关于空调智能节电器设计开发的探讨

[摘 要]能源环境是近年来世界发展中关注的一个焦点问题。为了实现节能、可持续发展的实现，人们在多个领域实现了技术的创新，针对人们生活中能源消耗比较大的空调也应开发一种节电器，减少能源的消耗。本文就对一种空调智能节电器的开发进行了详尽的说明和探索，为更好的能源节约开发了一种新的设备，该设备在之后的市场中也会获得较好的发展前景。

[关键词]空调智能节能器；节电模式；设计开发

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0083-01

能源的不断耗竭、能源价格的不断上涨使世界各国都认识到了节能的重要性，国家也在各个方面加大对节能的关注，这为节能产品的发展创造了良好的市场需求和环境。本文研制的空调智能节电器，通过优化空调压缩机运行曲线，充分利用空调制冷的剩余冷（热）量来提高制冷（热）效率，在提供舒适室温的同时实现节电效果，节电率可达到15%-45%；同时，根据昼夜室内外温差的不同，可通过按键或遥控器自行设定节电率，方便用户使用；另外，由于节电器降低了空调压缩机的启停次数，从而有效地延长空调设备的使用寿命。

一、空调节电器基本原理

1.气候区划确定相应电模式：《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）将我国气候区划系统分为五个区，分别为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。我国地域广阔，气候变化多样。

2.室内外温差自动调整节电率：在控制室内温度达到目标值的同时，室外温度是不断变化的。根据室内外昼夜温差变化规律，将一天24h分为多个时段，节电器自动调整节电率，优化压缩机的运行曲线，充分利用空调制冷（热）的剩余的冷（热）量，有效避免压缩机的频繁启动，达到节约电能的目的。

3.温度越限自动切换节电状态：根据人体舒适度要求，设定温度的上限28℃，下限22℃，在温度模块的作用下，检测室内温度是否越限，超出上限，自动切换至非节电状态，超出下限，自动切换至节电状态。

二、空调节电器软硬件设计

（一）空调节电器硬件设计节电器硬件如图1所示。

1.MCU模块

采用HT48R70A-1是一款八位高性能精简指令集单片机，专为多输入输出控制的产品设计。拥有低功耗、I/O口稳定性高、定时器功能、振荡选择、省电和唤醒功能、看门狗定时器、蜂鸣器驱动以及低价位等优势，使此款多功能芯片可以广泛地适用于各种应用，在本产品中，采用的是它的48pinSSOP封装。

2.状态显示及参数设置模块

节电器在运行时需要设置2个参数值：节电模式和当前时间，控制模块将根据这两个参数对空调的压缩机进行控制，从而达到节电的目的。在电路中设置了3个按键，按键A、B用于参数的选择，按键C用于参数的调节。电路中的5个数码管用来循环显示当前时间、室内温度以及节电率，2个发光二极管用来指示节电器及空调的工作状态。

3.电源模块

本节电器工作电压为5V和12V，为获得需要的工作电压同时节省制版空间，系统采用开关电源的设计。开关电源体积较普通的电源模块小，且损耗功率也较少，其效率可达80%以上。根据空调节电器自身的功率消耗，本文设计的开关电源输出功率≤3W。

4.遥控模块

遥控器的3个按键功能是与节电器上的按键相对应。节电器内部解码芯片是SC2272-M4，属于固定编码遥控方式。SC2272是与SC2262配对使用的一块遥控解码专用集成电路，采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址管脚，可支持多达531441个地址的编码[2]。SC2272的数据输出类型可分为锁存型和瞬态型。结合节电器上按键的特点，选择瞬态型的SC2272遥控解码芯片。

5.空调压缩机动作控制模块

根据空调压缩机的运行特性及人体对温度的感适能力，通过一个继电器控制空调内压缩机的运行状态，从而优化了空调压缩机的运行曲线，达到调控温度及节省电能的功能。此外，继电器只控制压缩机的运行状态，并不控制空调室外机的启停；所以，当空调压缩机停止时，空调的室外风机仍将工作，这样就能充分利用空调中的余冷（热），从而达到很好的节电效果。

6.温度检测模块

采用的DS18B20芯片是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式。它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控制系统。

7.实时时钟模块

为了获得节电器控制运行所需要的精确时间，采用兴威帆公司生产的高精度实时时钟芯片SD2300API，它内置晶振，具有两线式串行接口。

（二）空调节电器软件设计

空调节电器对实时性要求不高，对程序运行时间的精确度也没有很严格的要求，因此本文采用C语言编程。程序用C语言编写可读性增强，同时维护较为方便。程序流程图如图2。

程序根据功能可分为6个模块：

1.初始化模块

上电复位后，系统立即执行初始化程序，其中包括对定时计数器TIME1的初始设置及读取E2PROM中的节电参数，并把节电参数赋给计数器变量，同时初始化显示数据，设定系统中断允许，启动TIME1。

2.键码采集模块

电路上有4个功能键（遥控器上的4个按键与其对应），程序中采用循环查询的方式获取键码。

3.按键处理模块

电路上有3个功能键（遥控器上的3个按键与其对应），程序中采用循环查询的方式获取键码。按键的处理主要是对实时时钟的校验，以及用户所处的地区模式的设置，采取边调节边存储，并以点亮小数点标识被调节的参数。

4.参数保存模块

当用户改变参数设置的时候，新的参数值将同时存入E2PROM中。电路中采用的E2PROM芯片是Cat1161，在对Cat1161进行读写操作时最重要的是对读写时序的控制。

5.显示模块

节电器上的2个LED指示灯、5个数码管，根据当前时间、室内温度、节电率、工作状态动态显示相关信息，其中数码管采用动态扫描的方式显示。空调压缩机控制模块空调压缩机控制集成在TIME0中断处理中，当TIME0的计数值为0的时候，CPU将对继电器发出相应的指令，从而控制空调压缩机的启动。

三、结语

智能空调技能器的设计主要通过空调压缩机运行曲线的优化，来实现空调、冰柜的节电功能，同时还可适当调整节电率，延长空调使用寿命，并具备高可靠性和较好的节电效果，适合市场需求和社会未来发展，因此显示出了广阔的市场发展前景。

参考文献

[1] 赵风林.基站空调节电器的原理及应用[J].山东通信技术，2010，03：41-43.

[2] 郭学武，邵玉槐.智能节电器运行分析[J].电力学报，2008，02：161-163.