电力线载波式温控型中央空调计费器.pdf

本发明涉及一种中央空调计费器，特别是涉及一种电力线载波式温控型中央空调计费器，含有中央处理、电力载波通讯、温度采集、风机盘管运行控制、按键控制、用户操作显示模块，中央处理模块含有CPU、存储器及监时器，CPU的四个并口分别与存储器的SDA、SCL、监时器的WD1、REST连接，CPU的RXD、TXD口分别与电力线载波通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，电力线载波通讯模块的输出端与单相电网AC220V/50Hz连接，温度采集模块的输出端与CPU的T1口连接，风机盘管运行控制模块的四个控制端分别与CPU的四个并连接，按键控制模块的二个输出端分别与CPU的INT1、T0口电连接，整个电路结构简单，计量准确，对用户收费科学合理，用户操作直观、方便，节约用电，降低负荷，延长设备寿命。

1.  一种电力线载波式温控型中央空调计费器，含有中央处理模块，电力载波通讯模块或485总线通讯模块，温度采集模块，风机盘管运行控制模块，按键控制模块，用户操作显示模块，电源模块向各部分提供工作电源，其特征是：中央处理模块含有CPU、存储器及监时器，CPU的三个并口分别与存储器的SDA、SCL，监时器的WD1电连接，CPU的复位端与监时器的复位端电连接，CPU的INTO口与遥控接收电路电连接，CPU的RXD、TXD口，分别与电力线载波通讯模块的对应接口RXD、TXD电连接，电力线载波通讯模块的输出端与单相电网AC220V/50HZ电连接，温度采集模块的输出端与CPU的T₁口电连接，风机盘管运行控制模块的四个控制端分别与CPU的四个并口电连接，按键控制模块的二个输出端分别与CPU的INT₁、T₀口电连接。

2.  根据权利要求1所述的计费器，其特征是：风机盘管运行控制模块中，与CPU的四个并口连接的控制端，各通过一电阻与各回路中的光电隔离器输入端中二极管的负极电连接，二极管正极通过一电阻接电源正极，各光电隔离器的输出端中，一端与各双向可控硅的栅极电连接，另一端通过一电阻，与各控制输出端电连接。

3.  根据权利要求1所述的计费器，其特征是：RS485总线通讯模块，其RXD、TXD口与CPU的对应接口电连接，RE口与CPU的RD口电连接。

4.  根据权利要求1或2或3所述的计费器，其特征是：CPU，存储器及监时器分别为89C2051、AT24C01A和MAX813L，89C2051的16、19脚、17、脚分别与AT24C01A的5、6脚和MAX813L的6脚电连接，89C2051的6脚与遥控接收电路电连接，89C2051的1脚与MAX813L的7脚电连接。

5.  根据权利要求1或2或3所述的计费器，其特征是：电力载波通讯模块芯片为LY9801，其16、17脚分别与89C2051的2、3脚电连接。

6.  根据权利要求1或2或3所述的计费器，其特征是：风机盘管运行控制模块的控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4分别与89C2051的15、14、13、12脚电连接。

7.  根据权利要求1或2或3所述的计费器，其特征是：按键控制模块中接点KEY1、KEY2分别与89C2051的7、8脚电连接。

8.  根据权利要求1或2或3所述的计费器，其特征是：温度采集模块中集成电路为CD555，其3脚输出端与89C2051的9脚电连接。

9.  根据权利要求1或2或3所述的计费器，其特征是：CPU为P89LPC92系列，其1、2脚，3、4脚与AT24C01A的6、5脚，MAX813L的6、7脚电连接，P89LPC92的12、11脚与LY9801的16、17脚电连接，P89LPC92的13脚与CD555的3脚电连接，P89LPC92的20、19、18、17脚与风机盘管运行控制模块的四个控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4电连接，P89LPC92的8、10脚与按键控制模块的二个输出端KEY1、KEY2电连接。

10.  根据权利要求1或2或3所述的计费器，其特征是：CPU型号为89C51、8051、8751、8031，其管脚相同，8、5脚，6、9脚与AT24C01A的6、5脚，MAX813L的6、7脚电连接，89C51的11、10脚与LY9801的16、17脚电连接，89C51的15脚与CD555的3脚电连接，89C51的4、3、2、1脚与风机盘管运行控制模块的四个控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4电连接，89C51的13、14脚与按键控制模块的二个输出端KEY1、KEY2电连接，通过功能定义，实现89C51、8051、8751、8031各功能脚等同的CPU型号，48、80、68、98、52、51系列芯片。

电力线载波式温控型中央空调计费器
一.技术领域：本发明涉及一种中央空调计费器，特别是涉及一种电力线载波式温控型中央空调计费器。
二.背景技术：目前许多大厦和住宅楼采用中央空调降温和增温，随之而来的管理和对用户收费问题就显而易见，中央空调运行所发生的各种费用主要包括以下几个方面：
1)空调系统运行所用的费用(包括冷水机组、冷却塔、水泵等设备的电费)。
2)空调系统补充用水的水费。
3)空调系统的人工操作、管理费。
4)空调系统的设备折旧费。
5)空调系统的维护、维修费。
6)空调系统的其他各项附加费、物业管理费等。
可以看出中央空调收费项目繁多，如何对中央空调更方便的管理和对每个用户的科学、合理收费？近年来，工程技术人员研制了一些中央空调计费器，例如，本申请人设计的专利：ZL专利号01251884.0、公告号CN2495941Y，专利名称：状态时间型中央空调计费器和ZL专利号03245602.6、公开号2620832，专利名称：中央空调计费器，还有其它：专利申请号：98120182.2，公告号CN1252522A，专利名称：冷暖量计量系统及其专用计量表装置，ZL专利号：97217697.7，公告号CN2287718Y，专利名称：中央空调用户使用空调冷热量的计量装置等，这些虽然对中央空调分户计费产生了一定的积极效果，但还存在一些缺陷，如用户使用时对操作显示不太直观，用起来不太方便，整个用户网的信息传送须要布网络线，成本较高等。
三.发明内容：本发明的目的是：为了克服现有技术存在的问题，设计出电力线载波式温控型中央空调计费器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电力线载波式温控型中央空调计费器，含有中央处理模块，电力载波通讯模块或485总线通讯模块，温度采集模块，风机盘管运行控制模块，按键控制模块，用户操作显示模块，电源模块向各部分提供工作电源，中央处理模块含有CPU、存储器及监时器，CPU的三个并口分别与存储器的SDA、SCL，监时器的WD1电连接，CPU的复位端与监时器的复位端电连接，CPU的INTO口与遥控接收电路电连接，CPU的RXD、TXD口，分别与电力线载波通讯模块的对应接口RXD、TXD电连接，电力线载波通讯模块的输出端与单相电网AC220V/50HZ电连接，温度采集模块的输出端与CPU的T₁口电连接，风机盘管运行控制模块的四个控制端分别与CPU的四个并口电连接，按键控制模块的二个输出端分别与CPU的INT₁、T₀口电连接。
风机盘管运行控制模块中，与CPU的四个并口连接的控制端，各通过一电阻与各回路中的光电隔离器输入端中二极管的负极电连接，二极管正极通过一电阻接电源正极，各光电隔离器的输出端中，一端与各双向可控硅的栅极电连接，另一端通过一电阻，与各控制输出端电连接。
RS485总线通讯模块，其RXD、TXD口与CPU的对应接口电连接，RE口与CPU的RD口电连接。
CPU、，存储器及监时器分别为89C2051、AT24C01A和MAX813L，89C2051的16、19脚、17、脚分别与AT24C01A的5、6脚和MAX813L的6脚电连接，89C2051的6脚与遥控接收电路电连接，89C2051的1脚与MAX813L的7脚电连接。
电力载波通讯模块芯片为LY9801，其16、17脚分别与89C2051的2、3脚电连接。
风机盘管运行控制模块的控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4分别与89C2051的15、14、13、12脚电连接。
按键控制模块中接点KEY1、KEY2分别与89C2051的7、8脚电连接。
温度采集模块中集成电路为CD555，其3脚输出端与89C2051的9脚电连接。
CPU为P89LPC92系列，其1、2脚，3、4脚与AT24C01A的6、5脚，MAX813L的6、7脚电连接，P89LPC92的12、11脚与LY9801的16、17脚电连接，P89LPC92的13脚与CD555的3脚电连接，P89LPC92的20、19、18、17脚与风机盘管运行控制模块的四个控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4电连接，P89LPC92的8、10脚与按键控制模块的二个输出端KEY1、KEY2电连接。
CPU型号为89C51、8051、8751、8031，其管脚相同，8、5脚，6、9脚与AT24C01A的6、5脚，MAX813L的6、7脚电连接，89C51的11、10脚与LY9801的16、17脚电连接，89C51的15脚与CD555的3脚电连接，89C51的4、3、2、1脚与风机盘管运行控制模块的四个控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4电连接，89C51的13、14脚与按键控制模块的二个输出端KEY1、KEY2电连接，通过功能定义，实现89C51、8051、8751、8031各功能脚等同的CPU型号，如48、80、68、98、52、51系列芯片。
本发明的积极有益效果：
1.本发明集成了中央空调温控器和中央空调计费的双重功能，使空调计费以用户的实际使用，和用户房间温度地设定为依据，而更加科学。
2.本发明实现了科学计量，
根据热力学公式；Q＝∫cΔTV＝∫c(T₂-T₁)qt
                    ΔT＝T₂-T₁         V＝qt
Q：消耗(即风机盘管带走)的冷量或热量    ΔT：风机盘管出进口温差
C：比热                                 T₂：风机盘管出口温度
q：流量                                 T₁：风机盘管进口温度
t：风机盘管的运行时间                   V：体积
本发明电力线载波式温控型中央空调计费器，正是基于这一原理进行工作的，在有效果的空调时间内，同步检测风机盘管的不同风速累计运行的时间，乘以不同风速所消耗的功率，可得出其所耗能量，将不同风速所消耗的能量相加后，乘以能量单价，即可实现科学计量。
热力学公式中C、(T₂-T₁)、q可为风速的综合系数，在标准情况下为中央空调风机盘管各档位的换热功率P(冷表量)，即Q＝Pt，根据这一原理，可计算出每个用户单位时间带走的冷、热量值，从而确定能量单价，所以本发明在根据室内温度的高低和用户设定的温度值，自动控制中央空调风机盘管运行的同时，计量有效果的空调工况时间内，风机盘管各档位的空调使用时间t乘以中央空调风机盘管各档位的表冷量P，得出中央空调风机盘管各档位所消耗的能量，将风机盘管各档位所消耗的能量相加后，乘以能量单价，即为用户所交的费用，实现了科学计量收费。
3.本发明电路结构简单，容易实施，成本低。
4.本发明的通信电路中，信息传送是通过电力线载波方式，实现集中抄表，安装时节省了传统集中抄表必须另外部线的工艺，节约了大量的网络通讯线，和施工费用，大幅度降低安装劳动强度和工作量，大幅度降低安装成本。
5.本发明的用户终端功能、状态显示直观、操作十分方便，能促进用户合理消费，节约能源，降低负荷，延长设备的使用寿命。
四.附图说明：
图1.电力载波式温控型中央空调计费器应用示意图
图2.电力载波式温控型中央空调计费器工作程序逻辑示意图
图3.电力载波式温控型中央空调计费器功能总模块示意图
图4.电力载波式温控型中央空调计费器风机盘管运行控制模块原理示意图
图5.电力载波式温控型中央空调计费器按键控制模块原理示意图
图6.电力载波式温控型中央空调计费器监时器示意图
图7.电力载波式温控型中央空调计费器核心CPU示意图
图8.电力载波式温控型中央空调计费器存储器示意图
图9.电力载波式温控型中央空调计费器电力载通讯模块原理示意图
图10.电力载波式温控型中央空调计费器室内温度采集模块原理示意图
图11.电力载波式温控型中央空调计费器电源模块原理示意图一
图12.电力载波式温控型中央空调计费器电源模块原理示意图二
图13.电力载波式温控型中央空调计费器RS485总线通讯模块原理示意图
图14.电力载波式温控型中央空调计费器核心CPU示意图之二
图15.电力载波式温控型中央空调计费器核心CPU示意图之三
五.具体实施方式：
实施例一：参见图1、4、5、6、7、8、9、10、11、12，图中：1为中央空调用户室内风机盘管，2为回水管，3为进水管，4为电磁阀，5为用户操作显示屏，VC220L₂、N线为220V/50HZ电网，H、M、L线为风机盘管中，高、中、底风速的电力线，其对应连接于风机盘管运行控制模块中的输出端OUT1、OUT2、OUT3，F为电磁阀电力线，对应连接于风机盘管运行控制模块中的输出端OUT4，U5为CPU，U6为存储器，U7为监时器，U8为电力载波芯片，U9为时基电路，U10为三端稳压器，电源模块向各控制电路提供工作电源，当中央空调系统运转中，用户根据需要选定操作显示屏5上的相应功能，并设定温度值后，即通过按键控制模块对CPU输入相应的指令，按键控制模块将指令从KEY1、KEY2输出至CPU的INT1、T0口，CPU根据接受的指令进行运算处理后，执行指令，从对应的四个并口中的两个，输出控制信号，给风机盘管运行控制模块中对应的控制端，风机盘管运行控制模块相应回路得到控制信号后，推动相应执行电路，分别将220V/50HZ电网中，AC220L₂线与OUT4和OUT1、OUT2、OUT3中的一路连通，将电磁阀4和对应风速的风机打开，进水管3中有循环水进入，通过风机盘管1将冷或热量送出后，从回水管2流出，根据用户选定的功能开始制冷或制热，即风机盘管1出风口有相应的冷风或热风以用户选定的风速吹出，与此同时开始计时，当室内温度达到设定的温度后，由温度采集模块将采集到的这一信息，从其输出端送入CPU的T1口，CPU与用户的指令比较后，将电磁阀4和风机关闭，进水管3、回水管2中无水流动，此时，本次运转计时由存储器保存，这一信息CPU通过RXD、TXD口，送给电力载波通讯模块，电力载波通讯模块从其输出端，经过220V/50HZ电网，与中央空调收费主机联系，当室内温度回升或下降至设定的温度后，根据以上工作原理，电磁阀4打开，进水管3中有循环水进入，通过风机盘管1后从回水管2流出，开始制冷或制热，过程同上，如此循环。
实施例二：参见图4、5、6、7、 8、9、10、11、12，CPU的三个并口分别与存储器的SDA、SCL，监时器的WD1电连接，CPU的INTO口与遥控接收电路电连接，CPU的RXD、TXD口分别与电力线载波通讯模块的对应接口RXD、TXD电连接，电力线载波通讯模块的输出端与单相电网AC220V/50HZ电连接，温度采集模块的输出端与CPU的T₁口电连接，风机盘管运行控制模块的四个控制端分别与CPU的四个并口电连接，按键控制模块的二个输出端分别与CPU的INT₁、T₀口电连接。
风机盘管运行模块中，与CPU的四个并口连接的控制端，通过一电阻与光电隔离器输入端中二极管的负极电连接，二极管正极通过一电阻接电源正极，光电隔离器的输出端中，一端与双向可控硅的栅极电连接，另一端通过一电阻，与控制输出端电连接。
电源模块向系统提供工作电源，当中央空调系统开始运转时，用户根据室内温度，用操作显示屏5上的按键，或遥控器，选定操作显示屏5上的相应功能，并设定温度值后，这一信息通过按键控制模块输出端KEY1、KEY2送入CPUU1的两个并口INT1、TO，CPUU1根据用户选定的功能和设定值与温度采集模块U5输出端DO、风机盘管运行控制模块控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4送入的信息进行比较后，输出相应的控制信号去推动控制执行电路(制冷或采暖)，CONT1、CONT2、CONT3控制高、中、低风速，CONT4控制安装在中央空调风机盘管进或出水管上的电磁阀，与此同时，在有效果的空调时间内，同步检测风速状态，并将状态信号分别累计计时存储，当室内温度达到用户设定的温度值后，CPU根据温度采集模块提供的这信息输出相应的控制信号，使风机盘管运行控制模块停止工作，同时计时结束，CPU根据已存的单位时间的费用，乘以累计运行的时间运算出合理的费用，此信息通过CPU的串口RXD、TXD与电力载通讯模块的相应端口连通，通过电力载波通讯模块的输出端，送入220V/50HZ电网连接至中央空调计费主机，中央空调计费主机根据获取的信息进行数据库管理，将用户所消耗的冷(热)量转变为以时间为单位的清单，确定不同风机盘管的时间单价，计算出风机盘管的费用，CPU及存储模块可将计量信息保存。
实施例三：参见图4、5、6、7、8、9、10、11、12，CPU、存储器及监时器分别可为89C2051、AT24C01A和MAX813L，89C2051的16、19、17、脚分别与AT24C01A的5、6脚和MAX813L的6脚电连接，89C2051的6脚与遥控接收电路电连接，89C2051的1脚与MAX813L的7脚电连接。
电力载波通讯模块中电路为LY9801，其17、16脚分别与89C2051的2、3脚电连接。
温度采集模块电路为CD555，其输出端3脚与89C2051的9脚电连接。
风机盘管运行模块的控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4分别与89C2051的15、14、13、12脚电连接。
按键控制模块中接点KEY1、KEY2分别与89C2051的7、8脚电连接。
电源模块向系统提供工作电源，当中央空调系统开始运转时，用户根据室内温度，用操作显示屏5上的按键，或遥控器，选定操作显示屏5上的相应功能并设定温度值后，这一信息通过按键控制模块输出端KEY1、KEY2送入89C2051的7、8脚，89C2051根据用户选定的功能和设定值与温度采集模块CD555的3脚、风机盘管运行控制模块控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4送入的信息进行比较后，从15、14、13、12脚输出相应的控制信号去推动控制执行电路进行制冷或采暖，15、14、13脚控制风机盘管的高、中、低风速，12脚控制安装在中央空调风机盘管进或出水管上的电磁阀，与此同时，在有效果的空调时间内，同步检测风速状态，并将状态信号分别累计计时存储，当室内温度达到用户设定的温度值后，89C2051根据温度采集模块CD555的3脚送至9脚的这信息，分别从12、13、14、15脚输出相应的控制信号，控制风机盘管运行控制模块的工作，CPU根据已存的单位时间的费用，乘以累计运行的时间运算出合理的费用，此信息通过89C205的2、3脚与LY9801的17、16脚连通，通过电力载波通讯模块的信号处理后，从其输出端送入220V/50HZ电网，连接至中央空调计费主机，中央空调计费主机根据获取的信息进行数据库管理，将用户在有效果的时间内，所消耗的冷(热)量，转变为以时间为单位的清单，确定不同风机盘管的时间单价，计算出风机盘管的费用，CPU及存储模块可将计量信息保存。
实施例四：参见图4、5、6、7、8、9、10、11、12、14，本实施例是在实施例二、三的基础上进行了改动，本实施例中代号与实施例二、三相同的，代表器件相同，其工作原理相同，功能相同，不再重述，其改动是：用型号为P89LPC92系列的CPU代替型号为89C2051的CPU，P89LPC92的1、2脚，3、4脚与AT24C01A的6、5脚，MAX813L的6、7脚电连接，P89LPC92的12、11脚与LY9801的16、17脚电连接，P89LPC92的13脚与CD555的3脚电连接，P89LPC92的20、19、18、17脚与风机盘管运行控制模块的四个控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4电连接，P89LPC92的8、10脚与按键控制模块的二个输出端KEY1、KEY2电连接。
电源模块向系统提供工作电源，当中央空调系统开始运转时，用户根据室内温度，用操作显示屏5上的按键，或遥控器，选定操作显示屏5上的相应功能并设定温度值后，这一信息通过按键控制模块输出端KEY1、KEY2送入P89LPC92的8、10脚，P89LPC92根据用户选定的功能和设定值与温度采集模块CD555的3脚、风机盘管运行控制模块控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4送入的信息进行比较后，从20、19、18、17脚输出相应的控制信号去推动控制执行电路进行制冷或采暖，20、19、18脚控制风机盘管的高H、中M、低L风速，17脚控制安装在中央空调风机盘管1进或出水管上的电磁阀4，与此同时，在有效果的空调时间内，同步检测风速状态，并将状态信号分别累计计时存储，当室内温度达到用户设定的温度值后，P89LPC92根据温度采集模块CD555的3脚送至13脚的信息，分别从20、19、18、17脚输出相应的控制信号，控制风机盘管运行控制模块的工作，CPU根据已存的单位时间的费用，乘以累计运行的时间运算出合理的费用，此信息通过P89LPC92的12、11脚与LY9801的16、17脚连通，通过电力载波通讯模块的信号处理后，从其输出端送入220V/50HZ电网，连接至中央空调计费主机，中央空调计费主机根据获取的信息进行数据库管理，将用户在有效果的时间内，所消耗的冷(热)量，转变为以时间为单位的清单，确定不同风机盘管的时间单价，计算出风机盘管的费用，CPU及存储模块可将计量信息保存。
实施例五：参见图4、5、6、7、8、9、10、11、12、15，本实施例是在实施例二、三的基础上进行了改动，本实施例中代号与实施例二、三相同的，代表器件相同，其工作原理相同，功能相同，不再重述，其改动是：用型号为8051的CPU代替型号为89C2051的CPU，8051的5、8脚，6、9脚与AT24C01A的5、6脚，MAX813L的6、7脚电连接，8051的10、11脚与LY9801的17、16脚电连接，8051的15脚与CD555的3脚电连接，8051的4、3、2、1脚与风机盘管运行控制模块的四个控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4电连接，8051的13、14脚与按键控制模块的二个输出端KEY1、KEY2电连接。
当中央空调系统开始运转时，电源模块向系统提供工作电源，用户根据室内温度，通过操作显示屏5上的按键，或遥控器，选定操作显示屏5上的相应功能并设定温度值后，这一信息通过按键控制模块输出端KEY1、KEY2送入8051的13、14脚，8051根据用户选定的功能和设定值与温度采集模块CD555的3脚、风机盘管运行控制模块控制端CONT1、CONT2、CONT3、CONT4送入的信息进行比较后，从1、2、3、4脚输出相应的控制信号去推动控制执行电路进行制冷或采暖，4、3、2脚控制风机盘管的高H、中M、低L风速，1脚控制安装在中央空调风机盘管1进或出水管上的电磁阀4，与此同时，在有效果的空调时间内，同步检测风速状态，并将状态信号分别累计计时存储，当室内温度达到用户设定的温度值后，8051根据温度采集模块CD555的3脚送至15脚的信息，分别从1、2、3、4脚输出相应的控制信号，控制风机盘管运行控制模块的工作，CPU根据已存的单位时间的费用，乘以累计运行的时间运算出合理的费用，此信息通过8051的10、11脚与LY9801的16、17脚连通，通过电力载波通讯模块的信号处理后，从其输出端送入220V/50HZ电网，连接至中央空调计费主机，中央空调计费主机根据获取的信息进行数据库管理，将用户在有效果的时间内，所消耗的冷(热)量，转变为以时间为单位的清单，确定不同风机盘管的时间单价，计算出风机盘管的费用，CPU及存储模块可将计量信息保存。
实施例六：参见图4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15本实施例是在实施例二、三、四、五的基础上进行了改动，本实施例中代号与实施例二、三、四、五相同的，代表器件相同，其工作原理相同，功能相同，不再重述，其改动是：通讯可采用485总线模块代替电力载波模块，其RXD、TXD口与CPU对应RXD、TXD口连接，其COMA、COMB口各通过一电阻后并连一电阻与上(下)位机连接。
485芯片可采用MAX487，其1、4、2脚与89C2051的2、3、11脚连接，或与P89LPC92的12、11、16脚连接，或与8051的10、11、17脚连接，其6、7脚各通过一电阻后并连一电阻与上(下)位机连接。