗联动，开空调自动关闭门窗，从而更加智能化的控制空调，更好更合理的利用能源；

接口管理，接口包含外接三相电源和空调三相电源，其中空调三相电源需要穿接电流互感器，便于电能计量统计；

液晶显示，液晶能够清楚的反映当前空调控制器状态，如开关、费用、温度等信息；并且具备双色背光，正常情况一种颜色，报警异常另一种颜色；

核心主控，采用高性能处理器，管理则所有的模块，并集成各种软件功能及算法。

所述电能计量模块通过互感器对三相空调的三相电压电流采样后，送入电能计量芯片进行处理，并转化为数字信号送到CPU进行计算，当空调在用电时，CPU根据采集到的数字信号进行电量的统计，支持的电量类型包括：组合有功，正向有功，反向有功，组合无功1，组合无功2。

所述控制器在空调使用过程中，通过学习空调各工作状态的电网参数信息，进行自动识别空调负载，而禁止其他非空调负载使用，空调各工作状态的电网参数包括：

1）空调待机状态：不同规格型号的空调待机功率有一定差别，但一般都小于10w；同一空调待机时功耗比较稳定，波动值小于1w；

2）空调室内机工作，室外压缩机不工作状态：同一空调在此状态时，有功功率，电流值，在一个特定范围内波动，且与空调设定温度无关；不同规格型号的空调在此状态时，差别较大；

3）空调室内机工作，且室外压缩机工作状态:室外压缩机在启动瞬间，有一个冲击电流，此电流值大小为此状态稳态值的2倍以上,同一空调在室外压缩机工作时，有功功率，电流值会在特定范围内波动，与空调设定温度无关，但室外温度值对此波动有一定的影响。

所述红外遥控模块的红外编码的步骤如下：

1）控制器按照下述顺序学习空调遥控器具体的功能按键，并通过上位机软件存储到红外遥控模块中：开空调（16度），关空调（16度），开16度，开17度......开30度；

2）控制器中红外遥控模块存放顺序为开空调、关空调，开16度，开17度......开30度；

3）存储成功后，当控制器接收到空调操作命令时，读取存储器的编码命令，再根据编码的方式通过红外发射出去，从而控制空调；

所述红外遥控模块红外控制包括：

开空调：所述控制器接到开空调指令后，发射红外指令给空调，所述控制器延时自动采集负载功率数据判断开机是否成功，然后反馈指令发送操作状态给后台系统，若开机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败；

关空调：所述控制器接到开空调指令后，发射红外指令给空调，所述控制器延时自动采集负载功率数据判断开机是否成功，然后反馈指令发送操作状态给后台系统，若开机失败进行重发操作，重发3次失败，记录操作失败；

调节温度：所述控制器接到调节温度指令后，发射红外指令给空调，然后反馈指令发送操作状态给后台系统。

控制器通过用能单价和用能量进行预付费管理，当余额充足的时候正常使用，当余额接近报警金额的时候，进行余额不足预警，当余额为0时，跳闸禁止使用；其中预付费管理包括：

充值：充值操作由系统端发起，系统会发出带有密钥加密的充值信息，通过网关传递给所述控制器，控制器进行解码分析，得出正确充值信息，进行金额充值，并记录各次充值信息以便查询；

扣费：通过系统设置空调的的扣费费率，单价设为RMB/kWh；

退费：充值错误或者其他等原因，可以由系统发起退费信息，退费金额不可以大于最后一笔充值金额，控制器收到退费信息会进行比较核对，然后进行金额的更改，并应答系统。

节能管理的方法包括：

定温：设置控制器温度使用下限为26℃，当开启空调后，会自动比较当前温度是否降低到了26℃，如果低于等于26℃，会自动设置空调回26℃或者关闭空调。

定时：控制器具备时钟计时功能，通过时钟进行控制空调允许使用的时段和允许时段内的某时刻自动开关机，允许的时段内设定14条定时遥控空调任务。

定量：控制器通过利用预付费功能做定量管理，周期性进行充值，有余额则可以使用，没有余额将不能使用。

所述远程通讯设有若干个微功率无线模块，若干个微功率无线模块之间能够互相组成一个网络，逐级数据传递，最终将数据通到数据采集器，最后传递到系统；

微功率无线模块在上电后，会与控制器中央处理器通讯，获得控制器的ID地址，并将此ID地址作为通讯的唯一标识，ID地址在系统、采集器中都是唯一不重复的存在；

微功率无线模块的数据通过其他控制器进行传递中继信号，并最终传到采集器端，中继的选择是根据相邻信号强度等条件选择，是个动态的自组网络，当某个中继节点故障异常时，能自动维护，选择周围节点，产生新的中继路径传递数据。

微功率无线模块有多个工作频段，能够自组选择没被占用频道或者干扰最弱频道，相邻台区间互相影响最小；

具备远程通讯功能后，系统能够远程控制控制器的使用，远程参数下发，远程状态检测等等；

微功率无线模块入网流程如下：

术语和定义：

子节点：微功率无线模块；

主节点：网关或采集器

1）用子节点地址（EUI）申请入网；2）主节点收到子节点申请入网请求MSG，寻找是否有空间保存子节点信息，有则下发MSG_SINK_READY；3）子节点收到主节点下发的MSG_SINK_READY，将入网标识设置为TRUE，如果已读到控制器地址，则上传控制器地址到主节点；4）子节点广播发送数据，主节点收到该数据时，如果心跳包计时大于20,则设置为20即5s后发心跳包；5）子节点收到主节点下发的MSG_SINK_ADVERTISE心跳包，随机延时1-5s等待响应，响应的心跳包包含控制器地址；

6）主节点收到子节点响应的心跳包，如果档案管理模式为档案核对，则核对子节点的地址，如果档案中没有该子节点的档案，则远程退网子节点，否则有子节点的档案，刷新子节点计时；7）如果子节点收到主节点远程退网，则将对应主节点的PanId保存，以便下次不进行申请入网，并模块退网。

本发明整体流程图如图2所示：

1）初始化，控制器的复位初始化包括数据初始化及接口初始化，主要包括液晶显示数据、变量数据、通讯端口、计量模块、时钟单元以及存储芯片的初始化；

2）能耗统计包括计量及数据冻结，计算用电量数据，如功率、电压、电流以及功率因素等电网参数数据，其中数据冻结为存储最近的小时，天，月的用电数据；

3）通讯处理，上行通讯为通过无线方式响应后台命令的操作；红外遥控，响应后台对空调的开关机，调温操作等；

4）调控：定时调控，根据设定的日程表数据，定时的控制（开关）空调；费控/量控，根据用电量，进行金额的扣费，欠费后禁止使用空调；温控，根据用户设定的调温策略，不断控制空调，使环境温度维持在一定的范围；传感器联动，温湿度，计量，人感等传感器的实时采样数据；

5）掉电：控制器断电瞬间，自检，自动检测各硬件模块是否正常；备份，存储备份好用电量及金额等重要数据；

6）自升级：通过后台系统，可远程升级控制器程序版本；

本发明带电能计量，能够统计分析空调能耗、状态，并能够根据不同信息做不同的反馈；具备远传通讯，拥有自组网技术，能够保证网关内节点都能互联互通；带节能管理方案，能够实施节能策略；能够与多种传感器和遥控器联动使用。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。