專利名稱：一種中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器。
背景技術(shù)：
中央空調(diào)末端溫控器是整個(gè)樓宇空調(diào)系統(tǒng)房間環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般分為控風(fēng)、控水或既控風(fēng)又控水。不管采用何種控制模式，其最終目的是要將房間環(huán)境溫度恒定在設(shè)定溫度，以達(dá)到舒適和節(jié)能的效果。控制器結(jié)構(gòu)一般由溫度傳感器、LCD顯示屏、參數(shù)設(shè)定按鍵、繼電器等組成，是一個(gè)整體的現(xiàn)場控制器。隨著信息融合和節(jié)能減排的需求，溫控器廠商開始關(guān)注控制器的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)， 采用的通訊網(wǎng)絡(luò)主要有RS485、CAN、Ethernet等，其中底層通訊以成本較低的RS485為主， 使溫控器呈現(xiàn)一定的網(wǎng)絡(luò)智能化，從而很容易集成到中央空調(diào)集中監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的物聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)前市場上的主流溫控器主要為一體式設(shè)計(jì)，即用一個(gè)整體部分實(shí)現(xiàn)溫度檢測、 風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)速控制及水閥的開關(guān)控制以及高端應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通訊等。其溫控器結(jié)構(gòu)如圖1 所示，從結(jié)構(gòu)上一般可分為兩部分前板和后板，前板主要包括LCD顯示屏、按鍵和主控電路等；后板包括模擬電源、繼電器、接線端子等。兩部分通過多芯排線在溫控器塑料殼內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接，從圖1可以看出，以上類型溫控器的結(jié)構(gòu)為整體型，將前、后板通過內(nèi)部排線連接后嵌入塑料模具內(nèi)部并最終整體安置于墻體的標(biāo)準(zhǔn)接線盒內(nèi)。風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)速及水閥的控制，需要將對應(yīng)的接線通過墻體中的線管穿線連接到后板的接線端子上。如果在工程項(xiàng)目初建時(shí)，同時(shí)布AC電源、控制線和通信線2根線管，選擇上述整體結(jié)構(gòu)的溫控器無可厚非，但對原有安裝的三速開關(guān)或簡易溫控器的改造聯(lián)網(wǎng)工程時(shí)，因?yàn)闆]有通訊線管(用于大系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng))，甲方又不允許改造土建——重新布管，問題便出現(xiàn)了。傳統(tǒng)的一體式溫控器接線在溫控器后板的接線端子上，原有墻體內(nèi)線槽一般是一根4’ Kbg線管，要想實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制有兩個(gè)問題無法實(shí)現(xiàn)1)5 6根AC電源、控制線和2根通信屏蔽線無法同時(shí)穿過4’ Kbg線管；2)若降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使用細(xì)線徑，從通信質(zhì)量和系統(tǒng)安全角度考慮是不允許的，單從系統(tǒng)安全角度考慮，一旦通信線有破皮與AC線搭接，整個(gè)中央空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將會全部癱瘓，后果不堪設(shè)想。另外一體式溫控器強(qiáng)電控制及電源(AC220V)全部集中在溫控器內(nèi)部，也易造成一定的安全隱患。除以上結(jié)構(gòu)外，部分大型戶式空調(diào)如美國約克、麥克維爾、特靈及國內(nèi)海爾、海信等末端溫控器一定程度上也采用分體式設(shè)計(jì)，但其結(jié)構(gòu)是采用兩套MCU控制系統(tǒng)，即前、后板各有一塊MCU進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)及控制，通信協(xié)議一般采用fC、SPI等串行方式，線管布線一般為4根(VCC、GND、通訊線A/B，前板無單獨(dú)電源)或2根(通訊線A/B，前板有單獨(dú)電源)。 后板(執(zhí)行驅(qū)動機(jī)構(gòu))通過RS485或CAN總線等方式與中央空調(diào)主機(jī)聯(lián)絡(luò)；以上所述的分體式設(shè)計(jì)具有以下特征
1)前板和后板連線<4根，各含一片MCU，各自可以獨(dú)立工作；
2)前板和后板通過I2C、SPI等簡易串行方式，完成整體工作。
但以上戶式空調(diào)聯(lián)網(wǎng)使用時(shí)有兩點(diǎn)不足之處
1)中央空調(diào)主機(jī)只能與后板(執(zhí)行驅(qū)動機(jī)構(gòu))通信，不能使整個(gè)樓宇多臺中央空調(diào)主機(jī)與全部風(fēng)機(jī)盤管和末端溫控器構(gòu)成大聯(lián)網(wǎng)；
2)這種溫控器采用雙MCU，名義上為分體設(shè)計(jì)，但成本較高，不易推廣。因此，上述分體式溫控器更準(zhǔn)確的定義是分體式溫控器系統(tǒng)，并非單MCU傳統(tǒng)整體溫控器的一分為二，且不能構(gòu)成整個(gè)樓宇的大聯(lián)網(wǎng)。通過專利檢索，發(fā)現(xiàn)另一種市場上未大規(guī)模使用的采用分體式思想設(shè)計(jì)的溫控器 (專利號CN2009201717^.6)。在該專利說明書中，該產(chǎn)品將傳統(tǒng)的一體式溫控器分為面板、驅(qū)動板兩部分，面板包括液晶屏、底板、按鍵，驅(qū)動板包括變壓器、繼電器、接線端子等， 兩部分通過帶有插頭的連接線連接。同時(shí)該說明書強(qiáng)調(diào)驅(qū)動板通過“不分極性”的兩根線向前板提供工作低壓，同時(shí)傳輸面板對驅(qū)動板的控制信號。說明書中只是功能性地闡述了部分外部物理結(jié)構(gòu)，并且通過分析可知1)假如本專利實(shí)現(xiàn)不分極性，則需設(shè)計(jì)極性自動檢測及翻轉(zhuǎn)電路；2)假如需要實(shí)現(xiàn)控制信號傳輸，則又分為以下兩種情況如果采用有線必須將控制信號進(jìn)行調(diào)制，然后疊加到兩根電源線上，并在驅(qū)動板測進(jìn)行控制信號的解調(diào)、處理；如果采用無線可采用簡易的無線遙控電路等，但無線信號要穿墻等，效果受到影響。 所以，接線上的簡易性必然造成原有電路處理上的復(fù)雜性。通過其專利說明書，無法看出其具體的實(shí)現(xiàn)，對本設(shè)計(jì)無參考價(jià)值。同時(shí)，通過專利說明書中的介紹，得知其不含網(wǎng)絡(luò)通訊功能，不能實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的大連網(wǎng)，且成本較高，實(shí)用價(jià)值有限。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)溫控器在新建工程和老工程改造方面的不足，本發(fā)明提供一種中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采樣如下方案
一種中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，它包括控制板和電源板，所述控制板和電源板分離；所述控制板包括微控制器，微控制器分別與溫度測量模塊，顯示模塊和參數(shù)設(shè)定面板連接，所述微控制器還與電源板上的繼電器控制模塊連接，電源板上的電源模塊為繼電器控制模塊和控制板供電。所述控制板安放于墻體的任何標(biāo)準(zhǔn)接線盒內(nèi)，主要功能包括溫度測量、參數(shù)設(shè)定、 液晶顯示和聯(lián)網(wǎng)通訊等。所述電源板安放于吊頂風(fēng)機(jī)盤管附近，為控制板提供工作電壓，并根據(jù)控制板發(fā)出的指令，驅(qū)動風(fēng)速繼電器和或水閥的開閉。所述控制板和電源板上均設(shè)有RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座，兩個(gè)RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座通過網(wǎng)線連接。所述電源板上還設(shè)有RS485通訊模塊。本發(fā)明對中央空調(diào)網(wǎng)絡(luò)智能溫控器采用了單MCU分體式設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)中采用強(qiáng)電、弱電分離技術(shù)，使得強(qiáng)電僅存在于后板(執(zhí)行驅(qū)動機(jī)構(gòu))，用戶接觸的部分只有前面板的安全低壓(DC 5V)，從而大大提升了安全性。通信線與DC 5V弱電同在一根直徑約5. 5mm的網(wǎng)線(一般采用超五類非屏蔽類)中，徹底杜絕了傳統(tǒng)布線時(shí)因強(qiáng)電對弱電電磁干擾而引起的通信不暢現(xiàn)象，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。如果應(yīng)用于新建工程，5. 5mm的網(wǎng)線也可優(yōu)化建筑空間，節(jié)省2管布線的額外開支。同時(shí)，本設(shè)計(jì)方法僅采用一塊控制芯片(MCU)，實(shí)現(xiàn)了前、后板的無縫鏈接和真正意義上的分體式中央空調(diào)網(wǎng)絡(luò)智能溫控器。擴(kuò)展的RS485 接口增強(qiáng)了聯(lián)網(wǎng)功能，使溫控器和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性及通信性能得到優(yōu)化，而成本將至最低、設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。有益效果本發(fā)明采用前板、后板單MCU網(wǎng)絡(luò)型分體式設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)情況下一根布線管不易將溫控器融入中央空調(diào)集中(遠(yuǎn)程)監(jiān)控系統(tǒng)的弊病、降低了溫控器的土建依賴性；采用分體方式設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，能最大限度的利用現(xiàn)有的土建結(jié)構(gòu)，避免了大規(guī)模的工程改造；通過一根網(wǎng)線及標(biāo)準(zhǔn)化的RJ45接口，將傳統(tǒng)溫控器一分為二，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電分離，避免了通信中可能潛在的電磁干擾問題；由于采用分體式使得強(qiáng)、弱電分離，用戶端為安全的DC 5V電壓，保證使用安全。用于網(wǎng)絡(luò)集成的RS485接口被引至固定于風(fēng)機(jī)附近的后板上，避免了傳統(tǒng)溫控器在需要系統(tǒng)大聯(lián)網(wǎng)時(shí)必須將通信線從墻體穿過引至接線盒中端子排的困難，減輕了原有線管的承載壓力。通過便捷的RS485接口，配套專用的RS485 集線器(用于擴(kuò)充子站)以及中間站(RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng))很容易將系統(tǒng)擴(kuò)展到成千上萬個(gè)點(diǎn)， 構(gòu)建大型中央空調(diào)網(wǎng)絡(luò)。該產(chǎn)品的應(yīng)用將徹底解決廣大用戶多年來想實(shí)施中央空調(diào)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行節(jié)能，又不能破壞墻體的煩惱，保護(hù)了原有的土建結(jié)構(gòu)，節(jié)省了不必要的開支。采用該分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，可輕松構(gòu)成中央空調(diào)集中(遠(yuǎn)程)監(jiān)控系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)具有新建工程節(jié)省費(fèi)用、原有老工程不需改造土建、節(jié)能效果顯著、效益回收快等優(yōu)勢， 因此將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖1為一體式溫控器前板與后板通過在模具內(nèi)排線連接示意圖2為本發(fā)明的分體式溫控器前板通過網(wǎng)線與遠(yuǎn)距離的后板連接示意圖3為分體式溫控器原理框圖4為本發(fā)明前、后板連接線序圖5為本發(fā)明的前板電路圖6為本發(fā)明的后板電路圖7為本發(fā)明溫度檢測模塊原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
一種中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，如圖3所示，它包括控制板和電源板，所述控制板和電源板分離；所述控制板包括微控制器，微控制器分別與溫度測量模塊，顯示模塊和參數(shù)設(shè)定面板連接，所述微控制器還與電源板上的繼電器控制模塊連接，電源板上的電源模塊為繼電器控制模塊和控制板供電。所述控制板安放于墻體的任何標(biāo)準(zhǔn)接線盒內(nèi)，主要功能包括溫度測量、參數(shù)設(shè)定、 液晶顯示和聯(lián)網(wǎng)通訊等。所述電源板安放于吊頂風(fēng)機(jī)盤管附近，為控制板提供工作電壓，并根據(jù)控制板發(fā)出的指令，驅(qū)動風(fēng)速繼電器和或水閥的開閉。所述控制板和電源板上均設(shè)有RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座，兩個(gè)RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座通過網(wǎng)線連接。所述電源板上還設(shè)有RS485通訊模塊。如圖2所示為本發(fā)明的前板(左)通過網(wǎng)線與遠(yuǎn)距離的后板(右)連接示意圖，通過一根長度可變的網(wǎng)線連接。在前、后板有標(biāo)準(zhǔn)的RJ45插座，網(wǎng)線的長度取決于工程實(shí)際情況，一般長度為2 5米。網(wǎng)線線序由前、后板端子功能對應(yīng)及信號傳輸最小干擾兩條原則設(shè)定，具體線序如圖4。前板耵45接口線序?yàn)?冊、￥0、!1、]\^、￥&1乂6、485B、485A，各自功能如下 DGND 后板向前板提供的電源地；
2)VCC 后板向前板提供的DC 5V電源；
3)H前板向后板提供高速控制信號；
4)M前板向后板提供中速控制信號；
5)L前板向后板提供低速控制信號；
6)Valve前板向后板提供水閥控制信號；
7)485B前板向后板提供RS485通訊B端信號；
8)485A 前板向后板提供RS485通訊A端信號；
后板 RJ45 接口線序?yàn)镚ND、VCC、H、M、L、Valve、485B、485A，各自功能如下
1)GND向前板提供電源地；
2)VCC 向前板提供DC 5V電源；
3)H前板向后板提供高速控制信號；
4)M前板向后板提供中速控制信號；
5)L前板向后板提供低速控制信號；
6)Valve前板向后板提供水閥控制信號；
7)485B前板向后板提供RS485通訊B端信號；
8)485A 前板向后板提供RS485通訊A端信號；
前板的高、中、低三個(gè)風(fēng)速及水閥控制信號通過前、后板的RJ45接口由網(wǎng)線傳輸?shù)胶蟀?，?qū)動后板繼電器控制器電路，通過一根網(wǎng)線及對應(yīng)的接口，便實(shí)現(xiàn)了溫控器的分體式設(shè)計(jì)，使得工程布線變得方便和工程改造中出現(xiàn)的諸多不便。由于連接方式采用常用的網(wǎng)線， 只要采用本設(shè)計(jì)規(guī)定的線序，便可方便實(shí)現(xiàn)連接線的替換、加長的更改。分體式溫控器原理圖如圖3所示，前板(即控制板)主控芯片主要功能包括溫度測量、參數(shù)設(shè)定、液晶顯示、RS485通訊等；后板(即電源板)為系統(tǒng)提供工作電壓，同時(shí)根據(jù)前面板給出的控制電平，驅(qū)動風(fēng)速繼電器和水閥的開閉。前板的電路原理如圖5所示，其中主要包括
a)按鍵識別A1-A6，實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)、溫度、模式、通信地址和波特率設(shè)定等；
b)液晶驅(qū)動顯示采用中央空調(diào)專用段式液晶，實(shí)時(shí)顯示使用狀態(tài)；
c)溫度檢測通過電阻、電容充放電的方法，借助精度為1%的熱敏電阻，測量精度不高于士 1°C ；
d)網(wǎng)絡(luò)通訊采用RS485作為底層通訊網(wǎng)絡(luò)，芯片采用MAX485；
e)外擴(kuò)借口采用RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座，通過網(wǎng)線與后面板連接，實(shí)現(xiàn)繼電器開關(guān)控制。后板的電路原理圖如圖6所示其中主要包括
a)電源轉(zhuǎn)換采用模擬電源，將市電轉(zhuǎn)換為12V、5V兩種DC電壓，分別為后板繼電器、 前板邏輯控制提供工作電源；
b)繼電器控制通過控制繼電器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的高、中、低切換，另保留一路含常開、常閉點(diǎn)的繼電器(K4)，供擴(kuò)展風(fēng)閥(或水閥)使用；
c)外擴(kuò)接口 采用RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座，通過網(wǎng)線與前板連接，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信、繼電器開關(guān)控制。一般的溫度檢測，或采用數(shù)字方案如18B20、或采用模擬方案如熱敏電阻的A/D采樣。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，為了綜合考慮成本，選擇了一款未帶A/D借口的主控芯片STC10F08XE。 STClO系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令系統(tǒng)完全兼容8051，但速度快8-12倍，內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路。溫度測量的實(shí)現(xiàn)通過精密電阻、熱敏電阻、電容組成的充放電電路實(shí)現(xiàn)的，原理如圖7所示，具體實(shí)現(xiàn)如下:Ρ3. 6、Ρ3· 7和Ρ3. 2是單片機(jī)的3個(gè)I/O腳；RK為100Κ的精密電阻；RT為100Κ，精度為的熱敏電阻；Rl為47 Ω的普通電阻；CN為0. 1 μ F的瓷介電容。先將Ρ3. 6、Ρ3. 7、Ρ3. 2設(shè)為0，使CN放電至放完。將Ρ3. 6設(shè)為1，記錄Ρ3. 2從0 到1的轉(zhuǎn)換時(shí)間Tl。再將Ρ3.6、Ρ3. 7、Ρ3. 2設(shè)為0，使CN放電至放完。將Ρ3. 7設(shè)為1，記錄Ρ3. 2從0到1的轉(zhuǎn)換時(shí)間Τ2。根據(jù)公式T1/RK = T2/RT，得RT = T2*RK/T1。RT溫度曲線為非線性，溫度特性曲線由熱敏電阻廠商提供，保證了測量的正確性與連續(xù)性。采用查表方式，獲取最終的溫度值。溫控器最終測得溫度的誤差在士 1°C之內(nèi)，滿足要求。實(shí)際工程應(yīng)用中，前板安放于墻體的標(biāo)準(zhǔn)接線盒內(nèi)，通過網(wǎng)線與后板連接。用戶根據(jù)自身需要，調(diào)節(jié)設(shè)定溫度、風(fēng)機(jī)速度、運(yùn)行模式等；對于管理級用戶，可通過輸入密碼的方式，調(diào)節(jié)系統(tǒng)通訊相關(guān)的參數(shù)，如通訊地址、波特率、補(bǔ)償溫度等。普通用戶禁止訪問上述相關(guān)的參數(shù)，以防影響中央空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。后板安放于吊頂風(fēng)機(jī)盤管附近，通過網(wǎng)線與前板連接。由于繼電器控制部分全部在后板，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)電、弱電分離，將風(fēng)機(jī)三速抽頭及水閥與對應(yīng)繼電器端子連接即可完成風(fēng)速及水閥的控制，將中央空調(diào)網(wǎng)絡(luò)通訊線與RS485的A、B兩端連接便可實(shí)現(xiàn)RS485通訊，方便地實(shí)現(xiàn)溫控器的聯(lián)網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，它包括控制板和電源板，其特征是，所述控制板和電源板分離；所述控制板包括微控制器，微控制器分別與溫度測量模塊，顯示模塊和參數(shù)設(shè)定面板連接，所述微控制器還與電源板上的繼電器控制模塊連接，電源板上的電源模塊為繼電器控制模塊和控制板供電。
2.如權(quán)利要求1所述的中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，其特征是，所述控制板安放于墻體的任何標(biāo)準(zhǔn)接線盒內(nèi)，主要功能包括溫度測量、參數(shù)設(shè)定、液晶顯示和聯(lián)網(wǎng)通訊等。
3.如權(quán)利要求1所述的中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，其特征是，所述電源板安放于吊頂風(fēng)機(jī)盤管附近，為控制板提供工作電壓，并根據(jù)控制板發(fā)出的指令，驅(qū)動風(fēng)速繼電器和或水閥的開閉。
4.如權(quán)利要求1所述的中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，其特征是，所述控制板和電源板上均設(shè)有RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座，兩個(gè)RJ45標(biāo)準(zhǔn)插座通過網(wǎng)線連接。
5.如權(quán)利要求1所述的中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，其特征是，所述電源板上還設(shè)有RS485通訊模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中央空調(diào)分體式網(wǎng)絡(luò)智能溫控器，它包括控制板和電源板連接；所述控制板內(nèi)含溫度測量模塊、液晶顯示模塊和參數(shù)設(shè)定模塊；所述電源板包括電源模塊，繼電器控制模塊和RS485接口電路，電源模塊為繼電器控制模塊和控制板提供電源。本發(fā)明采用單MCU結(jié)構(gòu)，前板、后板分體式設(shè)計(jì)，采用單MCU，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)溫控器一根布線管不易接入中央空調(diào)集中(遠(yuǎn)程)監(jiān)控的弊病，降低了土建依賴性、提升了使用安全性、增強(qiáng)了任何標(biāo)準(zhǔn)接線盒普遍適用性、開拓了系統(tǒng)大聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展性。
文檔編號F24F11/02GK102162670SQ201110117179
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者劉玉建, 張春華 申請人:山東大學(xué)