智能空调来电自启动控制器的设计

智能空调来电自启动控制器的设计【摘要】本设计为空调来电自启动控制器，它将220V市电经过一变压器降压、整流器整流、稳压、滤波后输入到电压比较器，电路通电一段时间后电压比较器的同相输入端电压大于反向输入端电压，电压比较器输出高电平，使一常开继电器吸合，使空调自动启动，空调启动后继电器释放并复位。电压比较器前设置有延时电路。【关键词】智能；自启动；延时1.设计背景及目的电力的生产、输送、分配和使用需要大量的各种类型的电气设备，为了使主系统安全、稳定、连续、可靠地向用户提供充足的、合格的电能，就必须尽可能地排除电力系统在运行中的一切故障，以保证电气设备和电力系统的安全运行。其中设备过度发热，是破坏电力系统安全的主要因素，甚至会危及到生命财产安全。因此，使整个电力系统处在一个相对稳定的低温环境十分关键。空调能提供一个相对低温和恒温的环境，但普通空调一般不具备来电自启动功能，即市电停电后，空调即停机；市电来电后，空调不能自行启动，除非人工干预才能开机，而人工毕竟受到工作时间的限制，不可能24小时来监视空调的工作情况，那么智能空调来电自启动控制器正好解决这个问题，最大限度地减少电力设备过度发热的时间，尽快地使设备的温度环境恢复到正常状态。2.国内研究概况目前空调断电来电自启动器的研究在国内尚属空白，懂空调制冷的人都知道商用分体空调根据部件可分为：室外机（压缩机、冷凝风机）、室内机（蒸发风机）、空调控制板。空调控制板协调室内机和室外机工作：1、不制冷时只有室内风机工作；2、制冷时室内风机、室外风机、压缩机同时工作；3、除湿时室内风机停机、室外风机、压缩机工作。空调断电来电自启动的目的：维持空调原来开机、制冷状态、保障环境温度稳定，提高商用空调智能化，实现无人值守。分体商用空调要实现来电自启动有两种方法：（1）空调断电再次来电时给空调红外接收器一个开机信号，类似于自动按一下遥控器开关键。（2）把原来空调控制系统换成类似机房专用空调控制器，由控制器自身记录空调状态，来电时自动恢复原来状态。现在我们比较一下两种来电自启动控制器的优缺点：首先我们来看射频空调自启动工作原理：（1）在每台空调周围的墙上或其他地方安装一个红外发射头对准原来空调红外接收处。（2）空调运行控制逻辑由原来控制板完成?。（3）当空调断电再次来电时接有发射头的空调自启动器给空调发射一个开机信号，空调重新初始化自身控制程序、根据空调检测到的温度及空调原来设置的工作模式来决定是否开室内风机、室外风机及压缩机还是其他动作。射频信号来电自启动器缺点：（1）经常出现开机不成功原因：a.自启动控制器不稳定（由于这些控制器都是少量生产，基本没有经过严格全面的性能测试）；b.频本身缺陷，信号中间不能有障碍、发射头（接收头）不能有灰尘——固定不动的发射头经常被灰尘覆盖。（2）容易损坏压缩机原因：a.射频来电自启动控制器无法识别空调压缩机状态，无法实现压缩机保护。频繁断电的情况下，射频自启动控制器频繁的向空调发送开机指令，造成空调压缩机频繁开关，容易引起压缩机损坏。b.有些射频自启动器设计了连续开机几次的功能，也是造成空调频繁开关机的原因——如射频启动器发出开指令由于灰尘或障碍物干扰，射频自启动器认为没有开机成功，复位再次发出开机指令，使得压缩机频繁开关。3.主要技术内容3.1预期目标空调来电自启动控制器是专门针对企业机房而设计的。这里所谓机房的特征是：需要长时间使用一般的民用空调机来调节空气温度，通常情况下无人值守。一旦遇到断电情况，空调机即停止工作，即使外界电网恢复供电，一般的普通空调机都不会自动检测来电并自动启动。本产品就是用来解决这个问题的。3.2应用领域空调来电自启动控制器适用在需要空调24小时开机的场所，比如：电脑机房、自动银行换钞间、移动联通等运营商户外基站、电力系统变电站、户外箱站、温室、仓库、生物制药厂、无菌室、洁净厂房、学校图书馆、档案馆、文物馆、仓储中心、医院血站、疾病防控中心、环保监测部门的冷库、智能楼宇等需要温度监测的场所和领域。3.3创新点及特色智能控制器来电自启动工作原理：当空调断电再次来电时，智能控制系统自动恢复断电前运行状态。采用专业空调智能控制器优点：采用单片工控专用芯片和低频率信号线路设计，实现最精简的硬件电路方案，能够有效抵抗各种电气干扰，减少了元器件数量，降低了故障率，延长了使用寿命；同时也控制了功耗、体积；并且开机成功率非常高，有效地保护空调压缩机等核心部件。3.4电路原理图图13.5电路简介本控制器图1由变压器、桥式整流器、延时电容、稳压芯片、电压比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、开关三极管及常开继电器构成。变压器T1初级通过保险器F1接220V市电，实现电压220V转换为12V，变压器T1次级跨接桥式整流器D的输入端，桥式整流器D跨接于稳压芯片IC1的输入端及地端间，稳压芯片IC1输入端、输出端分别接有第一滤波电容C1及第二滤波电容C2，第一电阻R1与延时电容C3串联支路跨接于稳压芯片IC1输出端及地端间，构成RC延时电路，中间接点接电压比较器IC2电压负端输入端脚2。第一电阻R1是延时微调电阻，用以调节延时时间。第二电阻R2、第三电阻R3串联支路跨接于稳压芯片IC1输出端及地端间和电压比较器IC2脚8及脚4间，中间接点接电压比较器IC2电压正端输入端脚3，电压比较器IC2输出端串接第四电阻R4后接三极管Q1基极，开关三极管Q1发射极接常开继电器K1，第五二极管D5跨接于三极管Q1发射极与地端间。常开继电器输出应接空调面板的启动开关。本设计稳压芯片IC1采用7809稳压芯片，R1是延时微调电阻（3296精密电位器）；R4是限流偏置电阻；第五二极管D5是保护二极管（1N4007）本设计可以在自动启动空调的同时，不需要人工干预，控制器中仅采用常用电子元件，且设计新颖，结构简单，成本低廉，工作安全可靠。3.6电路原理220V市电经过一变压器降压、整流器整流、稳压、滤波后输入到电压比较器，电路通电一段时间后电压比较器的同相输入端电压大于反向输入端电压，电压比较器输出高电平，使一常开继电器吸合，使空调自动启动，空调启动后继电器释放并复位。3.7工作原理220V市电经过220V/12V电源变压器（T1）后输出12V交流电。经过（D1—D4）桥式整流器后输出脉动直流电，再经过第一滤波电容（C1）滤波，再经过稳压芯片输出+9V。稳压芯片再经过第二滤波电容（C2）滤波，此电源输出为直流+9V。电路接入+9V电源后，当电路通电时，第二电阻R2、第三电阻R3组成串联分压电路使电压比较器IC2的同相输入基准电压为4.5V；由R1和C3构成RC延时电路，T=R1C3，R1是延时微调电阻，控制电压比较器的反向输入基准电压。当电压比较器同相输入端电压高于反向输入端电压时，电压比较器输出高电平使开关三极管S8050导通，继电器线圈得电吸合。（当继电器线圈没通电时动触点1和静触点3处于常开状态；当继电器线圈通电时动触点1和静触点3之间由常开状态转为闭合状态。）当R1给C3充电过程中，此过程中电压比较器的反相输入端的基准电压慢慢升高，当电容C1两端电压充电至4.5V以上时，此时电压比较器同相输入端电压小于反相输入端电压，电压比较器输出低电平，从而继电器线圈失电释放。本设计可以调节R1的大小可改变继电器闭合时间。（R1阻值增大延时时间增长。一般空调通电时内部电路复位时需0.3S）。4.重要技术难点4.1主控板信号完整性设计信号在传输路径上的质量，传输路径可以是普通的金属线，可以是光学器件，也可以是其他媒质。信号具有良好的信号完整性是指具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的，所以信号完整性设计是电路板可靠运行的关键因素。4.2主控板的抗干扰设计干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。敏感器件，指容易被干扰的对象。抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。5.结束语本设计可以在自动启动空调的同时，不需要人工干预，控制器中仅采用常用电子元件，且设计新颖，结构简单，成本低廉，工作安全可靠。参考文献：[1]郭晨编著.《智能控制原理及应用》，[M].大连海事学院出版社，2006.[2]张铭钧主编.《智能控制技术》，[M].电子工业出版社，2008.