专利名称：分布式中央空调分户计费装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中央空调计费装置，特别是涉及一 种分布式中央空调分户计费装置。
(二) 背景技术随着人们生活水平的日益提高，中央空调得到普遍使用， 由于中央空调传统计费方式存在很大弊端，不利于节能降耗，不利于环保和社 会的长远发展因此，实施中央空调分户按量计费是迫在眉睫。为能实现利用一 个中央空调计费装置实现多台风机盘盘的计量数据采集和计费，相关技术人员 提出了方便用户使用的中央空调分户计量装置，例如中国实用新型专利ZL 00246492.6，公告号CN 2436915Y的公共式中央空调分户计费装置，专利号为 ZL 01229053.X，公告号为CN 2482656Y的计费型中央空调温度控制器，它们分 别解决了空调在不同使用状况下的计费问题，实现了中央空调分户计量集中管 理及计量数据保存功能，但是计量方法还存在着一定程度的局限性，没有充分 实现按需计费和经过缜密科学计算的按量计费，不利于中央空调用户本着节约 原则更加积极的降低能源消耗，明明白白消费。
本申请人专利ZL 200620030176. 2 (授权公告日2007年4月18日，授 权公告号CN2890846Y)公开的一种分户式多端口中央空调计费器，含有主处理 器及外围电路，内置或外接存储器或保护电路，所述的主处理器联接有至少一 个副CPU,每个副处理器CPU通过其串行通讯端口 RXD和TXD与主处理器CPU设 定的两个I/O端口联接,所述副处理器CPU的I/O端口分别联接中央空调风机 盘管高、中、低档风机状态信号输出端，实现了中央空调分户计费的多端口， 实现分户的多个风机的计费计量，并具有欠费禁用功能，方便集中管理。其计 费原理基于本申请人的实用新型专利申请中央空调当量能量计费方法通过计 量中央空调风机盘管运行的有效果时间，利用W二EPi衬i (注W:当量能量值； Pi:风机盘管相应档位的标准功率，由厂家提供；ti:风机盘管对应档位的"有 效"运行时间，即中央空调供水温度制冷时小于TO，采暖时大于Tl时间内的运
行时间)公式计算出该台中央空调风机盘管消耗的计算能量，并以此计算能量 在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用。
其不足之处是多端口中央空调计费器的CPU模块之间是直接通讯，各个 风机状态等信息的采集是由端口直接现场采集，集成度高，但是CPU之间通讯 距离短，并且受CPU的I/0的限制，不便于应用超过10台风机数量的情况；信 号采集线是由设备端口现场检测采集，每个端口的状态釆集线均需接入设备，因 此实施时布线密集易干扰。 (三)实用新型内容
本实用新型针对现有技术中央空调计费器存在的问题，提出一种多空调计 量的分布式中央分户空调计费装置，实现分户多台风机盘管的计量数据采集、 传输和计费管理，实现中央空调的"一户一表"。
本实用新型采用的技术方案
一种分布式中央空调分户计费装置，含有分户计费管理单元以及一定数量 的对应连接用户风机盘管的风机盘管状态检测设备；所述分户计费管理单元通 过其下行通讯模块与风机盘管状态检测设备连接，分户计费管理单元通过其现 场显示模块接口连接现场显示器，电源模块为分户计费管理单元提供工作电源，
所述分户计费管理单元还含有:核心CPU模块，监时存贮模块，上行通讯模块， 核心CPU模块中CPU的四个I/0瑞口 (WD0G、 W—S0、 W—CLK、 W—DATA)分别与监 时存贮模块的对应接口 WD0G、 W—S0、 W—CLK、 W—DATA连接，CPU的复位端(RST) 与监时器的复位端(RST)连接；CPU的RXD、 TXD分别与上行通讯模块的对应接 口 RXD、TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机;CPU的RXD2、 TXD2分别与下行通讯模块的对应接口 RXD2、 TXD2连接；CPU的DINT、 D0UT分 别与现场显示模块的对应接口DINT、 D0UT连接。
所述的分布式中央空调分户计费装置，分户计费管理单元还含有阀门控制/ 检测模块、运行指示模块，以实现欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采 用光耦521实现强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源， 阀门控制/检测模块的隔离检测输出端(CHECK1)连接核心CPU模块中CPU的一 个I/0接口；阀门控制/检测模块的输入控制端(C0NT1)连接CPU的一个I/0
接口，阀门控制/检测模块的控制输出端(0UT1)控制连接用户分户控制阀门或 风机盘管工作回路电源，以实现欠费禁用。
所述的分布式中央空调分户计费装置，现场设有中央空调供水温度检测模 块，以满足条件的中央空调供水温度为依据实现有效果计费，CPU的DQ与现场 显示模块的对应接口DQ连接，作为温度采集接口连接温度检测设备；所述计费 装置或者不设置中央空调供水温度检测模块,有效果信号由分户计费管理单元 接收上位机信号确定。
所述的分布式中央空调分户计费装置，风机盘管状态检测设备含有CPU模 块、监时存贮模块、上行通讯模块、档位识别模块、运行指示模块以及电源模 块，CPU模块中CPU的四个端口CS、 S0、 SCK、 SI分别与监时存贮模块的对应接 口CS、 S0、 SCLK、 SI连接；CPU的复位端RA5与监时器的复位端RST通过电阻 R6连接，CPU的RXD、 TXD分别与上行通讯模块的对应接口 RXD、 TXD连接；CPU 的F1、 Hl、 Ml、 L1分别和档位识别模块的对应接口F1、 Hl、 Ml、 Ll连接。
所述的分布式中央空调分户计费装置，分户计费管理单元下行通讯模块采 用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线通讯方式，或BUS总线通讯方式；上 行通讯方式采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线通讯方式，或L0NW0RK 总线，或BUS总线通讯方式。
本实用新型的积极有益效果
1、 中央空调用户每户配制一套分布式中央空调计费装置，每套分布式中央 空调计费装置包括分户计费管理单元和多个风机盘管状态检测设备，分户计费 管理单元和风机盘管状态检测设备之间采用可靠的现场总线通讯，远程信号采 集，通讯距离远，安装时就有更大的灵活性，风机盘管状态检测设备的布局更 灵活方便，易于扩展，管理单元和风机检测器之间可以采用不同的通讯总线方
式，理论上可管理256台风机盘管或更多。
2、 本实用新型分布式中央空调计费装置包括分户计费管理单元和多个风机 盘管状态检测设备，分户计费管理单元含有CPU模块、监时存贮模块、上行通 讯模块、下行通讯模块、现场显示模块和电源模块等基本模块组成，可以实现 计量信息永久保存，现场显示；设有上行通讯接口与上位机连接，可上传给集 中抄表管理系统，使用方便、计费准确、计费数据信息保存时间长。风机盘管 状态检测设备就近与风机连接，远程信号采集，检测采集线更短、更准确、更 安全，风机检测器和管理单元之间依靠总线通讯收集信息，信息采集可靠、安 全且便于安装，适合扩展。
3、 本实用新型中央空调分户计费装置设计合理，安装简单，使用、维修方 便，成本低廉，计量准确，实现"按需使用，按量收费"的客户要求，实现中 央空调的"一户一表"，具有极好的推广应用价值。用户操作简单，状态显示直 观，能促进用户合理消费，节约能源，降低空调设备负荷，延长设备使用寿命。
4、 本实用新型中央空调分户计费装置，设备的联网的总线接入方式可以依 照不同的情况有更多的选择，上行通讯、下行通'讯可以采用如RS485、 BUS、 CAN、 L0NW0RK等等，选择更灵活，兼容性更好。
5、 中央空调用户可以通过本实用新型的控制接口，根据自己的情况选择安 装电动调节阀，通过电动调节阀实现变流量节能降耗功能，既解决了传统风机 盘管电动阀门过多和控制失败问题，又达到变流量节能的目的。
本实用新型通过在每户中央空调的入口处配制电动阀门，可以实现欠费禁 用功能直接通过管理中心电脑下达禁用关闭用户中央空调入口处电动阀门， 切断用户中央空调循环水；若没有安装电动阀门时，通过管理中心电脑下达禁 用指令切断用户风机盘管工作回路电源实现远程控制。
图1:分布式中央空调分户计费装置的分户计费管理单元功能模块示意图
图2:分户计费管理单元核心CPU模块电路原理示意图
图3:分户计费管理单元的监时存贮模块电路原理示意图
图4:分户计费管理单元的阀门控制/检测模块电路原理示意图
图5:分户计费管理单元的上行通讯模块电路原理示意图
图6:分户计费管理单元的下行通讯模块电路原理示意图
图7:分户计费管理单元的现场显示模块电路原理图(含现场温度检测接口) 图8:分户计费管理单元的运行指示模块电路原理示意图 图9:分户计费管理单元的电源模块电路原理示意图
图10:风机盘管状态检测设备功能模块示意图
图ll:风机盘管状态检测设备的中央处理器CPU模块
图12:风机盘管状态检测设备的监时存贮模块
图13:风机盘管状态检测设备的上行通讯模块
图14:风机盘管状态检测设备的档位识别模块
图15:风机盘管状态检测设备的中央处理器CPU模块二
图16:风机盘管状态检测设备的上行通讯模块二 (采用RS485总线)
图17:风机盘管状态检测设备的上行通讯模块三(采用CAN总线)
图18:分户计费管理单元的下行通讯模块二 (采用RS485总线)
图19:分户计费管理单元的下行通讯模块三(采用CAN总线)
图20:分户计费管理单元的上行通讯模块二 (采用BUS总线)
图21:分户计费管理单元的上行通讯模块兰(采用CAN总线)
图22:分布式中央空调计费装置逻辑图
图23:分布式中央空调计费装置控制/调节阀自动控制逻辑图 具体实施方式
实施例一本实用新型分布式中央空调分户计费装置，包括一个分户计费 管理单元，以及一定数量的对应连接用户风机盘管的风机盘管状态检测设备； 所述分户计费管理单元原理结构框图参见图1，分户计费管理单元通过下行通讯 模块与风机盘管状态检测设备连接，分户计费管理单元通过其现场显示模块接 口可以实现计费信息现场显示，分户计费管理单元还含有核心CPU模块(电路 原理示意图见图2),监时存贮模块(电路原理示意图见图3)，上行通讯模块(电 路原理示意图之一见图5)，图6为下行通讯模块采用BUS总线通讯方式的电路 原理示意图，分户计费管理单元中，U1为CPU， U2为监时存贮器，U3为下行通 讯BUS总线通讯主芯片，U4为上行通讯RS485总线通讯芯片，
本实施例核心CPU模块中央处理器采用89S52,在具体实施中，CPU也可以 采用AT89C52、 P89C54BP和P89C58A，或MC68HC11A8、 MC68HC11E9、 MC68HC16， 或PIC16C877A，或EM78P447，或MSP430F147和MSP430F435、 E78C52D、 E78E58B 中的任意一种，CPU的四个I/0端口 WD0G、 W一SO、 W一CLK、 W一DATA分别与监时存
贮模块的对应接口 WD0G、 W—S0、 W—CLK、 W—DATA连接，CPU的复位端RST与监时 器的复位端RST连接；CPU的RXD、 TXD分别与上行通讯模块的对应接口 RXD、 TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机；CPU的RXD2、 TXD2 分别与下行通讯模块的对应接口 RXD2、 TXD2连接；CPU的DINT、 DOUT分别与现 场显示模块的对应接口 DINT、 DOUT连接。
图7为计费管理单元的现场显示模块(含现场温度检测接口)，图9为本实 施例分布式中央空调分户计费装置电源模块电路原理示意图，其中U5为三端稳 压器，电源模块为分户计费管理单元提供工作电源。
图10为本实用新型中央空调分户计费装置的风机状态检测设备结构框图， 风机盘管状态检测设备含有CPU模块(电路原理示意图参见图11)、监时存贮模 块(电路原理示意图参见图12)、上行通讯模块(电路原理示意图之一见图13)、 档位识别模块(电路原理示意图见图14，)和运行指示模块，电源模块，CPU的 四个端口 CS、 SO、 SCK、 SI分别与监时存贮模块的对应接口 CS、 SO、 SCLK、 SI 连接；CPU的复位端RA5与监时器的复位端RST通过电阻R6连接，CPU的RXD、 TXD分别与上行通讯模块的对应接口 RXD、 TXD连接；CPU的F1、 Hl、 Ml、 Ll分 别和档位识别模块的对应接口 Fl、 Hl、 Ml、 Ll连接。图示U1为CPU模块，U2 为下行通讯BUS总线通讯从芯片，U7为监时存lfc器。
本实施例分户计费管理单元和风机状态检测设备之间的通讯采用用BUS总 线，分户计费管理单元与上位机通讯采用RS485总线，有效果信号由分户计费 管理单元现场检测，现场设有中央空调供水温度检测模块，以实现有效果计费， CPU的DQ与现场显示模块的对应接口 DQ连接，为温度采集接口 。
本实施例分布式中央空调分户计费装置，可以通过设置阀门控制/检测模块 (电路原理示意图见图4)和运行指示模块(电路原理示意图见图8)，以实现 欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，阀门 控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测模块的隔离检测输 出端CHECK1连接核心CPU模块CPU的一个I/O接口 ；阀门控制/检测模块的输 入控制端C0NT1连接CPU的一个I/O接口 ，阀门控制/检测模块的控制输出端0UT1 控制连接用户分户控制阀门或风机盘管工作电源回路，以实现欠费禁用。
图23为控制/调节阀自动控制逻辑图。
图22为分布式中央空调计费装置逻辑图。当装置工作后，CPU模块通过档 位识别模块得到正确的风机运行状态，结合是否有效果信号，对风机运行情况 进行分档位计量，只有风机开且有效果时才进行计量。根据信息使阀门控制/检 测模块打开或关闭，得到相应的输出信号。装置定时进行温度采集(温度采集 接口在现场显示模块中)，按预定逻辑设置得到是否属于有效果，并将是否有效 果信号通过下行通讯模块向风机状态检测设备发送，同时从风机状态检测设备 得到当前风机实时的状态和当前计量值。装置可以通过上行通讯模块向上位机 传递现场信息。装置及时将当前用户的各种信息送往现场显示模块，供用户査 看。装置通过监时存贮模块定时进行数据存储备份，有效保证数据的安全性。 分户计费管理单元可以实现自动开关电动阀门以达到节能降耗在允许用户使 用的情况下，当用户第一台风机盘管启动时，入户总电动阀门打开，当用户所 有风机盘管关闭时，入户总电动阀门关闭，以每户为一个单元实现中央空调系 统的变流量节能控制，既解决了传统风机盘管电动阀门过多和控制失败问题， 又达到变流量节能的目的。当用户被禁用时，阀门一直被控制关闭，切断用户 中央空调循环水,禁止用户使用，直至上位机解除该设备的禁用。设备定时通过 监时存贮模块进行数据存储，保护数据，并可以显示或查询用户的各个风机盘 管当前状态，供水温度，上月费用等计费信息。
本实用新型分布式中央空调分户计费装置，主要用于计量中央空调风机盘 管运行的有效果时间，利用W=EPi*ti (注W:当量能量值；Pi:风机盘管相 应档位的标准功率，由厂家提供；ti:风机盘管对应档位的"有效"运行时间， 即中央空调供水温度制冷时小于TO，采暖时大于T1时间内的运行时间)公式计 算出该台中央空调风机盘管消耗的计算能量，并以此计算能量在中央空调系统 总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用，即中央空调的当量能量计费法。
实施例二具体电路参见图15，图3 图7，图9 图14。本实施例同样可 以有n个风机盘管状态检测设备，n是大于或等l的自然数。其与实施例一的区 别在于核心CPU模块中央处理器采用P87C591-PLCC，电路原理示意图参见图 15，其各模块连接关系基本相同，另外现场显示模块中温度采集接口不接传感
器，有效果信号由分户计费管理单元接收上位机信号确定。
实施例三具体电路参见图2 图7，图9 图14。分户计费管理单元和风 机状态检测设备之间的通讯采用用BUS总线，分户计费管理单元与上位机通讯 采用RS485总线，有效果信号由分户计费管理单元现场检测，装置带有现场显 示模块。与实施例一的区别在于用户没有安装入户阀门，阀门控制/检测模块 输出连接至户内风机电源，因此分户计费管理单元不再进行自动流量开关控制， 只能实现用户禁用功能，就是可以通过控制用户所有风机盘管的总工作回路电 源来实现禁止或允许用户使用空调。
实施例四具体电路及连接关系参见图2 图5，图7 图14，本实施例分 户计费管理单元与上位机通讯采用RS485总线，有效果信号由分户计费管理单 元现场检测，装置带有现场显示模块。其与实施例一的区别分别在于，实施例 四分户计费管理单元和风机状态检测设备之间的通讯(下行通讯)采用RS485 总线取代实施例一的BUS总线(电路原理示意图参见图18)， CPU和通讯模块连 接关系CPU的C0M一D0WN、 RXD2、 TXD2分别和图18中的C—C0N2、 RXD—X、 TXD_X 对应连接，输出为C0MA、 COMB;上行通讯模块电路原理参看图16，在风机状态 检测设备中，图11中CPU的第6脚、RXD、 TXD分别和图16中的C—C0N、 RXD—N、 TXD一N对应连接，输出为C0MA、 C0MB。
实施例五具体电路及连接关系参见图2 图5，图7 图14，本实施例分 户计费管理单元与上位机通讯采用RS485总线，有效果信号由分户计费管理单 元现场检测，装置带有现场显示模块。其与实施例一的区别分别在于，分户计 费管理单元和风机状态检测设备之间的通讯(下行通讯)采用CAN总线取代实 施例一的BUS总线(电路原理示意图参见图19〉。其中CPU替换为P87C591或其 它带CAN控制器的单片机，端口定义同图2，与其它模块端口对应连接。其中通 讯连线改动为图18中CPU的RXD2、 TXD2分别和中的RXD—X2、 TXD—X2对应连 接。输出为C0MA、 C0MB。
参看图15、图17，状态检测设备中，其中通讯连线改为图15中的CPU 的RXD、 TXD分别和图17中的RXDJ、 TXD—N对应连接。输出为C0MA、 C0MB。
实施例六本实施例与实施例一的区别，分户计费管理单元和与上位机通
讯采用BUS总线。参看图20，在分户计费管理单元中，上行通讯模块与其它模 块端口对应连接，通讯连线为图2中CPU的RXD、 TXD分别和图20中的RXD—Y、 TXD一Y对应连接。
实施例七本实施例与实施例一的区别，分户计费管理单元和与上位机通 讯采用CAN总线。参看图21，在分户计费管理单元中，上行通讯模块与其它模 块端口对应连接。通讯部分连线为图21中的RST、 ALE、 CS2、 RD、 WR、 INT—CAN、 AD0^AD7分别与图2中CRJ的RST、第30脚ALE、第28脚P2. 7、第17脚/RD、 第16脚/WR、第13脚INT1、第39—32脚PO. O—PO. 7对应连接。图21中的CAN 控制器和收发器对应连接。
权利要求1、一种分布式中央空调分户计费装置，含有分户计费管理单元以及一定数量的对应连接用户风机盘管的风机盘管状态检测设备；所述分户计费管理单元通过其下行通讯模块与风机盘管状态检测设备连接，分户计费管理单元通过其现场显示模块接口连接现场显示器，电源模块为分户计费管理单元提供工作电源，其特征是所述分户计费管理单元还含有核心CPU模块，监时存贮模块，上行通讯模块，核心CPU模块中CPU的四个I/O端口(WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA)分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端(RST)与监时器的复位端(RST)连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机；CPU的RXD2、TXD2分别与下行通讯模块的对应接口RXD2、TXD2连接；CPU的DINT、DOUT分别与现场显示模块的对应接口DINT、DOUT连接。
2、 根据权利要求1所述的分布式中央空调分:户计费装置，其特征是分户 计费管理单元含有阀门控制/检测模块，阀门控制/检测模块采用光耦521实现 强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测 模块的隔离检测输出端(CHECK1)连接核心CPU模块中CPU的一个I/O接口； 阀门控制/检测模块的输入控制端(C0NT1)连接CPU的一个I/O接口，阀门控 帝lJ/检测模块的控制输出端(0UT1)控制连接用户分户控制阀门或风机盘管工作 电源。
3、 根据权利要求2所述的分布式中央空调分户计费装置，其特征是现场 设有中央空调供水温度检测模块，CPU的DQ与现场显示模块的对应接口DQ连接，作为温度采集接口连接外部温度检测设备。
4、 根据权利要求1或2或3所述的分布式中央空调分户计费装置，其特征 是风机盘管状态检测设备含有CPU模块、监时存贮模块、上行通讯模块、档 位识别模块、运行指示樓块以及电源模块，CPU模块中CPU的四个端口CS、 S0、 SCK、 SI分别与监时存贮模块的对应接口 CS、 S0、 SCLK、 SI连接；CPU的复位 端RA5与监时器的复位端RST通过电阻R6连接；CPU的RXD、 TXD分别与上行通 讯模块的对应接口RXD、 TXD连接；CPU的F1、 Hl、 Ml、 Ll分别和档位识别模块 的对应接口F1、 Hl、 Ml、 Ll连接。
5、根据权利要求1所述的分布式中央空调，户计费装置，其特征是分户 计费管理单元下行通讯模块采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线通讯 方式，或BUS总线通讯方式；上行通讯方式采用RS485总线通讯方式，或者采用 CAN总线通讯方式，或L0NW0RK总线，或BUS总线通讯方式。
专利摘要本实用新型涉及一种分布式中央空调分户计费装置。一种分布式中央空调分户计费装置，含有分户计费管理单元以及风机盘管状态检测设备；分户计费管理单元通过其下行通讯模块与风机盘管状态检测设备连接，所述分户计费管理单元核心CPU模块中CPU的四个I/O端口分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端与监时器的复位端连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机；CPU的DINT、DOUT分别与现场显示模块的对应接口DINT、DOUT连接。本实用新型计费装置对用户多台风机盘管的计量数据进行采集、传输和计费管理，实现了中央空调分户使用的“一户一表”。
文档编号G01D4/00GK201066282SQ20072009114
公开日2008年5月28日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者李玉琴, 东 杨, 陈传伟 申请人:郑州春泉暖通节能设备有限公司