CN102162670B - 一种中央空调分体式网络智能温控器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中央空调分体式网络智能温控器，它包括控制板和电源板连接；所述控制板内含温度测量模块、液晶显示模块和参数设定模块；所述电源板包括电源模块，继电器控制模块和RS485接口电路，电源模块为继电器控制模块和控制板提供电源。本发明采用单MCU结构，前板、后板分体式设计，采用单MCU，实现了传统温控器一根布线管不易接入中央空调集中（远程）监控的弊病，降低了土建依赖性、提升了使用安全性、增强了任何标准接线盒普遍适用性、开拓了***大联网的扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及一种中央空调分体式网络智能温控器。
背景技术
中央空调末端温控器是整个楼宇空调***房间环境温度的调节执行机构，一般分为控风、控水或既控风又控水。不管采用何种控制模式，其最终目的是要将房间环境温度恒定在设定温度，以达到舒适和节能的效果。控制器结构一般由温度传感器、LCD显示屏、参数设定按键、继电器等组成，是一个整体的现场控制器。
随着信息融合和节能减排的需求，温控器厂商开始关注控制器的网络控制技术，采用的通讯网络主要有RS485、CAN、Ethernet等，其中底层通讯以成本较低的RS485为主，使温控器呈现一定的网络智能化，从而很容易集成到中央空调集中监控***中，实现空调的物联网。
当前市场上的主流温控器主要为一体式设计，即用一个整体部分实现温度检测、风机盘管的风速控制及水阀的开关控制以及高端应用的网络通讯等。其温控器结构如图1所示，从结构上一般可分为两部分：前板和后板，前板主要包括LCD显示屏、按键和主控电路等；后板包括模拟电源、继电器、接线端子等。两部分通过多芯排线在温控器塑料壳内实现连接，从图1可以看出，以上类型温控器的结构为整体型，将前、后板通过内部排线连接后嵌入塑料模具内部并最终整体安置于墙体的标准接线盒内。风机盘管风速及水阀的控制，需要将对应的接线通过墙体中的线管穿线连接到后板的接线端子上。
如果在工程项目初建时，同时布AC电源、控制线和通信线2根线管，选择上述整体结构的温控器无可厚非，但对原有安装的三速开关或简易温控器的改造联网工程时，因为没有通讯线管（用于大***联网），甲方又不允许改造土建——重新布管，问题便出现了。传统的一体式温控器接线在温控器后板的接线端子上，原有墙体内线槽一般是一根4’Kbg线管，要想实现网络控制有两个问题无法实现：1）5～6根AC电源、控制线和2根通信屏蔽线无法同时穿过4’Kbg线管；2）若降低设计标准，使用细线径，从通信质量和***安全角度考虑是不允许的，单从***安全角度考虑，一旦通信线有破皮与AC线搭接，整个中央空调远程监控***将会全部瘫痪，后果不堪设想。另外一体式温控器强电控制及电源（AC220V）全部集中在温控器内部，也易造成一定的安全隐患。
除以上结构外，部分大型户式空调如美国约克、麦克维尔、特灵及国内海尔、海信等末端温控器一定程度上也采用分体式设计，但其结构是采用两套MCU控制***，即前、后板各有一块MCU进行通信联络及控制，通信协议一般采用I2C、SPI等串行方式，线管布线一般为4根（VCC、GND、通讯线A/B，前板无单独电源）或2根（通讯线A/B，前板有单独电源）。后板（执行驱动机构）通过RS485或CAN总线等方式与中央空调主机联络；以上所述的分体式设计具有以下特征：
1) 前板和后板连线≤4根，各含一片MCU，各自可以独立工作；
2) 前板和后板通过I2C、SPI等简易串行方式，完成整体工作。
但以上户式空调联网使用时有两点不足之处：
1) 中央空调主机只能与后板（执行驱动机构）通信，不能使整个楼宇多台中央空调主机与全部风机盘管和末端温控器构成大联网；
2) 这种温控器采用双MCU，名义上为分体设计，但成本较高，不易推广。
因此，上述分体式温控器更准确的定义是分体式温控器***，并非单MCU传统整体温控器的一分为二，且不能构成整个楼宇的大联网。
通过专利检索，发现另一种市场上未大规模使用的采用分体式思想设计的温控器（专利号：CN200920171726.6）。在该专利说明书中，该产品将传统的一体式温控器分为面板、驱动板两部分，面板包括液晶屏、底板、按键，驱动板包括变压器、继电器、接线端子等，两部分通过带有插头的连接线连接。同时该说明书强调驱动板通过“不分极性”的两根线向前板提供工作低压，同时传输面板对驱动板的控制信号。说明书中只是功能性地阐述了部分外部物理结构，并且通过分析可知:1) 假如本专利实现不分极性，则需设计极性自动检测及翻转电路；2）假如需要实现控制信号传输，则又分为以下两种情况：如果采用有线：必须将控制信号进行调制，然后叠加到两根电源线上，并在驱动板测进行控制信号的解调、处理；如果采用无线：可采用简易的无线遥控电路等，但无线信号要穿墙等，效果受到影响。所以，接线上的简易性必然造成原有电路处理上的复杂性。通过其专利说明书，无法看出其具体的实现，对本设计无参考价值。同时，通过专利说明书中的介绍，得知其不含网络通讯功能，不能实现中央空调的大连网，且成本较高，实用价值有限。
发明内容
为了解决传统温控器在新建工程和老工程改造方面的不足，本发明提供一种中央空调分体式网络智能温控器。
为实现上述目的，本发明采样如下方案：
一种中央空调分体式网络智能温控器，它包括控制板和电源板，所述控制板和电源板分离；所述控制板包括微控制器，微控制器分别与温度测量模块，显示模块和参数设定面板连接，所述微控制器还与电源板上的继电器控制模块连接，电源板上的电源模块为继电器控制模块和控制板供电。
所述控制板安放于墙体的任何标准接线盒内，主要功能包括温度测量、参数设定、液晶显示和联网通讯等。
所述电源板安放于吊顶风机盘管附近，为控制板提供工作电压，并根据控制板发出的指令，驱动风速继电器和或水阀的开闭。
所述控制板和电源板上均设有RJ45标准插座，两个RJ45标准插座通过网线连接。
所述电源板上还设有RS485通讯模块。
本发明对中央空调网络智能温控器采用了单MCU分体式设计方法，设计中采用强电、弱电分离技术，使得强电仅存在于后板（执行驱动机构），用户接触的部分只有前面板的安全低压（DC 5V），从而大大提升了安全性。通信线与DC 5V弱电同在一根直径约5.5mm的网线（一般采用超五类非屏蔽类）中，彻底杜绝了传统布线时因强电对弱电电磁干扰而引起的通信不畅现象，提升了***的稳定性和可靠性。如果应用于新建工程，5.5mm的网线也可优化建筑空间，节省2管布线的额外开支。同时，本设计方法仅采用一块控制芯片（MCU），实现了前、后板的无缝链接和真正意义上的分体式中央空调网络智能温控器。扩展的RS485接口增强了联网功能，使温控器和整个***运行的稳定性、可靠性及通信性能得到优化，而成本将至最低、设计更加科学合理。
有益效果：本发明采用前板、后板单MCU网络型分体式设计，解决了传统情况下一根布线管不易将温控器融入中央空调集中（远程）监控***的弊病、降低了温控器的土建依赖性；采用分体方式设计的网络智能温控器，能最大限度的利用现有的土建结构，避免了大规模的工程改造；通过一根网线及标准化的RJ45接口，将传统温控器一分为二，实现强、弱电分离，避免了通信中可能潜在的电磁干扰问题；由于采用分体式使得强、弱电分离，用户端为安全的DC 5V电压，保证使用安全。用于网络集成的RS485接口被引至固定于风机附近的后板上，避免了传统温控器在需要***大联网时必须将通信线从墙体穿过引至接线盒中端子排的困难，减轻了原有线管的承载压力。通过便捷的RS485接口，配套专用的RS485集线器（用于扩充子站）以及中间站（RS485转以太网）很容易将***扩展到成千上万个点，构建大型中央空调网络。该产品的应用将彻底解决广大用户多年来想实施中央空调以太网远程监控进行节能，又不能破坏墙体的烦恼，保护了原有的土建结构，节省了不必要的开支。采用该分体式网络智能温控器，可轻松构成中央空调集中（远程）监控***。由于本***具有新建工程节省费用、原有老工程不需改造土建、节能效果显著、效益回收快等优势，因此将会产生巨大的经济效益和社会效益。
附图说明：
图1为一体式温控器前板与后板通过在模具内排线连接示意图；
图2为本发明的分体式温控器前板通过网线与远距离的后板连接示意图；
图3为分体式温控器原理框图；
图4为本发明前、后板连接线序图；
图5为本发明的前板电路图；
图6为本发明的后板电路图；
图7为本发明温度检测模块原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
一种中央空调分体式网络智能温控器，如图3所示，它包括控制板和电源板，所述控制板和电源板分离；所述控制板包括微控制器，微控制器分别与温度测量模块，显示模块和参数设定面板连接，所述微控制器还与电源板上的继电器控制模块连接，电源板上的电源模块为继电器控制模块和控制板供电。
所述控制板安放于墙体的任何标准接线盒内，主要功能包括温度测量、参数设定、液晶显示和联网通讯等。
所述电源板安放于吊顶风机盘管附近，为控制板提供工作电压，并根据控制板发出的指令，驱动风速继电器和或水阀的开闭。
所述控制板和电源板上均设有RJ45标准插座，两个RJ45标准插座通过网线连接。
所述电源板上还设有RS485通讯模块。
如图2所示为本发明的前板（左）通过网线与远距离的后板（右）连接示意图，通过一根长度可变的网线连接。在前、后板有标准的RJ45插座，网线的长度取决于工程实际情况，一般长度为2～5米。网线线序由前、后板端子功能对应及信号传输最小干扰两条原则设定，具体线序如图4。
前板RJ45接口线序为：GND、VCC、H、M、L、Valve 、485B、485A，各自功能如下：
1) GND：后板向前板提供的电源地；
2) VCC：后板向前板提供的DC 5V电源；
3) H：前板向后板提供高速控制信号；
4) M：前板向后板提供中速控制信号；
5) L：前板向后板提供低速控制信号；
6) Valve：前板向后板提供水阀控制信号；
7) 485B：前板向后板提供RS485通讯B端信号；
8) 485A：前板向后板提供RS485通讯A端信号；
后板RJ45接口线序为：GND、VCC、H、M、L、Valve、485B、485A，各自功能如下：
1) GND：向前板提供电源地；
2) VCC：向前板提供DC 5V电源；
3) H：前板向后板提供高速控制信号；
4) M：前板向后板提供中速控制信号；
5) L：前板向后板提供低速控制信号；
6) Valve：前板向后板提供水阀控制信号；
7) 485B：前板向后板提供RS485通讯B端信号；
8) 485A：前板向后板提供RS485通讯A端信号；
前板的高、中、低三个风速及水阀控制信号通过前、后板的RJ45接口由网线传输到后板，驱动后板继电器控制器电路，通过一根网线及对应的接口，便实现了温控器的分体式设计，使得工程布线变得方便和工程改造中出现的诸多不便。由于连接方式采用常用的网线，只要采用本设计规定的线序，便可方便实现连接线的替换、加长的更改。
分体式温控器原理图如图3所示，前板（即控制板）主控芯片主要功能包括温度测量、参数设定、液晶显示、RS485通讯等；后板（即电源板）为***提供工作电压，同时根据前面板给出的控制电平，驱动风速继电器和水阀的开闭。
前板的电路原理如图5所示，其中主要包括：
a) 按键识别：A1-A6，实现开关机、温度、模式、通信地址和波特率设定等；
b) 液晶驱动显示：采用中央空调专用段式液晶，实时显示使用状态；
c) 温度检测：通过电阻、电容充放电的方法，借助精度为1%的热敏电阻，测量精度不高于±1℃；
d) 网络通讯：采用RS485作为底层通讯网络，芯片采用MAX485；
e) 外扩借口：采用RJ45标准插座，通过网线与后面板连接，实现继电器开关控制。
后板的电路原理图如图6所示：其中主要包括：
a) 电源转换：采用模拟电源，将市电转换为12V、5V两种DC电压，分别为后板继电器、前板逻辑控制提供工作电源；
b) 继电器控制：通过控制继电器，实现风速的高、中、低切换，另保留一路含常开、常闭点的继电器（K4），供扩展风阀（或水阀）使用；
c) 外扩接口：采用RJ45标准插座，通过网线与前板连接，实现联网通信、继电器开关控制。
一般的温度检测，或采用数字方案如18B20、或采用模拟方案如热敏电阻的A/D采样。在产品设计时，为了综合考虑成本，选择了一款未带A/D借口的主控芯片：STC10F08XE。STC10系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、抗干扰的新一代8051单片机，指令***完全兼容8051，但速度快8-12倍，内部集成高可靠复位电路。
温度测量的实现通过精密电阻、热敏电阻、电容组成的充放电电路实现的，原理如图7所示，具体实现如下：P3.6、P3.7和P3.2是单片机的3个I/O脚；RK为100K的精密电阻；RT为100K，精度为1％的热敏电阻；R1为47Ω的普通电阻；CN为0.1μF的瓷介电容。
先将P3.6、P3.7、P3.2设为0，使CN放电至放完。将P3.6设为1，记录P3.2从0到1的转换时间T1。再将P3.6、P3.7、P3.2设为0，使CN放电至放完。将P3.7设为1，记录P3.2从0到1的转换时间T2。
根据公式：T1/RK＝T2/RT，得RT＝T2*RK/T1。RT温度曲线为非线性，温度特性曲线由热敏电阻厂商提供，保证了测量的正确性与连续性。采用查表方式，获取最终的温度值。温控器最终测得温度的误差在±1℃之内，满足要求。
实际工程应用中，前板安放于墙体的标准接线盒内，通过网线与后板连接。用户根据自身需要，调节设定温度、风机速度、运行模式等；对于管理级用户，可通过输入密码的方式，调节***通讯相关的参数，如通讯地址、波特率、补偿温度等。普通用户禁止访问上述相关的参数，以防影响中央空调***联网。后板安放于吊顶风机盘管附近，通过网线与前板连接。由于继电器控制部分全部在后板，实现了强电、弱电分离，将风机三速抽头及水阀与对应继电器端子连接即可完成风速及水阀的控制，将中央空调网络通讯线与RS485的A、B两端连接便可实现RS485通讯，方便地实现温控器的联网。
Claims (1)
1. 一种中央空调分体式网络智能温控器，它包括控制板和电源板，所述控制板和电源板分离，其特征是，所述控制板包括微控制器、温度测量模块、显示模块和参数设定面板，主要功能包括温度测量、参数设定、液晶显示和联网通讯，其中微控制器分别与温度测量模块、显示模块和参数设定面板连接，所述微控制器还与电源板上的继电器控制模块连接；
所述电源板包括电源模块、继电器控制模块和RS485通讯模块，电源模块为继电器控制模块和控制板供电；
所述控制板和电源板上均设有RJ45标准插座，两个RJ45标准插座通过网线连接；所述网线中集设有通信线及DC 5V弱电源线，网线线序根据控制板和电源板上的接线端子功能设定，并使信号传输时的干扰最小化；
所述控制板安放于墙体的任何标准接线盒内，所述电源板安放于吊顶风机盘管附近；控制板的高、中、低三个风速及水阀控制信号通过网线传输到电源板，驱动电源板的继电器控制模块，实现风速切换及水阀开闭；
将风机三速抽头及水阀与电源板上的对应继电器端子连接即可实现对风速及水阀的控制，将中央空调网络通讯线与电源板上分别用于提供RS485的A、B端信号的两个接线端子连接，便可实现中央空调分体式网络智能温控器的联网通讯。
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| CN102162670A (zh) | 2011-08-24 |
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Legal Events
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Inventor after: Zhang Chunhua Inventor after: Ma Zhongwu Inventor after: Liu Yujian Inventor before: Zhang Chunhua Inventor before: Liu Yujian |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191209 Address after: 250061, No. ten, No. 17923, Lixia District, Ji'nan City, Shandong Province Patentee after: Shandong University Address before: 250100, room 1, building 2277, Jinqiao International Building, No. 2406, East 2nd Ring Road, Licheng District, Ji'nan, Shandong Patentee before: Shandong Ruixing Mdt InfoTech Ltd |
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