專利名稱：一種中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器。
背景技術：
中央空調末端溫控器是整個樓宇空調系統(tǒng)房間環(huán)境溫度的調節(jié)執(zhí)行機構，一般分為控風、控水或既控風又控水。不管采用何種控制模式，其最終目的是要將房間環(huán)境溫度恒定在設定溫度，以達到舒適和節(jié)能的效果?？刂破鹘Y構一般由溫度傳感器、LCD顯示屏、參數(shù)設定按鍵、繼電器等組成，是一個整體的現(xiàn)場控制器。隨著信息融合和節(jié)能減排的需求，溫控器廠商開始關注控制器的網(wǎng)絡控制技術， 采用的通訊網(wǎng)絡主要有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)絡智能化，從而很容易集成到中央空調集中監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)空調的物聯(lián)網(wǎng)。當前市場上的主流溫控器主要為一體式設計，即用一個整體部分實現(xiàn)溫度檢測、 風機盤管的風速控制及水閥的開關控制以及高端應用的網(wǎng)絡通訊等。其溫控器結構如圖1 所示，從結構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實現(xiàn)連接，從圖1可以看出，以上類型溫控器的結構為整體型，將前、后板通過內部排線連接后嵌入塑料模具內部并最終整體安置于墻體的標準接線盒內。風機盤管風速及水閥的控制，需要將對應的接線通過墻體中的線管穿線連接到后板的接線端子上。如果在工程項目初建時，同時布AC電源、控制線和通信線2根線管，選擇上述整體結構的溫控器無可厚非，但對原有安裝的三速開關或簡易溫控器的改造聯(lián)網(wǎng)工程時，因為沒有通訊線管(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，原有墻體內線槽一般是一根4’ Kbg線管，要想實現(xiàn)網(wǎng)絡控制有兩個問題無法實現(xiàn)1)5 6根AC電源、控制線和2根通信屏蔽線無法同時穿過4’ Kbg線管；2)若降低設計標準，使用細線徑，從通信質量和系統(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，整個中央空調遠程監(jiān)控系統(tǒng)將會全部癱瘓，后果不堪設想。另外一體式溫控器強電控制及電源(AC220V)全部集中在溫控器內部，也易造成一定的安全隱患。除以上結構外，部分大型戶式空調如美國約克、麥克維爾、特靈及國內海爾、海信等末端溫控器一定程度上也采用分體式設計，但其結構是采用兩套MCU控制系統(tǒng)，即前、后板各有一塊MCU進行通信聯(lián)絡及控制，通信協(xié)議一般采用I2C、SPI等串行方式，線管布線一般為4根(VCC、GND、通訊線A/B，前板無單獨電源)或2根(通訊線A/B，前板有單獨電源)。 后板(執(zhí)行驅動機構)通過RS485或CAN總線等方式與中央空調主機聯(lián)絡；以上所述的分體式設計具有以下特征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。[0009]但以上戶式空調聯(lián)網(wǎng)使用時有兩點不足之處1)中央空調主機只能與后板(執(zhí)行驅動機構)通信，不能使整個樓宇多臺中央空調主機與全部風機盤管和末端溫控器構成大聯(lián)網(wǎng)；2)這種溫控器采用雙MCU，名義上為分體設計，但成本較高，不易推廣。因此，上述分體式溫控器更準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，且不能構成整個樓宇的大聯(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計的溫控器 (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、驅動板兩部分，面板包括液晶屏、底板、按鍵，驅動板包括變壓器、繼電器、接線端子等， 兩部分通過帶有插頭的連接線連接。同時該說明書強調驅動板通過“不分極性”的兩根線向前板提供工作低壓，同時傳輸面板對驅動板的控制信號。說明書中只是功能性地闡述了部分外部物理結構，并且通過分析可知1)假如本專利實現(xiàn)不分極性，則需設計極性自動檢測及翻轉電路；2)假如需要實現(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行調制，然后疊加到兩根電源線上，并在驅動板測進行控制信號的解調、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雜性。通過其專利說明書，無法看出其具體的實現(xiàn)，對本設計無參考價值。同時，通過專利說明書中的介紹，得知其不含網(wǎng)絡通訊功能，不能實現(xiàn)中央空調的大連網(wǎng)，且成本較高，實用價值有限。

實用新型內容為了解決傳統(tǒng)溫控器在新建工程和老工程改造方面的不足，本實用新型提供一種中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采樣如下方案一種中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，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準接線盒內，主要功能包括溫度測量、參數(shù)設定、 液晶顯示和聯(lián)網(wǎng)通訊等。所述電源板安放于吊頂風機盤管附近，為控制板提供工作電壓，并根據(jù)控制板發(fā)出的指令，驅動風速繼電器和或水閥的開閉。所述控制板和電源板上均設有RJ45標準插座，兩個RJ45標準插座通過網(wǎng)線連接。所述電源板上還設有RS485通訊模塊。本實用新型對中央空調網(wǎng)絡智能溫控器采用了單MCU分體式設計方法，設計中采用強電、弱電分離技術，使得強電僅存在于后板(執(zhí)行驅動機構)，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)布線時因強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，本設計方法僅采用一塊控制芯片(MCU)，實現(xiàn)了前、后板的無縫鏈接和真正意義上的分體式中央空調網(wǎng)絡智能溫控器。擴展的RS485接口增強了聯(lián)網(wǎng)功能，使溫控器和整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性及通信性能得到優(yōu)化，而成本將至最低、設計更加科學合理。有益效果本實用新型采用前板、后板單MCU網(wǎng)絡型分體式設計，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集中(遠程)監(jiān)控系統(tǒng)的弊病、降低了溫控器的土建依賴性；采用分體方式設計的網(wǎng)絡智能溫控器，能最大限度的利用現(xiàn)有的土建結構，避免了大規(guī)模的工程改造；通過一根網(wǎng)線及標準化的RJ45接口，將傳統(tǒng)溫控器一分為二，實現(xiàn)強、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、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)絡集成的RS485接口被引至固定于風機附近的后板上，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(用于擴充子站)以及中間站(RS485轉以太網(wǎng))很容易將系統(tǒng)擴展到成千上萬個點，構建大型中央空調網(wǎng)絡。該產(chǎn)品的應用將徹底解決廣大用戶多年來想實施中央空調以太網(wǎng)遠程監(jiān)控進行節(jié)能，又不能破壞墻體的煩惱，保護了原有的土建結構，節(jié)省了不必要的開支。采用該分體式網(wǎng)絡智能溫控器，可輕松構成中央空調集中(遠程)監(jiān)控系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)具有新建工程節(jié)省費用、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排線連接示意圖；圖2為本實用新型的分體式溫控器前板通過網(wǎng)線與遠距離的后板連接示意圖；圖3為分體式溫控器原理框圖；圖4為本實用新型前、后板連接線序圖；圖5為本實用新型的前板電路圖；圖6為本實用新型的后板電路圖；圖7為本實用新型溫度檢測模塊原理框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明一種中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，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準接線盒內，主要功能包括溫度測量、參數(shù)設定、 液晶顯示和聯(lián)網(wǎng)通訊等。所述電源板安放于吊頂風機盤管附近，為控制板提供工作電壓，并根據(jù)控制板發(fā)出的指令，驅動風速繼電器和或水閥的開閉。所述控制板和電源板上均設有RJ45標準插座，兩個RJ45標準插座通過網(wǎng)線連接。所述電源板上還設有RS485通訊模塊。如圖2所示為本實用新型的前板(左)通過網(wǎng)線與遠距離的后板(右)連接示意圖，通過一根長度可變的網(wǎng)線連接。在前、后板有標準的RJ45插座，網(wǎng)線的長度取決于工程實際情況，一般長度為2 5米。網(wǎng)線線序由前、后板端子功能對應及信號傳輸最小干擾兩條原則設定，具體線序如圖4。前板耵45接口線序為6冊、￥0、!1、]\^、￥&1乂6、485B、485A，各自功能如下1)GND 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 接口線序為GND、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、低三個風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?，驅動后板繼電器控制器電路，通過一根網(wǎng)線及對應的接口，便實現(xiàn)了溫控器的分體式設計，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，只要采用本設計規(guī)定的線序，便可方便實現(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，同時根據(jù)前面板給出的控制電平，驅動風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，實現(xiàn)開關機、溫度、模式、通信地址和波特率設定等；b)液晶驅動顯示采用中央空調專用段式液晶，實時顯示使用狀態(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)絡通訊采用RS485作為底層通訊網(wǎng)絡，芯片采用MAX485 ；e)外擴借口 采用RJ45標準插座，通過網(wǎng)線與后面板連接，實現(xiàn)繼電器開關控制。后板的電路原理圖如圖6所示其中主要包括a)電源轉換采用模擬電源，將市電轉換為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，實現(xiàn)風速的高、中、低切換，另保留一路含常開、常閉點的繼電器(K4)，供擴展風閥(或水閥)使用；c)外擴接口 采用RJ45標準插座，通過網(wǎng)線與前板連接，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信、繼電器開關控制。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)品設計時，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系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速、低功耗、抗干擾的新一代8051單片機，指令系統(tǒng)完全兼容8051，但速度快8-12倍，內部集成高可靠復位電路。溫度測量的實現(xiàn)通過精密電阻、熱敏電阻、電容組成的充放電電路實現(xiàn)的，原理如圖7所示，具體實現(xiàn)如下:Ρ3. 6、Ρ3· 7和Ρ3. 2是單片機的3個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設為0，使CN放電至放完。將Ρ3. 6設為1，記錄Ρ3. 2從0 到1的轉換時間Tl。再將Ρ3.6、Ρ3. 7、Ρ3. 2設為0，使CN放電至放完。將Ρ3. 7設為1，記錄Ρ3. 2從0到1的轉換時間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，滿足要求。實際工程應用中，前板安放于墻體的標準接線盒內，通過網(wǎng)線與后板連接。用戶根據(jù)自身需要，調節(jié)設定溫度、風機速度、運行模式等；對于管理級用戶，可通過輸入密碼的方式，調節(jié)系統(tǒng)通訊相關的參數(shù)，如通訊地址、波特率、補償溫度等。普通用戶禁止訪問上述相關的參數(shù)，以防影響中央空調系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。后板安放于吊頂風機盤管附近，通過網(wǎng)線與前板連接。由于繼電器控制部分全部在后板，實現(xiàn)了強電、弱電分離，將風機三速抽頭及水閥與對應繼電器端子連接即可完成風速及水閥的控制，將中央空調網(wǎng)絡通訊線與RS485的A、B兩端連接便可實現(xiàn)RS485通訊，方便地實現(xiàn)溫控器的聯(lián)網(wǎng)。
權利要求1.一種中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，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.如權利要求1所述的中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，其特征是，所述控制板安放于墻體的任何標準接線盒內，主要功能包括溫度測量、參數(shù)設定、液晶顯示和聯(lián)網(wǎng)通訊等。
3.如權利要求1所述的中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，其特征是，所述電源板安放于吊頂風機盤管附近，為控制板提供工作電壓，并根據(jù)控制板發(fā)出的指令，驅動風速繼電器和或水閥的開閉。
4.如權利要求1所述的中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，其特征是，所述控制板和電源板上均設有RJ45標準插座，兩個RJ45標準插座通過網(wǎng)線連接。
5.如權利要求1所述的中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，其特征是，所述電源板上還設有RS485通訊模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種中央空調分體式網(wǎng)絡智能溫控器，它包括控制板和電源板連接；所述控制板內含溫度測量模塊、液晶顯示模塊和參數(shù)設定模塊；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。本實用新型采用單MCU結構，前板、后板分體式設計，采用單MCU，實現(xiàn)了傳統(tǒng)溫控器一根布線管不易接入中央空調集中(遠程)監(jiān)控的弊病，降低了土建依賴性、提升了使用安全性、增強了任何標準接線盒普遍適用性、開拓了系統(tǒng)大聯(lián)網(wǎng)的擴展性。
文檔編號F24F11/02GK202040940SQ201120142408
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2011年5月6日
發(fā)明者劉玉建, 張春華 申請人:山東大學