专利名称：基于bus总线的多路中央空调计费器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中央空调计费器，特别是涉及一种基 于BUS总线的多路中央空调计费器。
二、 背景技术目前中央空调在实际使用中存在大量的能源浪费现象，这 其中固然有用户节能意识淡薄、传统收费方式不合理等因素引起，但主要原因 还是因为空调系统的设计、施工与设备运行管理规范的落后。随着社会科技的 发展以及人们环保、节能意识的增强、经济价值观念的更新，改变中央空调传 统计费方法，实现按需、按量收费，克服传统空调系统的计量收费存在的弊端， 对于节约能源、增强环保意识是非常必要的。
许多新型的智能空调计费器综合了中央空调风机盘管智能温控技术、冷热 量计量技术、计算机网络及通讯技术，实现了中央空调计费的科学、合理计费 管理，使制冷、制热消费作为一种商品，其消费的主动权掌握在消费者手中。
中国实用新型专利ZL200520014407.6 (公告号CN2826261Y)提出了一种中央 空调末端智能温控与联网计费集成装置，旨在提供一种应用于中央空调风机盘 管的智能温控、高精度电动动态水流量平衡、计算机联网监控计费三项技术集 成一体化的装置。本实用新型包括室内温控器、电动二通阀、数字温度传感器、
和风机盘管接线端子，还包括集控盒、数据远程采集单元RTU6、 RS-232到 RS-485 / 422的转换器和个人计算机，所有RTU6均并连接在RS-485总线或CAN 总线上，连接至转换器，将所有的数据信息通过总线方式传送到个人计算机。 其优点是计量准确、控制可靠、运行稳定，操作方便、安装简单、适应性好、 价格低廉。而目前这类产品存在的问题是许多像这样的总线通讯方式，通讯 线和电源线必须由四根导线完成，由专用线按极性连接，使用不方便，增加安 装工艺和布线施工成本；另外计费器只能实现和一台风机盘管的一对一计费管 理，而对于一个用户不同取暖单位的每一台风机盘管，都要求用户配备一个计 费器，显然是不太经济，而不这样，又达不到分控的目的。
三、实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题针对背景技术现有技术不足，提出一种 基于BUS总线的多路中央空调计费器，由多个CPU通过串行通讯方式连接实现
检测接口扩容以达到多个中央空调风机盘管计费的目的，采用两线制BUS总线 技术，同时实现计费器供电和通讯功能，且无极性连接，大大改进了 485总线 的供电和通讯由两对电线进行极性联接的限制，使用方便。 本实用新型所采用的技术方案-
一种基于BUS总线的多路中央空调计费器，含有处理器模块，电源模块，
输入端连接不同的风机盘管的一定数量的风机档位和风机阀门检测模块，处理 器模块含有交互通讯连接的主CPU和一定数量的从CPU，主、从CPU的相应控制 接口或I/O接口分别与各自的监时存贮模块的控制接口、数据接口及读写同步 时钟接口连接，连接多路风机盘管的风机档位和风机阀门检测模块的高、中、 低档风机和阀门状态输出信号分别接入处理器模块主、从CPU的相应I/O接口 ， 同处理器模块的主CPU连接有BUS总线通讯电源模块，BUS总线通讯电源模块的 串行通讯接口对应连接主CPU的串行通讯接口， BUS总线通讯电源模块的总线数 据接口通过前置电桥实现与外部总线无极性连接，计费器通过总线通讯电源模 块实现由两根普通导线同时完成供电和通讯功能。
所述的基于BUS总线的多路中央空调计费器，还含有一个分户总阀门控制 输出和检测模块，分户总阀门控制输出和检测模块采用光耦521实现强弱电隔 离，分户总阀门检测模块的输入端连接阀门工作电源，分户总阀门状态检测模 块的隔离输出端连接处理器模块主CPU的一个I/O接口；分户总阀门控制模块 的输入控制端连接处理器模块主CPU的相应1/0接口，其控制输出端控制连接 阀门工作电源回路，以实现欠费禁用；风机盘管风机档位和风机阀门检测模块 的输出端与CPU的一组四个I/O接口电连接实现状态识别和计量功能。
所述的基于BUS总线的多路中央空调计费器，同处理器模块主CPU连接有 主显示板通讯模块，主显示板通讯模块通过主CPU程序设定的相应I/O接口和 光耦521隔离实现模拟一线式共地通讯，发送时，主CPU的一个I/0接口输出 高/低电平编码，触发通讯输出光耦的通/断在COMM端同步输出高低电平编码,
实现数据发送；接收时，主CPU的I/0接口输出高电平，COMM端的高/低电 平编码触发通讯输入光耦的通断，同步在光耦输出端输出高/低电平编码供主 CPU检测，实现数据接收，计费器通过主显示板通讯模块连接主显示板。
处理器模块的主、从CPU采用ATMEL公司的AT89S52双列直插式可擦写CPU 芯片，或者选用PIC16系列、PHILIPS89系列、MSP系列芯片中的任意一种；BUS 总线通讯电源模块采用集成电路芯片CMTOOl或TSS721, BUS总线通讯电源模块 与处理器模块CPU通讯接口的连接采用隔离模块连接。
所述的基于BUS总线的多路中央空调计费器，主CPU和从CPU以串行通讯 的方式连接，由主、从CPU程序设定相应I/O接口分别与各个风机盘管连接的 风机档位和阀门检测模块的高、中、低档和阀门状态信号输出接口连接，实现l N个中央空调风机盘管的计费功能，其中N为自然数；同主处理器和从处理器 连接有运行指示模块。
本实用新型基于BUS总线的多路中央空调计费器，主要用于间接计量中央
空调风机盘管运行的有效时间，利用W-EPi"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T0，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。
本实用新型的有益积极效果
1、 本实用新型由含有一主多从CPU的处理器模块、监时存贮模块、档位 检测模块和BUS通讯电源模块基本模块组成，由主CPU对多个从CPU以串行 通讯的方式扩容计费检测端口，实现多路空调风机盘管计费功能，通过采用BUS 总线通讯电源模块，利用BUS总线技术同时实现计费器供电和通讯由两根普通 电线完成，且无极性连接，大大改进了 RS485总线的供电和通讯由两对电线进 行极性连接的限制。实现了中央空调有效果计费，简化了安装工艺和布线成本， 结构简单，成本低，使用方便。
2、 本实用新型基于BUS总线的多路中央空调计费器，通过采用分户总阀 门状态检测及控制模块，实现了欠费禁用功能，还设置有运行指示模块，方便
集中管理和使用维护。
3、本实用新型基于BUS总线的多路中央空调计费器，具有更为简单可靠 的分户管理功能，网络实现简单，通讯可靠，维护方便。使用时可安装固定在 用户户内或户外合适位置，为实现不入户维修创造了条件，可实现-3， -5， -8多 种风机组合，用户可灵活选择。
四、
图1:本实用新型基于BUS总线的多路中央空调计费器原理示意图
图2:本实用新型计费器主CPU及监时存储模块电路原理图
图3:本实用新型计费器电源模块电路原理示意图
图4:本实用新型计费器主显示板通讯模块电路原理示意图
图5:本实用新型计费器从CPU及监时存储模块电路原理示意图
图6:本实用新型计费器分户总阀门控制输出及检测模块电路原理图
图7:本实用新型计费器风机盘管档位检测模块电路原理示意图
图8:本实用新型计费器BUS总线通讯/电源模块电路原理示意图
图9:本实用新型计费器运行指示模块电路原理示意图
五具体实施方式
实施例参见图l，本实施例基于BUS总线的多路中央空调计费器含有处 理器模块，电源模块，输入端连接不同的风机盘管的一定数量的风机档位和风 机阀门检测模块，处理器模块含有双向交互通讯连接的主CPU和一定数量的从
CPU,主、从CPU分别连接有各自的监时存贮模块，各监时存贮模块的控制接口、 数据接口及读写同步时钟接口分别连接各自CPU的相应控制接口或1/0接口，
连接多路风机盘管的风机档位和风机阀门检测模块的高、中、低档状态信号和
阀门信号分别接入处理器模块主、从CPU的相应I/O接口 ，处理器模块主CPU 的串行通讯接口对应连接BUS总线通讯电源模块的串行通讯接口， BUS总线通讯 电源模块的数据接口同时通过前置电桥与外部总线无极性连接；为了便于集中 管理，实现欠费禁用功能，计费器设计有一个分户总阀门控制输出和检测模块， 分户总阀门控制输出和检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，分户总阀门检 测模块的输入端连接阀门工作电源，分户总阀门状态检测模块的隔离输出端连
接处理器模块主CPU的一个I/O接口；分户总阀门控制模块的输入控制端连接 处理器模块主CPU的相应1/0接口，其控制输出端控制连接阀门工作电源回路； 通过计费器运行指示模块运行灯和通讯灯亮/灭情况，可以简单了解CPU模块的 运行和通讯情况，并且可选择大屏幕液晶显示，显示更多信息。
本实用新型中央空调计费系统采用"有效果"计费原则和"时间计费"法，
采用BUS总线通讯集中抄表管理，准确识别风机盘管运行档位并计量其"有效
果"时间，利用管理软件按设定程序自动处理计算出每一台风机盘管消耗的能 量，应用于任何以风机盘管为末端的中央空调系统。以简单的方式解决了中央
空调"按需使用，按量收费"的难题。由一主、 一从(两个或更多)CPU通过
串行通讯方式连接实现检测接口扩容，以达到多个中央空调风机盘管监测计费
的目的，本实用新型空调计费器在CPU模块的集中管理下，通过BUS总线通讯 /电源模块接收上位机的命令和向上位机返回相关数据或命令，CPU模块在接到 上位机开始计费指令后，通过风机盘管档位识别模块检测并计量风机盘管的有 效果运行时间，按每10分钟一次存贮在监时存贮器电路模块中，并能够在接到
上位机控制(开关阀)指令后，由控制模块实现开关阀控制功能。
参见图2 图9，为本实用新型计费器电路原理示意图。图2、图5分别为 主、从CPU及监时存储模块连接示意图，主CPU采用ATMEL公司的AT89S52 双列直插式可擦写CPU芯片，通过软件对功能脚的定义，实现各模块功能。(主 CPU还可选用PIC16系列、PHILIPS89系列、MSP系列芯片)。主CPU的第1 脚连接监时存贮模块X5045的第5脚；第3脚连接监时存贮模块X5045的第2 脚；第4脚接监时存贮模块X5045的第6脚；第5脚接监时存贮模块X5045的 第l脚；第9脚接监时存贮模块X5045的第7脚；主CPU的第16脚接温度传 感器DS18B20的数据输出端；主CPU的第18、 19脚分别连接晶振CZ1的XI 端、X2端；主CPU的第20脚接电源模块的GND端；第40脚接电源模块的 VCC端；图中C8是退耦电容，PR2是上拉排阻。
主监时存贮模块X5045的第3脚接+5V电源，使X5045 —直处于可存贮数 据状态，X5045的第4脚接地，X5045的第8脚接+5V电源正，向X5045电源 和低电压检测。主监时存贮模块具有低电压保护功能，8脚检测到输入电压低于
设定保护电压时，通过第7脚向主CPU输出一个高电平，强制主CPU停止工作； 监时功能当X5045第1脚超过设定时间没有接收到低电平信号，立即通过第
7脚向主CPU输出一个高电平，强制主CPU重新启动；数据读写存贮数据时， l脚置低电平，3脚置高电平，5、 6脚同步写入数据；读取数据时，l脚置低电 平，2、 5读出数据；其中C6是退耦电容，Rl是上拉电阻。
从CPU采用ATMEL公司的AT89S52双列直插式可擦写CPU芯片，通过 软件对功能脚的定义，实现各模块功能。从CPU的第18、 19脚连接晶振CZ3; 第20脚接电源模块的GND端；第40脚接电源模块的VCC端；图中C22是退 耦电容，PR3是上拉电阻。从监时存储模块AT24C04的1、 2、 3、 4脚接+5V电 源地；AT24C04的5脚与从CPU的第14脚ATDATA相连(数据I/O)， AT24C04 的6脚与从CPU的第15脚ATSCL相联(时钟)，AT24C04的7脚接+5V电源 地，使24C04 —直处于可存贮数据状态，AT24C04的8脚接+5V电源正，C25 是退耦电容，R36， R37是上拉电阻。
主CPU的第2脚连接从CPU的第11脚；主CPU的第8脚连接从CPU的 的第10脚；主CPU的第38脚连接从CPU的9脚，控制从CPU的复位；主 CPU的第39脚连接从CPU的17脚，实现定时监测。
图3为基于BUS总线的多路中央空调计费器电源模块，由三端稳压集成电 路7805组成，二极管D6防止输入电源接反损坏产品，CIO、 C3分别是输入、 输出侧低频滤波稳压电容，消除电源干扰。C4是高频滤波电容。
图4为主显示板通讯模块通过光耦521和CPU普通I/O 口实现模拟通讯， R12是上拉电阻；RIO、 Rll是限流电阻；主显示通讯模块的DOUT端
(T2COM—R/TXD2端)连接主CPU的37脚，主显示通讯模块的DINT端接主 CPU的13脚，实现电源正、电源地和通讯线三线通讯。发送时，主CPU输出 高/低电平编码触发U6通漸，在COMM端同步输出高低电平编码，实现数据 发送；接收时，主CPU输出高电平，COMM端的高/低电平编码触发U7通断， 同步在DINT端输出高/低电平编码供主CPU检测，实现数据接收。显示器接口
(Jl): 1、 COMM接显示器的通讯端(COMM); 2、 +12V接显示器的电源
(+12V); 3、 GND接显示器的地(GND)。
图6为分户总阀门控制输出和检测模块
A、 阀门输出采用继电器为主控器件，通过光隔521实现控制信号隔离， 电阻R17、 R16为限流电阻，电阻R19为上拉电阻，R18为下拉电阻，电容C14 为滤波电容，电容C13为了稳定阀门控制信号，延时控制动作，三极管9013为 继电器驱动放大电路，D10为继电器反电动势消除二极管，D9， Dll为系统电 压保护二极管，光耦521实现驱动信号隔离，保护阀门控制驱动脚。
分户总阀门控制模块的阀门控制CONT1接主CPU的第6脚，市电火线 AC220L接阀控制插头J5的第2脚，阔门常闭输出OUT接阀控制插头J5的3 脚，阀门常开输出OUT2接阀控制插头J5的第4脚，控制阀门输出接口 (J5): 1、 220N接市电零线，2、 220L接市电火线，3、 OUT1阀门输出，4、 OUT2阀 门输出2 (用于特殊的电动阀)，当主CPU的C0NT1脚置低时，光耦521不导 通，三极管9013基极被拉低，无驱动电流，继电器断开阀门常开输出OUT2导 通；当主CPU的C0NT1脚置高时，光耦521导通，三极管9013基极被拉高输 出驱动电流，继电器闭全阀门常闭输出OUT导通。
B、 阀门检测采用光耦521实现强弱电隔离，R9为功率限流电阻，R13为 上拉电阻，D7为半波整流二极管，D8为逆向保护二极管，C13为滤波电容(起 稳定电压延时作用)。阀门输出OUT、和市电零线AC220N对应插头J5的3、 1 脚，阀门检测CHECK1接主CPU的第7脚。当OUT有电压输出时光耦U9导 通，CHECK1为低(阀开状态)，当0UT无电压输出是光耦U4不导通，CHECK1 为高(阀开状态)。
图7为风机盘管风机档位和风机阀门检测模块，本实施例采用一主、 一从 两个CPU，共有9个风机检测单元；所有风机检测单元电路原理一致，阀门检 测和各个档位检测连接相应的CPU管脚，每个检测单元与外部有5个接口 ，线 路板上定义如下"220NOx"接风机X的零线；"220LOx"接风机X的阀门输出
线；"HOX"接风机X的高档输出线；"MOX"接风机X的中档输出线；"LOx"
接风机X的低档输出线。
A、阀检测采用光耦521实现强弱电隔离，R43、 R44为功率分压电阻， R48为上接电阻，D51为半波整流二极管，D52为逆向保护二极管，C51为滤波
电容。风机阀门输出220LOx、风机市电零线220NOx对应插头的2、 1脚，当 220LOx有电压输出时光耦导通，风机阀门检测Fx为低(阀开状态)，当220LO x无电压输出是光耦不导通，Fx检测为高(阀开状态)，
B、档位检测采用光耦521实现强弱电隔离，R45、 R46、 R47为功率限 流电阻，R49、 R50、 R51为上拉电阻，D53、 D55、 D57为半波整流二极管，D54、 D56、 D58为逆向保护二极管，C53、 C54， C55为滤波电容(起稳定电压延时 作用)。通过比较电路检测风机盘管X高、中、低档输入电压，与标准输入电 压220LOx进行比较，相等的档位光耦不导通，主CPU检测脚为1 (高电平)， 另外两个档位导通，主CPU检测脚为O (低电平)，即电压相等的档位为运行档 位。当220LOx没有输入时为空档。各个风机检测单元连接1、 220NX接风 机X的零线；2、 FX接风机X的阀输出线；3、 HX接风机X的高档输出线；4、 M X接风机X的中档输出线；5、 LX接风机X的低档输出线，其中X表示第 X个风机单元。即可以通过程序设定主CPU和从CPU的结余I/O接口每四个一 组，分别连接每一个风机盘管的LX端、MX端、HX端、FX端。
参见图8，基于BUS总线的多路中央空调计费器的上行通讯功能是以通讯 芯片CMT001为核心组成的BUS通讯电源模块来实现的，上行通讯由主CPU 负担,BUS总线通讯电源模块通过前置电桥B实现外部线路无极性联接。CMT001 的接收RX/发送TX数据脚(6、 5脚)分别直接与主CPU的第10、 ll脚相联， 也可设计成电气隔离的模式来提高系统抗干扰性(接收RX/发送TX数据脚(6、 5脚)分别与隔离模块的RXD1、 TXD1联接，隔离模块的RXD2、 TXD2与主 CPU的第IO、 ll脚相联)。安装时计费器的电源与通讯接口 (J2): DC24V+、 DC24V-分别连接本区区域管理器的总线通讯/电源接口，利用BUS总线技术由 两根普通电线同时实现计费器供电和通讯。
图9为运行指示模块，R6， R7， R31， R32是限流电阻，LED控制端低电 平有效，主CPU运行正常时LED2闪烁，从CPU运行正常时LED5闪烁，上行 通讯(接收)正常时LED1翻转一次，主从CPU通讯时LED4闪烁。指示模块 的CPU_RUN端连接CPU的第14脚接；指示模块的LED—COM端连接主CPU 的第15脚；指示模块的CPU—RUN2端连接从CPU的第13脚；指示模块的 LED—COM2端连接从CPU的第16脚。
权利要求1、一种基于BUS总线的多路中央空调计费器，含有处理器模块，电源模块，输入端连接不同的风机盘管的一定数量的风机档位和风机阀门检测模块，处理器模块含有交互通讯连接的主CPU和一定数量的从CPU，主、从CPU的相应控制接口或I/O接口分别与各自的监时存贮模块的控制接口、数据接口及读写同步时钟接口连接，连接多路风机盘管的风机档位和风机阀门检测模块的高、中、低档风机和阀门状态输出信号分别接入处理器模块主、从CPU的相应I/O接口，其特征是同处理器模块的主CPU连接有BUS总线通讯电源模块，BUS总线通讯电源模块的串行通讯接口对应连接主CPU的串行通讯接口，BUS总线通讯电源模块的总线数据接口通过前置电桥与外部总线无极性连接，计费器通过总线通讯电源模块实现由两根普通导线同时完成供电和通讯。
5、 根据权利要求1 4任一项所述的基于BUS总线的多路中央空调计费器， 其特征是处理器模块的主、从CPU采用ATMEL公司的AT89S52双列直插式可 擦写CPU芯片，或者选用PIC16系列、PHILIPS89系列、MSP系列芯片中的任意 一种；BUS总线通讯电源模块釆用集成电路芯片CMT001或TSS721， BUS总线通 讯电源模块与处理器模块CPU通讯接口的连接采用隔离模块连接。
6、 根据权利要求1 4任一项所述的基于BUS总线的多路中央空调计费器， 其特征是主CPU和从CPU以串行通讯的方式连接，由主、从CPU程序设定相应i/o接口分别与各个风机盘管连接的风机档位和阀门检测模块的高、中、低档和阀门状态信号输出接口连接，实现1 N个中央空调风机盘管的计费功能， 其中N为自然数；同主处理器和从处理器连接有运行指示模块。
专利摘要本实用新型涉及一种基于BUS总线的多路中央空调计费器。所述计费器含有处理器模块，电源模块，风机盘管档位和风机阀门检测模块，处理器模块含有交互通讯连接的主CPU和一定数量的从CPU，连接多个风机盘管的风机档位和风机阀门检测模块的输出信号分别接入处理器模块主、从CPU的相应I/O接口，主CPU连接BUS总线通讯电源模块，计费器通过总线通讯电源模块实现由两根普通导线同时完成供电和通讯，且无极性连接。本实用新型计费器通过主CPU对多个从CPU以串行通讯的方式扩容计费检测端口，实现多路风机盘管计费监测功能，大大改进了RS485总线的供电和通讯由两对电线进行极性连接的限制。实现了中央空调有效果计费，简化了安装工艺和布线成本。
文档编号G06F13/38GK201007654SQ20062013518
公开日2008年1月16日 申请日期2006年12月25日 优先权日2006年12月25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