空调的智能节能运行控制装置及其控制方法.pdf

本发明公开了一种空调的节能运行控制装置及其控制方法。其控制方法是于智能控制器内设置一以空调的操作运行动作、室内环境温湿度、耗电量和运行的时间为依据的空调节能运行控制模型或程序，由该智能控制器对空调进行节能运行控制。该控制装置包括摇控信号接收和发射电路、耗电量检测电路、智能控制器，环境温湿度检测电路，所述摇控信号接收电路、环境温湿度检测电路分别连接于该智能控制器的相应的输入端。该空调的节能运行控制装置及其控制方法能够检测和判断空调的工作状况或故障，并使空调运行于节能状态，其控制系统的构成简单、易于实施、实用有效。

权利要求书
1.  一种空调的智能节能运行控制方法，其特征是于智能控制器内设置一以空调的操作运行动作、室内环境温湿度、耗电量和/或运行的时间为依据的空调节能运行控制模型或程序，由该智能控制器根据反映空调的被操作的动作的运行动作信号、反映空调室内环境的环境温湿度信号、反映空调的耗电量和/或反映空调的运行时间的运行实时信号对空调进行节能运行控制、或者对空调进行节能运行控制和故障诊断。

2.  一种空调的智能节能运行控制装置，包括摇控信号接收和发射电路、智能控制器，其特征是还包括耗电量检测电路、环境温湿度检测电路和/或运行实时时间电路，所述摇控信号接收电路、环境温湿度检测电路和运行实时时间电路分别连接于该智能控制器的相应的输入端，所述摇控信号发射电路连接于该智能控制器的相应的输出端。

3.  根据权利要求2所述空调节能运行控制装置，其特征是所述摇控信号发射电路为一红外码发射电路，该红外码发射电路包括红外发射管、红外载波信号发生器、红外脉冲调制信号发生器和相应的信号混合调制器。

4.  根据权利要求2所述空调节能运行控制装置，其特征是所述温湿度检测电路包括其脚1和脚6分别对应连接于所述智能控制器的相应的微处理器的脚16和脚15的温湿度传感器芯片。

5.  根据权利要求2所述空调节能运行控制装置，其特征是所述运行实时时间电路包括连接于微处理器的脚32和脚33之间的晶振、分别连接于所述微处理器的脚32、脚33与其公共地端之间的电容器C42、C46。

6.  根据权利要求2所述空调的智能节能运行控制装置，其特征是所述耗电量检测电路包括取样电路，与所述取样电路连接的测量运算电路，所述测量运算电路包括功率和用电量检测芯片，所述取样电路连接于该功率和用电量检测芯片的相应的输入端，由所述测量运算电路或其功率和用电量检测芯片分别输出表示相应的空调的功率和用电量信号。

7.  根据权利要求2所述空调的节能运行控制装置，其特征是还包括一无光藕反馈电路的开关电源电路，该无光藕反馈电路的开关电源电路包括开关电源芯片和开关变压器，所述开关电源芯片与开关变压器的初级绕组连接，所述开关变压器的一次级绕组构成脉冲电压输出端。

说明书空调的智能节能运行控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种空调。尤其涉及一种空调的智能节能运行控制装置及其控制方法。
背景技术
空调在使用中存在很大的能源浪费，节能空间较大。当设置温度的不合理、空调运行方式不合理、空调使用方式不合理都会导致能源的浪费。比如用户在夏天将空调温度设置较低运行后不再设置直到关机，相比温度开始设置较低运行一段时间后将设置温度适当调高，对用户的舒适感觉没有影响，但却可以节能很多。再比如用户在冬天睡眠时将空调制热温度调到偏高，在夏天睡眠时将空调制冷温度调的偏低。
空调在长时间使用后因为元器件的老化、制冷剂的减少、器件损坏等会导致空调性能下降，空调能源消耗增大，空调不工作。在空调变坏的过程中，大部分情况是用户无法察觉到的。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种空调的智能节能运行控制装置及其控制方法。该空调的智能节能运行控制装置及其控制方法能够检测和判断空调的工作状况或故障，并使空调运行于节能状态，其控制系统的构成简单、易于实施、实用有效。
本发明空调的智能节能运行控制方法是:于智能控制器内设置一以空调的操作运行动作、室内环境温湿度、耗电量和/或运行的时间为依据的空调节能运行控制模型或程序，由该智能控制器根据反映空调的被操作的动作的运行动作信号、反映空调室内环境的环境温湿度信号、反映空调的耗电量和/或反映空调的运行时间的运行实时信号对空调进行节能运行控制、或者对空调进行节能运行控制和故障诊断。
空调的智能节能运行控制装置包括摇控信号接收和发射电路、智能控制器，还包括耗电量检测电路、环境温湿度检测电路和/或运行实时时间电路，所述摇控信号接收电路、环境温湿度检测电路和运行实时时间电路分别连接于该智能控制器的相应的输入端，所述摇控信号发射电路连接于该智能控制器的相应的输出端。
所述摇控信号发射电路为一红外码发射电路，该红外码发射电路包括红外发射管、红外载波信号发生器、红外脉冲调制信号发生器和相应的信号混合调制器。
所述红外载波信号发生器包括一六路反向器、分别连接于该六路反向器的脚1与脚2之间的晶振、以及分别连接于该六路反向器的脚7与晶振两端的电容器C26和C27构成的晶体振荡器，所述信号混合调制器包括其漏极和控制栅极分别连接于所述六路反向器的脚5和智能控制器的相应的微处理器的脚19的场效应管。
所述六路反向器的型号为SN74AHC04，所述场效应管的型号为CES2302。
所述温湿度检测电路包括其脚1和脚6分别对应连接于所述智能控制器的相应的微处理器的脚16和脚15的温湿度传感器芯片。
所述温湿度传感器芯片的型号为SHT20，所述微处理器的型号为CC2530。
所述运行实时时间电路包括连接于微处理器的脚32和脚33之间的晶振、分别连接于所述微处理器的脚32、脚33与其公共地端之间的电容器C42、C46。
所述耗电量检测电路包括取样电路，与所述取样电路连接的测量运算电路，所述测量运算电路包括功率和用电量检测芯片，所述取样电路连接于该功率和用电量检测芯片的相应的输入端，由所述测量运算电路或其功率和用电量检测芯片分别输出表示相应的空调的功率和用电量信号。
还包括一无光藕反馈电路的开关电源电路，该无光藕反馈电路的开关电源电路包括开关电源芯片和开关变压器，所述开关电源芯片与开关变压器的初级绕组连接，所述开关变压器的一次级绕组构成脉冲电压输出端，开关变压器的另一次级绕组通过相应的整流电路与空调功率和用电量检测电路或其功率和用电量检测芯片的供电电源端连接。
本发明的空调的智能节能运行控制装置通过获取空调的消耗功率、空调环境和运行时段等，对空调进行节能运行控制，使空调运行于既舒适又节能的最佳工作状态，同时还可以实时监控诊断空调的工作状况或故障现象，提前通报给用户预防和通告用户空调损坏的原因，其空调故障检测及时、快速、准确，实现空调的节能控制、运行监控、故障诊断等。
附图说明
图1为本发明空调节能运行控制装置中的摇控信号接收和发射电路、智能控制器、环境温湿度检测电路、运行实时时间电路和无线通讯电路一实施例电路原理图；图2为本发明空调节能运行控制装置的开关电源电路和耗电量检测电路一实施例电路原理图；图3为本发明空调节能运行控制原理方框图。
 具体实施方式

现通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的空调的节能运行控制方法是：如图3所示，于智能控制器内设置一以空调的操作运行动作、耗电量、空调室内环境温、湿度和/或空调运行的实时时间或时段为依据或变量的空调节能运行控制程序或模型，由该智能控制器1分别根据摇控信号接收电路2输入的反映或表示空调被操作运行的动作的运行动作信号、耗电量检测电路7输入的反映或表示空调的耗（用）电量信号、环境温湿度检测电路3输入的反映或表示空调室内环境的环境温湿度信号、和/或运行实时时间电路6输入的反映空调所处的运行时段或运行时间的运行实时（或运行时段）时间信号对空调进行节能运行控制、或者对空调进行节能运行控制和故障诊断；进而使空调运行于既使人感到舒适、又节约能源的最佳运行状态。同时还能够根据空调的功率消耗情况和运行状况对空调作出故障判断。以指导及时维护维修。
如图1所示，本实施例的空调的智能节能运行控制装置包括摇控信号接收和发射电路、耗电量检测电路7、环境温湿度检测电路3、运行实时（或运行时段）时间电路6及其智能控制器1等。摇控信号接收电路2、环境温湿度检测电路3和运行实时（或运行时段）时间电路6分别连接于该智能控制器1的相应的输入端，摇控信号发射电路4连接于该智能控制器1的相应的输出端。
温湿度检测电路主要包括型号为SHT20温湿度传感器芯片U2，温湿度传感器芯片U2的脚1和脚6分别对应连接于微处理器的脚16和脚15片。
温湿度传感器芯片U2获取到空调室内环境温、湿度值后通过温湿度传感器U2的脚1、脚6将数据发送到微处理器U1的脚16、脚15，微处理器U1在获取到空调室内环境温、湿度值，智能控制器1的控制模型或程序根据该温湿度值做相应处理控制。
运行实时时间电路主要包括晶振OSC3、电容器C42、C46及微处理器U1相应电路组成的32K时钟震荡电路，晶振OSC3的两端分别对应连接于微处理器U1的脚32和脚33之间，晶振OSC3的两端还分别通过电容器C42和C46与其公共地端之间的。微处理器U1的脚41拉公共地端。
运行实时时间电路产生32K的时钟信号到微处理器U1芯片内，通过微处理器U1芯片内部电路获取该时钟信号后计算实时时间，并产生智能控制器1控制程序需要的相应的时间控制信号。
摇控信号接收电路2主要包括用于接收空调或空调的摇控器的对空调进行运行操作控制的运行动作信号的红外接收头（图2中未示出），红外接收头通过连接器CON1的脚1连接到微处理器U1的脚12，微处理器U1接收到红外遥控器操作的运行动作信号后进行运算，以识别判断空调遥控器控制空调的动作或运行种类，了解到用户当前对空调所做的操作。
本发明空调的智能节能运行控制装置还包括空调的耗电量检测电路7（即功率和用电量检测电路），如图2所示，耗电量检测电路7串接于空调负载回路。空调的功率和耗电量检测电路7包括取样电路及其测量运算电路，测量运算电路设有电流和电压两路取样信号输入端（或输入回路），测量运算电路主要包括功率和用电量检测芯片U8、及其相应的外围电路，功率和用电量检测芯片U8，功率和用电量检测芯片U8的型号为HLW8012。
功率和用电量检测芯片U8的脚2和脚3之间的功率和用电量检测芯片U8的脚2和脚4为空调负载回路的两接入端AC_L_OUT和AC_L_IN，即空调的功率和耗电量检测电路7自功率和用电量检测芯片U8的脚2和脚4串接于空调的负载回路。
由功率和用电量检测芯片U8的脚2和脚3、以及脚4构成测量运算电路的电流和电压两路取样信号的输入回路。
取样电路包括电流取样电阻CPS1，电流取样电阻CPS1的一端与负载回路的一接入端AC_L_OUT和功率和用电量检测芯片U2的脚2连接，电流取样电阻CPS1的另一端与空调功率和耗电量检测电路7的公共地端和功率和用电量检测芯片U8的脚3连接。
测量运算电路与取样电路之间设有相应的去干扰电路，去干扰电路主要包括连接于空调负载回路的一接入端AC_L_OUT与功率和用电量检测芯片U8的脚2之间的电阻R31、连接于空调功率和耗电量检测电路7的公共地端与功率和用电量检测芯片U8的脚3之间的R29 、以及分别连接于功率和用电量检测芯片U8的脚2、脚3与空调功率和耗电量检测电路7的公共地端之间的C35和C36等。
功率和用电量检测芯片U8的外围电路主要包括连接于空调负载回路的另一接入端AC_L_IN与功率与用电量检测芯片的脚4之间的相应的隔离电阻、以及连接于功率和用电量检测芯片U8的脚4与空调的功率和耗电量检测电路7的公共地端之间回路电阻R36和电容器C37等。
空调负载回路的接入端AC_L_OUT输入的负载电流信号通过去干扰电路后，一路送到功率和用电量检测芯片U8的脚2，另一路流经电流取样电阻CPS1产生电压取样信号送到功率和用电量检测芯片U8的脚3，由功率和用电量检测芯片U8将获取到的电流和电压采样信号经过计算获取到表示空调功率和用电量的脉冲信号自脚6和脚7输出。
测量运算电路的功率或用电量检测芯片U8的输出端连接有隔离电路，隔离电路由分别连接于功率和用电量检测芯片U8的脚 6和7脚隔离器件U9和U10，由隔离器件U9和U10将分别表示空调的功率和用电量的脉冲信号做安全隔离后输出。
连接器CON2为耗电量检测电路7的连接接口电路，连接器CON2的脚2和脚3输出通过输入电阻R4和R5与微处理器U1的脚11和脚17连接，空调的耗电量检测电路7输出的表示空调的功率和用电量的脉冲信号通过连接器CON2的脚2和脚3、以及输入电阻R4和R5输入给智能控制器1的微处理器U1，由微处理器U1的计时电路和相应的运算电路等获取其周期长度再查表得到对应功率值。
如图1所示，摇控信号发射电路4为一红外码发射电路，该红外码发射电路包括红外发射管、红外载波信号发生器、红外脉冲调制信号发生器和相应的信号混合调制器。信号混合调制器包括其漏极和控制栅极分别连接于所述六路反向器的脚5和智能控制器的相应的微处理器的脚19的场效应管。红外载波信号发生器包括晶体振荡器，晶体振荡器包括红外载波信号发生器包括一六路反向器、分别连接于该六路反向器的脚1与脚2之间的晶振、以及分别连接于该六路反向器的脚7与晶振两端的电容器C26和C27；即，晶体振荡器由六路反向器U6的1脚、2脚、R7、R8、C26、C27、OSC2等构成；晶振OSC2分别连接于该六路反向器U6的脚1与脚2之间、电容器C26和C27分别连接于六路反向器U6的脚7与晶振OSC2两端；U6脚2和脚3短接，晶振OSC2一端与六路反向器U6脚2之间连接有电阻R7，晶振OSC2的另一端与六路反向器U6脚2之间连接有电阻R8。信号混合调制器包括其漏极和控制栅极分别连接于六路反向器U6的脚4和微处理器U1的脚19的场效应管Q12。
晶体振荡器产生38K的矩形波红外载波信号，该38K红外载波信号从六路反向器U6脚3输入经芯片内部反相器放大后从其脚4输出；红外脉调制信号由微处理器U1产生，并自其19脚输出到场效应管Q12的控制栅极，38K红外载波信号经过电阻R10到场效应管Q12的漏极、与控制栅极的红外脉调制信号混调产生红外码遥控信号。红外码遥控信号经过六路反向器U6的脚5、脚6、脚8、脚9缓冲放大后到电阻R11，再经过三极管Q11的驱动放大输出到连接器CON1的脚4、脚5外接红外发射管（图中未示出），由红外遥控信号经过发射管发射遥控码控制空调依据本智能控制器1的控制程序或模型运行于节能状态。
智能控制器1主要包括型号为CC2530的微处理器芯片U1及其相应的外围电路。分别由微处理器U2的脚32和脚33构成智能控制器1的运行实时（或运行时段）时间电路6输入端，脚15和脚16构成智能控制器1的环境温湿度检测电路3的输入端，脚19构成智能控制器1的红外码发射电路的红外码摇控信号输出的红外脉冲调制信号控制端。由微处理器U2的脚12构成智能控制器1的摇控信号接收电路2的输入端。由微处理器U1的智能控制器1的微处理器U1的脚11和脚17构成智能控制器1的空调的耗电量（功率和用电量）检测电路的输入端。
本发明的空调的智能节能运行控制装置还包括一无线通讯电路5，如图1所示，无线通讯电路5主要包括微处理器U1的部分电路，以及主要包括电感器L13和电容器C7、C8和C9等的阻抗匹配电路。无线通讯信号由微处理器U1产生后，通过微处理器U1的脚25、脚26到输出线圈L1、L8再到型号为CC2591的无线信号收发芯片U5的脚2、脚4，无线通讯信号经过无线信号收发芯片U5放大后从其脚11输出，经阻抗匹配电路L13、C7、C8、C9耦合到天线A1上，通过天线将无线通讯信号发出到接收设备，接收设备将通讯数据在用户的电脑或手机上显示出来。
本发明的空调的智能节能运行控制装置还包括开关电源电路，如图2所示，其开关电源电路为一无光藕反馈电路的开关电源电路。无光藕反馈电路的开关电源电路可以输出其接地端相互分隔的两路或三路供电电压，其中一路供电电压可为微处理器U1等相关器件或空调提供工作电源，另一路为空调功率和耗电量检测电路7提供工作电源；两路供电电源具有不同的接地端，可避免对空调功率和耗电量检测电路7产生干扰。
无光藕反馈电路的开关电源电路包括开关电源芯片U3、开关变压器M2及其相应的外围元件构成的无光藕反馈电路的开关电源电路；其外围元件包括串接于外部220V交流电源与开关电源电路的初级绕组Np的脚1之间的输入电阻R21、整流二极管D5，以及并接于开关变压器的相应的输入端1的滤波电容C33、C34等。开关电源芯片U3的型号为LN1F03A。220VAC交流经过R21、D5以及滤波L2、C33和C34等组成的整流滤波电路变成280V左右直流电压，整流后的280V直流电压通过开关变压器M2的初级绕组的脚1和脚3送到开关电源芯片U3的脚5和脚6，通过开关电源芯片U3等产生60KHZ左右开关信号，进而由开关电源芯片U3与开关变压器等实现电到磁再到电的转化。包括开关电源芯片U3与开关变压器等相应的外围电子元器件构成的无光藕反馈电路的开关电源电路同时输出两路脉冲电压，其中一路脉冲电压由开关变压器M 2的一次级绕组NS的脚7和脚9输出，并由与该脚9连接的整流二极管D 7、以及连接于整流二极管D7的负极和次级绕组Ns的脚7之间的滤波电容器C21等整流滤波后输出直流5V电压，供微处理器U1等作为工作电源；其中另一路脉冲电压自开关变压器M 2另一次级绕组Na两端输出，并通过连接于开关变压器M 2的次级绕组Na的脚5与脚 4之间整流二极管D 15和电容器C20整流滤波后，自滤波电容器C20的正极输出直流12V电压，滤波电容器C20的正极和整流二极管D 15的负极与开关电源芯片3的脚 3连接，自滤波电容器C53的正极输出直流12V电压至开关电源芯片U3作为其工作电源；开关变压器M 2的次级绕组Na的脚5同时与整流二极管D6正极连接，整流二极管D6的负极与开关变压器M 2的次级绕组Na的脚4之间连接有滤波器C38、C39，整流二极管D6的负极还与型号为 HT7550-1 SOT23-5的线性稳压芯片U11的脚2连接；开关变压器M 2的次级绕组Na的脚5输出的脉冲电压还通过整流二极管D6和滤波器C38、C39等输出12V直流电压再经线性稳压芯片U11降压稳压后、自线性稳压芯片U11脚3输出5V到空调功率和耗电量检测电路7作为其工作电源。开关变压器M2的次级绕组Na的脚4和次级绕组Ns的脚7分别作为两路输出电压的接地端。开关变压器M2的次级绕组Na的脚4构成空调功率和耗电量检测电路7和开关变压器M2初级绕组的输入回路的公共地端。
本开关电源电路设有电压负反馈电路，负反馈电路包括开关电源芯片U3、连接于开关电源芯片U3的脚4与空调功率和耗电量检测电路7的公共地端之间的反馈电阻R26、串接于开关变压器M2的次级绕组Na的脚5与脚4（空调的功率和耗电量检测电路7的公共地端）之间的反馈电阻R27、R28等，开关电源芯片U3的脚7连接于反馈电阻R27和R28的公共连接点之间。通过反馈电阻R26可调整设置开关电源输出电流大小。
当用户操作空调的时候，遥控器发射出的红外码信号被红外码接收电路接收，再传送给智能控制器1，由智能控制器1的微处理器进行解码，获取到用户当前对空调的遥控动作（即当前对空调的操作），由微处理器通过其空调节能运行控制模型或程序对空调当前的包括运行时间或时段、空调室内温度和湿度、以及空调的功率消耗状态等的运行状态和环境进行综合分析判断，再根据判断结果确定是否需要对空调的现行运行状态进行调整改变，当判断发现与当前运行时间段、空调室内的当前温度和湿度与应有的节能运行模式不相符时，则认定空调运行于能源浪费状态或故障状态，微处理器将输出一控制信号给红外码发射电路，由红外码发射电路发射红外编码（信号）控制空调改变运行状态，使其运行于适合于当前的最佳节能状态。进而避免或减少能源浪费和/或诊断故障原因。并且还可通过无线通讯电路5将空调运行状态信息或故障信息远程发送给用户。
其具体节能控制模式实例：夏天用户在加打开了房间的空调并设置到18摄氏度，一直没有关空调。本空调节能运行控制装置将作如下运行控制：在空调于用户设置的18度运行1小时后将空调温度自动调整到21度，如果再继续运行到夜晚11点后，则自动调整温度到23度，从而实现节能。  其具体控制过程：用户用遥控器控制遥控空调后，摇控信号接收电路2对红外接收头接收到的相关信号送到微处理器U1的12脚，微处理器U1的MCU对其进行解码等处理后，获知用户当前设置空调是制冷18度；同时，微处理器U1通过脚32、脚33获得运行实时时间电路的时钟信号、通过运算处理产生实时时间，U1微处理器记录当前时间，当微处理器U1的实时时间走到两小时后， U1微处理器控制红外码发射电路通过红外发管发射信号控制将空调设置温度调整到21度。同理到晚上11点后再将温度调升到23度。
其具体故障诊断实例： 当空调出现不制冷故障，将自动检测出故障。  用户用遥控器控打开空调制冷，由摇控信号接收电路2的红外接收头获取到摇控操作信号、经过U1微处理器解码获取到用户对空调的设置信息。程序记录下当前实时时间和通过温湿度传感芯片获取到当前的环境温湿度，微处理器每隔10分钟获取一次温湿度，当空调出现故障不制冷时，环境温度将不会明显或不会按正常下降速率下降，如果连续2小时检测环境实际温度一直没有下降，说明空调出现故障。即空调的智能节能运行控制装置自动发现故障。