专利名称：智能化空调控制仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于暖通空调自动控制的智能化空调控制仪。
空调应用范围越来越广，而且在很多生产过程中对空调的各项指标如空气的温湿度提出了越来越高的要求，为此，空调手工操作及一般的自控已难于满足需要，因此，国内外正在不断研究空调自控的新技术，现有的可以分以下几大类1、常规控制仪表即用单回路控制器，对空调的温湿度自控通常需要配备2套以上的控制器，并对不同要求的现场执行机构多少，需增加控制器或转换器，这些仪表组成的空调自控系统结构复杂，故障多，又无运算功能，不能对室外气象数据准确的分析难以达到合理使用调节手段达到优化控制。
2、个人微型计算机空调控制，这是近年来许多大专院校推向社会的新产品，采用微型计算机配上输入输出接口对空调进行直接控制，通常采用BASIC语言，可达到高精度的优化控制，有成功的例子但难以推广，主要缺点是投资费用大对操作和维护人员的要求高，安装调试操作均需要有专业人员，一般工矿企业难以承受。
3、单片机空调控制，从制冷技术杂志已有采用单片机空调控制器的介绍，但只是一、两个回路的间单向空调控制器，适用范围小，不能适应大型空调的多路输出和多区域空调出现的控制。
本发明的目的是克服现有技术的不足，而在使用过常规仪表和个人微型计算机空调控制的基础上集仪表和微型计算机空调控制各自具有特长，开发了由单片微机组成的高性能智能化空调控制仪，能适应各种复杂的空调系统，达到高精度和节能型的空调自动控制，并能如常规仪表一样方便的安装和使用的控制仪。
本发明的技术方案采用以微处理机为核心配置多路模拟量输入模板、模拟量输出模板、开关量输出模板、打印控制模板，以及LED数码显示器、键盘，各检测传感器的实测信号值输入到模拟量输入模板电路，经A/D变换后与设定在RAM中的压力、温度、相对湿度参数一起在CPU中进行PID计算，其计算输出值再经D/A变换后的信号去控制新风、回风阀、加热、加湿、冷冻水、蒸发器阀门及风机转速等各种执行机构，或经CPU的PID计算输出信号经隔离放大后直接由开关量控制新风、回风阀、加热、加湿、冷冻水、蒸发器阀门等各种执行机构达到空调优化控制。
本发明实施例结合附图作进一步描述。
图1为整机硬件框图;
图2为主机线路原理图;
图3为模拟量输入电路图;
图4为模拟量输出电路图;
图5为开关量输出电路图;
图6为显示键盘电路。
智能化空调仪可根据用户空调系统特点，选用不同的功能模板实现系统配置，组态灵活，整机硬件框图如图1所示，智能化空调仪是以MCS-51微处理机为核心，配置有多路模拟量输入、输出、开关量等模板，模拟输入最多为16路，模拟量输出最多为8路，开关量输出最多为16路，打印控制模板与16针微型打印机连接，另还配有键盘及LED显示器。
主机由单片微处理机8031，外部读写存储器RAM，外部只读存储器EPROM，地址译码以及相应控制电路组成，如图2所示，8031微处理机的P0口分时输出地址和数据信息。当8031的ALE信号负跳边出现时，地址信息被74LS373锁存，作为低位地址A0～A7与8031P2口的高位地址A8～A15拼接后形成64KB寻址能力，P0口又作为双向数据通道供外部RAM(6116)，外部EPROM(2764)模拟量输入接口，打印机接口使用，其经74LS244驱动后还作为单向数据通道供开关量输出接口，模拟量输出接口和LED显示器使用。外部EPROM存储器选用2764芯片，13位地址译码A0～A12，总容量为8KB，读片信号由8031的PSEN提供，选址范围0000～1FFH。外部RAM存储器选用6116芯片，11位地址译码A0～A10，总容量为2KB，选片信号由译码电路提供，选址范围0000～07FFH，读写过程由8031的等信号WR和读信号RD控制。译码电路选用二片74LS138，其中一片加入了WR写信号，使得译码输出能直接作为显示电路的选片信号，另一片74LS138的译码输出作为模拟量输入、输出，开关量输出，微型打印机的选片信号。
模拟量输入电路由输入信号变换，滤波电路，时钟电路、高精度稳定电源以及2片ADC0809A/D变换器组成，电路如图3所示，由温度变送器来的0～10mADC或4～20mADC电流信号经保护二级管D后流过电阻R转换成0～5V、D、C或1～5V、D、C电压信号，该信号被电容C滤波后送入A/D变换器相应输入通道，二片ADC0809A/D变换器的选片信号S，由地址译码电路提供，ADC0809-1的选通范围为3000-3007H，片内输入通道由三位地址选择线(A0～A2)分别选通，A/D变换器的选片信号S与8031的写信号WR进行“或非”运算后得到CS，作为A/D变换器ALE和START的控制信号，当CS为正跳边时，锁存地址选择线，从而选通相应通道，负跳边时开始A/D变换，变换结果后经S与8031的读信号WR进行“或非”运算，在A/D变换器的OE端产生一个高电平，OE端出现高电平后，A/D变换器将输出数据到数据部线上供CPU读入。
模拟量输出电路由A/D变换器和电压一电流变换器组成，电路如图4所示，微处理机输出数据时，首先以地址译码信号选中相应D/A通道，然后将数据送到数据总线上，待微处理机的写信号WR为低电平时，数据装入D/A变换器的输入寄存器，并且变换为模拟量输出，最后0～5V、D、C或1～5V、D、C模拟量电压信号经过电压一电流变换器转换成0～1mA、D、C或4～20mA、D、C的电信号作为控制负载的信号。
开关量输出电路由控制数据锁存器、驱动器以及固态电子开关组成，电路如图5所示，地址译码信号S，微处理机写信号WR，两者相“或”后得到CS信号作为锁存器74LS273的选片信号，需要打开或关闭某一开关量通道时，CS电平由高变低，当控制数据稳定在数据总线上时，CS电平由低变返高，则上升沿将控制数据装入锁存器并经驱动后控制固态电子开关的通断。
显示键盘电路由字形锁存驱动电路，7位LED显示电路，2×8键盘电路组成，电路如图6所示，显示采用静态显示方式，7位显示，No.1为序号位，No.2～4为温度显示位，No.5～7为湿度显示位，键盘采用定时扫描方式，D0～D7为微处理机扫描输出口，P3.2、P3.3为口扫描输入口。打印机作为主机的外部设备，它不仅可打印全部ASCⅡ码，还可以打印128个汉字，并且只要改变其汉字库内容，还可以打印其它汉字，通过多种控制命令可打印点陈、图案、曲线等。
本发明已在上海石油化工总厂维纶厂试用，应用实例一，它配置5路模拟量输入，分别输入，新风温度、相对湿度、机台温度、相对湿度以及机台风压，4路开关量输出分别控制两台冷冻机的开、关，一台风机的升速、降速，2路模拟量输出控制加温系统和加热系统的阀位，通过微机系统对输入参数与设定值进行运算处理，进行全方位的优化控制。其操作步骤如下首先编制时钟，具有记忆、显示年、月、日、时、分、秒，然后在RAM中设置给定的温度、湿度、压力控制参数，各系统PID参数，报警范围参数，将输入的温度和相对湿度进行气象处理即计算出新风的焓值，此焓值和原给定的焓值比较确定冷冻机的开停状态，将新风的温度、湿度和压力的实际值通过各参数的PID运算，得到加热、加湿阀位调节量和风机转速的升降范围值，以达到所要求各给定的控制。实例之二，它配置8路模拟输入，分别输入新风的温度及相对湿度，车间的温度及相对湿度，送风的温度及相对湿度、回风的温度及相对湿度。7路模拟量输出分别控制加热阀、加湿阀、冷冻水阀，2台新风阀及2台回风阀，通过微机系统计算进行全自动工况转换，若新风焓值的20%+回风焓值的80%＜给定送风焓值，则新风阀关，回风阀全开，加热阀控制温度，另湿阀控制相对湿度，若新风焓值的20%+回风焓值80%＞给定送风焓值，此时，新风焓值＜给定送风焓值，则风阀控制相对湿度调节，另热阀控制温度调节，若送风焓值＜新风焓值＜回风焓值，则冷冻水阀控制相对湿度，风阀控制温度;若新风焓值＞回风焓值，则冷冻水阀控制相对湿度，加热阀控制温度，新风阀全关，回风阀全开。另外，在软件中还设置了定时扫描键盘操作及超限报警，当接到受到手操要求，将显示各执行机构的阀门和开关状态，供修改和操作，操作结束，显示状态的温度、湿度，当接受其他参数修改指令，同样能满足修改要求，软件能识别错误的修正，并提供参考参数供操作人员确认或再进行修改，在人机键盘操作的中途，两分钟内无人操作，主机将按自身选用的合理参数回到自控运行中，遇到无人在场的停电事故中，一旦复电，主机按起始输入的各参数进行自动控制，本控制仪经一年的全气候试运行，情况良好，无一次故障，控制精度为温度±0.6℃，相对湿度±3%，只要对硬件模拟进行组合及软件稍作修改能适用各类型的空调的自动控制。
权利要求
1.一种以微处理机为核心的智能化空调控制仪，其特征在于a、以微处理机为核心配置有多路模拟量输入，模拟量输出、开关量输出、打印控制模板、微型打印机、LED数码显示器及键盘；b、各检测传感器的实测信号值输入到模拟量输入模板电路，经A/D变换后与设定在RAN中的压力、温度、相对湿度参数一起在CPU中进行PID计算，其计算输出值再经D/A变换后的信号去控制新风、回风阀、加热、加湿、冷冻水、蒸发器阀门及风机转速，或经CPU的PID计算输出信号经隔离放大器直接由开关量控制新风、回风阀、加热、加湿、冷冻水、蒸发器阀门；c、通过温度、相对湿度采样输入、计算出焓值划分空调工况，按照不同工况控制各个阀门，达到温、湿度参数的控制。
2.根据权利要求1所述的智能化空调控制仪，其特征在于，主机由单片微处理机8031，外部读写存储器RAM、外部只读存储器EPROM、译码、驱动以及相应的控制电路连接而成。
3.根据权利要求1所述的智能化空调控制仪，其特征在于，模拟量输入电路由输入信号变换电路、滤波电路、时钟电路、稳定电源及A/D变换器组成。
4.根据权利要求1所述的智能化空调控制仪，其特征在于，模拟量输出电路由D/A变换器和电压一电流变换器连接而成。
5.根据权利要求1所述的智能化空调控制仪，其特征在于，开关量输出电路由控制数据锁存器、驱动器以及固态电子开关组成。
6.根据权利要求1所述的智能化空调控制仪，其特征在于，显示键盘电路由字形锁存驱动电路，七位LED显示电路，2×8键盘电路组成。
全文摘要
本发明涉及一种智能化空调控制仪，特征在于，它以微处理机为核心配置有多路模拟量输入，输出、开关量输出等模板以及打印机。数码显示器、键盘；根据温度、压力、相对湿度参数设定与实测之偏差进行PID运算来控制新风、回风、加热、加湿等阀门及风机转速；根据相对湿度、温度采样输入计算出的焓值划分空调工况，按照不同工况进行控制。本发明经一年试运行，情况良好，温控精度为±0.6℃，相对湿度控制精度为±3％，会适应于各类型的空调控制。
文档编号F24F11/02GK1073512SQ9110755
公开日1993年6月23日 申请日期1991年12月13日 优先权日1991年12月13日
发明者李国平, 朱祖伟, 陶明华 申请人:上海石化总厂维纶厂职工技术协会