一種基于三相空調智能化控制及節能管理的控制器的制作方法

本發明涉及空調控制器技術領域，具體的說涉及一種基于三相空調智能化控制及節能管理的控制器。

背景技術：

隨著生活水平提高，在很多公共場所，如學校、機關事業單位、酒店等，都安裝了3P～5P的大功率空調，舒適度提高了，從而更好的工作學習。但是傳統的大功率空調安裝方法是直接拉三相電源，通過空氣開關，接通空調電源，但是大功率空調的管理使用需要專人負責。

現有技術的大功率空調存在以下缺陷：沒有專門針對大功率空調的能耗統計，不知道空調待機時長、待機功耗、小時平均能耗等，不知道哪些空調本身能耗過高需要更換，也不清楚電費中空調能耗占比；

沒有專門針對大功率空調的運行監控，不能遠程監控空調，無法得知空調開關狀態，不能及時發現并處理故障空調；

沒有專門針對大功率空調的節能管理，能源緊張時無法錯峰用電，節能管理無從下手。

綜上所述，現有技術的大功率空調只處于初級使用階段，需要有專門的管理手段來知其狀況，控其使用，節其能耗。

上述缺陷，值得解決。

技術實現要素：

為了克服現有的技術的不足, 本發明提供一種基于三相空調智能化控制及節能管理的控制器。

本發明技術方案如下所述：

一種基于三相空調智能化控制及節能管理的控制器，其特征在于，包括核心主控、遠程通訊、能耗統計、溫濕度傳感、時鐘模塊、紅外遙控模塊、聯動模塊、接口管理及液晶顯示，所述核心主控分別與所述遠程通訊、所述能耗統計、所述溫濕度傳感、所述時鐘模塊、所述紅外遙控模塊、所述聯動模塊、所述接口管理及所述液晶顯示連接；

遠程通訊，具備高速無線通訊和RS485有線兩種通訊模式，通過連接數據采集網關與后臺控制系統對接，其中無線通訊具備自組網功能，即多個點之間可以互相中繼，互為路由，一臺數據采集網關可以同時連接多個終端，路徑的選擇是綜合了信號質量和鏈路成本，擇優選取，從而保證通訊傳輸的穩定性；

能耗統計，通過電能計量模塊準確控制空調負載的電能使用情況,并且根據功率大小判斷空調狀態，如開機、關機、待機；通過電能計量模塊根據用電指紋信息，分析空調老化狀況和制冷效果，進行自動識別空調負載，而其他非空調負載使用時，所述控制器自動切斷電源，禁止其他非空調負載使用,對空調的每天、每月的用電信息，會生成相應的凍結數據；

溫濕度傳感，設有溫濕度傳感器，通過所述溫濕度傳感器進行調控空調的溫度，做到在不影響舒適度的前提下減少能源的浪費，當環境溫度低于設定啟動最低溫度，則所述控制器會切斷電源，不允許空調使用；當使用的過程中，環境溫度低于設定溫度2℃以上，所述控制器將空調設置回默認溫度或者關閉空調；

時鐘模塊，通過時鐘計時和斷電供電回路在停電狀態下保證時鐘的走時準確，同時進行系統的校時，在不需要用空調的季節或者時段，自動切斷空調電源，在需要用空調的時候可以自動定時啟動、調節、關閉空調；

紅外遙控模塊，具備萬能紅外遙控編碼，所述紅外遙控模塊能夠通過紅外控制各種品牌型號空調，紅外遙控能夠更好的調節管理空調，減少人工現場遙控操作；

聯動模塊，空調控制器通過傳感器進行聯動，從而更好做能效管理，配合人體感應，做到人走自動關閉空調使用，通過門窗聯動，開空調自動關閉門窗，從而更加智能化的控制空調，更好更合理的利用能源；

接口管理，接口包含外接三相電源和空調三相電源，其中空調三相電源需要穿接電流互感器，便于電能計量統計；

液晶顯示，液晶能夠清楚的反映所述控制器的狀態，如開關、費用、溫度等信息，并且具備雙色背光，正常情況一種顏色，報警異常另一種顏色；

核心主控，采用高性能處理器，管理則所有的模塊，并集成各種軟件功能及算法。

進一步的，所述電能計量模塊通過互感器對三相空調的三相電壓電流采樣后，送入電能計量芯片進行處理，并轉化為數字信號送到CPU進行計算，當空調在用電時，CPU根據采集到的數字信號進行電量的統計，支持的電量類型包括：組合有功，正向有功，反向有功，組合無功1，組合無功2。

進一步的，所述控制器通過學習空調各工作狀態的電網參數信息進行自動識別空調負載，并且禁止其他非空調負載使用，所述空調各工作狀態的電網參數信息包括：

1）空調待機狀態：不同規格型號的空調待機功率有一定差別，但一般都小于10w；同一空調待機時功耗比較穩定，波動值小于1w；

2）空調室內機工作，室外壓縮機不工作狀態：同一空調在此狀態時，有功功率，電流值，在一個特定范圍內波動，且與空調設定溫度無關；不同規格型號的空調在此狀態時，差別較大；

3）空調室內機工作，且室外壓縮機工作狀態:室外壓縮機在啟動瞬間，有一個沖擊電流，此電流值大小為此狀態穩態值的2倍以上,同一空調在室外壓縮機工作時，有功功率，電流值會在特定范圍內波動，與空調設定溫度無關，但室外溫度值對此波動有一定的影響。

進一步的，所述紅外遙控模塊的紅外編碼的步驟如下：

1）控制器按照下述順序學習空調遙控器具體的功能按鍵，并通過上位機軟件存儲到紅外遙控模塊中：開空調（16度），關空調（16度），開16度，開17度......開30度；

2）控制器中紅外遙控模塊存放順序為開空調、關空調，開16度，開17度......開30度；

3）存儲成功后，當控制器接收到空調操作命令時，讀取存儲器的編碼命令，再根據編碼的方式通過紅外發射出去，從而控制空調。

進一步的，所述紅外遙控模塊的紅外控制包括：

開空調：控制器接到開空調指令后，發射紅外指令給空調，控制器延時自動采集負載功率數據判斷開機是否成功，然后反饋指令發送操作狀態給后臺系統，若開機失敗進行重發操作，重發3次失敗，記錄操作失敗；

關空調：控制器接到開空調指令后，發射紅外指令給空調，控制器延時自動采集負載功率數據判斷開機是否成功，然后反饋指令發送操作狀態給后臺系統，若開機失敗進行重發操作，重發3次失敗，記錄操作失敗；

調節溫度：控制器接到調節溫度指令后，發射紅外指令給空調，然后反饋指令發送操作狀態給后臺系統。

進一步的，所述控制器通過用能單價和用能量進行預付費管理，當余額充足的時候正常使用，當余額接近報警金額的時候，進行余額不足預警，當余額為0時，跳閘禁止使用。

進一步的，所述預付費管理包括：

充值：充值操作由系統端發起，系統會發出帶有密鑰加密的充值信息，通過網關傳遞給三相空調控制器，控制器進行解碼分析，得出正確充值信息，進行金額充值，并記錄各次充值信息以便查詢；

扣費：通過系統設置空調的的扣費費率，單價設為RMB/kWh；

退費：充值錯誤或者其他等原因，可以由系統發起退費信息，退費金額不可以大于最后一筆充值金額，控制器收到退費信息會進行比較核對，然后進行金額的更改，并應答系統。

進一步的，所述控制器的節能管理包括：

定溫：設置控制器溫度使用下限為26℃，當開啟空調后，會自動比較當前溫度是否降低到了26℃，如果低于等于26℃，會自動設置空調回26℃或者關閉空調；

定時：空調控制器具備時鐘計時功能，通過時鐘進行控制空調允許使用的時段和允許時段內的某時刻自動開關機，允許的時段內設定14條定時遙控空調任務；

定量：空調控制器通過利用預付費功能做定量管理，周期性進行充值，有余額則可以使用，沒有余額將不能使用。

進一步的，所述控制器設有若干個微功率無線模塊，若干個所述微功率無線模塊之間能夠互相組成一個網絡，逐級數據傳遞，最終將數據通到數據采集器，最后傳遞到系統；

所述微功率無線模塊在上電后，與控制器中央處理器通訊，獲得控制器的ID地址，并將此ID地址作為通訊的唯一標識，ID地址在系統、采集器中都是唯一不重復的存在；

所述微功率無線模塊的數據通過其他控制器進行傳遞中繼信號，并最終傳到采集器端，中繼的選擇是根據相鄰信號強度等條件選擇，當某個中繼節點故障異常時，能自動維護，選擇周圍節點，產生新的中繼路徑傳遞數據；

所述微功率無線模塊設有多個工作頻段，能夠自主選擇沒被占用頻道或者干擾最弱頻道。

進一步的，微功率無線模塊為子節點，網關或采集器為主節點，所述微功率無線模塊的入網流程包括：

1）用子節點地址（EUI）申請入網；2）主節點收到子節點申請入網請求MSG，尋找是否有空間保存子節點信息，有則下發MSG_SINK_READY；3）子節點收到主節點下發的MSG_SINK_READY，將入網標識設置為TRUE，如果已讀到控制器地址，則上傳控制器地址到主節點；4）子節點廣播發送數據，主節點收到該數據時，如果心跳包計時大于20,則設置為20即5s后發心跳包；5）子節點收到主節點下發的MSG_SINK_ADVERTISE心跳包，隨機延時1-5s等待響應，響應的心跳包包含控制器地址；

6）主節點收到子節點響應的心跳包，如果檔案管理模式為檔案核對，則核對子節點的地址，如果檔案中沒有該子節點的檔案，則遠程退網子節點，否則有子節點的檔案，刷新子節點計時；7）如果子節點收到主節點遠程退網，則將對應主節點的PanId保存，以便下次不進行申請入網，并模塊退網。

根據上述方案的本發明，其有益效果在于，本發明帶電能計量，能夠統計分析空調能耗、狀態，并能夠根據不同信息做不同的反饋；具備遠傳通訊，擁有自組網技術，能夠保證網關內節點都能互聯互通；帶節能管理方案，能夠實施節能策略；能夠與多種傳感器和遙控器聯動使用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及實施方式對本發明進行進一步的描述：

如圖1所示，一種基于三相空調智能化控制及節能管理的控制器，其特征在于，包括核心主控、遠程通訊、能耗統計、溫濕度傳感、時鐘模塊、紅外遙控模塊、聯動模塊、接口管理及液晶顯示，所述核心主控分別與所述遠程通訊、所述能耗統計、所述溫濕度傳感、所述時鐘模塊、所述紅外遙控模塊、所述聯動模塊、所述接口管理及所述液晶顯示連接；

遠程通訊，具備高速無線通訊和RS485有線兩種通訊模式，通過連接數據采集網關與后臺控制系統對接 ，其中無線通訊具備自組網功能，即多個點之間可以互相中繼，互為路由，這樣一臺數據采集網關可以同時連接多個終端，路徑的選擇是綜合了信號質量和鏈路成本，擇優選取，從而保證通訊傳輸的穩定性；

能耗統計，設有高精度高性能電能計量模塊，能夠準確控制負載（空調）的電能使用情況,能夠根據功率大小等來判斷空調狀態，如開機、關機、待機等；能夠根據用電指紋信息，分析空調老化狀況和制冷效果等，并且能夠自動識別空調負載，而其他非空調負載使用時，控制器自動切斷電源，禁止其他非空調負載使用,對空調的每天，每月的用電信息，會生成相應的凍結數據；

溫濕度傳感，設有溫濕度傳感器，可以通過溫度感知來調節來調控空調的溫度，做到在不影響舒適度的前提下減少能源的浪費，當環境溫度低于設定啟動最低溫度，則控制器會切斷電源，不允許空調使用；當使用的過程中，環境溫度低于設定溫度2℃以上，控制器可以將空調設置回默認溫度或者關閉空調；

時鐘模塊，具備時鐘計時功能和斷電供電回路，能在停電狀態下也保證時鐘的走時準確，同時支持系統的校時，在不需要用空調的季節或者時段，自動切斷空調電源，在需要用空調的時候可以自動定時啟動、調節、關閉空調；

紅外遙控模塊，具備萬能紅外遙控編碼，能夠通過紅外控制各種品牌型號空調，紅外遙控能夠更好的調節管理空調，減少人工現場遙控操作；

聯動模塊，所述控制器可以配合其他傳感器進行聯動，從而更好做能效管理，配合人體感應，做到人走自動關閉空調使用，通過門窗聯動，開空調自動關閉門窗，從而更加智能化的控制空調，更好更合理的利用能源；

接口管理，接口包含外接三相電源和空調三相電源，其中空調三相電源需要穿接電流互感器，便于電能計量統計；

液晶顯示，液晶能夠清楚的反映當前空調控制器狀態，如開關、費用、溫度等信息；并且具備雙色背光，正常情況一種顏色，報警異常另一種顏色；

核心主控，采用高性能處理器，管理則所有的模塊，并集成各種軟件功能及算法。

所述電能計量模塊通過互感器對三相空調的三相電壓電流采樣后，送入電能計量芯片進行處理，并轉化為數字信號送到CPU進行計算，當空調在用電時，CPU根據采集到的數字信號進行電量的統計，支持的電量類型包括：組合有功，正向有功，反向有功，組合無功1，組合無功2。

所述控制器在空調使用過程中，通過學習空調各工作狀態的電網參數信息，進行自動識別空調負載，而禁止其他非空調負載使用，空調各工作狀態的電網參數包括：

1）空調待機狀態：不同規格型號的空調待機功率有一定差別，但一般都小于10w；同一空調待機時功耗比較穩定，波動值小于1w；

2）空調室內機工作，室外壓縮機不工作狀態：同一空調在此狀態時，有功功率，電流值，在一個特定范圍內波動，且與空調設定溫度無關；不同規格型號的空調在此狀態時，差別較大；

3）空調室內機工作，且室外壓縮機工作狀態:室外壓縮機在啟動瞬間，有一個沖擊電流，此電流值大小為此狀態穩態值的2倍以上,同一空調在室外壓縮機工作時，有功功率，電流值會在特定范圍內波動，與空調設定溫度無關，但室外溫度值對此波動有一定的影響。

所述紅外遙控模塊的紅外編碼的步驟如下：

1）控制器按照下述順序學習空調遙控器具體的功能按鍵，并通過上位機軟件存儲到紅外遙控模塊中：開空調（16度），關空調（16度），開16度，開17度......開30度；

2）控制器中紅外遙控模塊存放順序為開空調、關空調，開16度，開17度......開30度；

3）存儲成功后，當控制器接收到空調操作命令時，讀取存儲器的編碼命令，再根據編碼的方式通過紅外發射出去，從而控制空調；

所述紅外遙控模塊紅外控制包括：

開空調：所述控制器接到開空調指令后，發射紅外指令給空調，所述控制器延時自動采集負載功率數據判斷開機是否成功，然后反饋指令發送操作狀態給后臺系統，若開機失敗進行重發操作，重發3次失敗，記錄操作失敗；

關空調：所述控制器接到開空調指令后，發射紅外指令給空調，所述控制器延時自動采集負載功率數據判斷開機是否成功，然后反饋指令發送操作狀態給后臺系統，若開機失敗進行重發操作，重發3次失敗，記錄操作失敗；

調節溫度：所述控制器接到調節溫度指令后，發射紅外指令給空調，然后反饋指令發送操作狀態給后臺系統。

控制器通過用能單價和用能量進行預付費管理，當余額充足的時候正常使用，當余額接近報警金額的時候，進行余額不足預警，當余額為0時，跳閘禁止使用；其中預付費管理包括：

充值：充值操作由系統端發起，系統會發出帶有密鑰加密的充值信息，通過網關傳遞給所述控制器，控制器進行解碼分析，得出正確充值信息，進行金額充值，并記錄各次充值信息以便查詢；

扣費：通過系統設置空調的的扣費費率，單價設為RMB/kWh；

退費：充值錯誤或者其他等原因，可以由系統發起退費信息，退費金額不可以大于最后一筆充值金額，控制器收到退費信息會進行比較核對，然后進行金額的更改，并應答系統。

節能管理的方法包括：

定溫：設置控制器溫度使用下限為26℃，當開啟空調后，會自動比較當前溫度是否降低到了26℃，如果低于等于26℃，會自動設置空調回26℃或者關閉空調。

定時：控制器具備時鐘計時功能，通過時鐘進行控制空調允許使用的時段和允許時段內的某時刻自動開關機，允許的時段內設定14條定時遙控空調任務。

定量：控制器通過利用預付費功能做定量管理，周期性進行充值，有余額則可以使用，沒有余額將不能使用。

所述遠程通訊設有若干個微功率無線模塊，若干個微功率無線模塊之間能夠互相組成一個網絡，逐級數據傳遞，最終將數據通到數據采集器，最后傳遞到系統；

微功率無線模塊在上電后，會與控制器中央處理器通訊，獲得控制器的ID地址，并將此ID地址作為通訊的唯一標識，ID地址在系統、采集器中都是唯一不重復的存在；

微功率無線模塊的數據通過其他控制器進行傳遞中繼信號，并最終傳到采集器端，中繼的選擇是根據相鄰信號強度等條件選擇，是個動態的自組網絡，當某個中繼節點故障異常時，能自動維護，選擇周圍節點，產生新的中繼路徑傳遞數據。

微功率無線模塊有多個工作頻段，能夠自組選擇沒被占用頻道或者干擾最弱頻道，相鄰臺區間互相影響最小；

具備遠程通訊功能后，系統能夠遠程控制控制器的使用，遠程參數下發，遠程狀態檢測等等；

微功率無線模塊入網流程如下：

術語和定義：

子節點：微功率無線模塊；

主節點：網關或采集器

1）用子節點地址（EUI）申請入網；2）主節點收到子節點申請入網請求MSG，尋找是否有空間保存子節點信息，有則下發MSG_SINK_READY；3）子節點收到主節點下發的MSG_SINK_READY，將入網標識設置為TRUE，如果已讀到控制器地址，則上傳控制器地址到主節點；4）子節點廣播發送數據，主節點收到該數據時，如果心跳包計時大于20,則設置為20即5s后發心跳包；5）子節點收到主節點下發的MSG_SINK_ADVERTISE心跳包，隨機延時1-5s等待響應，響應的心跳包包含控制器地址；

6）主節點收到子節點響應的心跳包，如果檔案管理模式為檔案核對，則核對子節點的地址，如果檔案中沒有該子節點的檔案，則遠程退網子節點，否則有子節點的檔案，刷新子節點計時；7）如果子節點收到主節點遠程退網，則將對應主節點的PanId保存，以便下次不進行申請入網，并模塊退網。

本發明整體流程圖如圖2所示：

1）初始化，控制器的復位初始化包括數據初始化及接口初始化，主要包括液晶顯示數據、變量數據、通訊端口、計量模塊、時鐘單元以及存儲芯片的初始化；

2）能耗統計包括計量及數據凍結，計算用電量數據，如功率、電壓、電流以及功率因素等電網參數數據，其中數據凍結為存儲最近的小時，天，月的用電數據；

3）通訊處理，上行通訊為通過無線方式響應后臺命令的操作；紅外遙控，響應后臺對空調的開關機，調溫操作等；

4）調控：定時調控，根據設定的日程表數據，定時的控制（開關）空調；費控/量控，根據用電量，進行金額的扣費，欠費后禁止使用空調；溫控，根據用戶設定的調溫策略，不斷控制空調，使環境溫度維持在一定的范圍；傳感器聯動，溫濕度，計量，人感等傳感器的實時采樣數據；

5）掉電：控制器斷電瞬間，自檢，自動檢測各硬件模塊是否正常；備份，存儲備份好用電量及金額等重要數據；

6）自升級：通過后臺系統，可遠程升級控制器程序版本；

本發明帶電能計量，能夠統計分析空調能耗、狀態，并能夠根據不同信息做不同的反饋；具備遠傳通訊，擁有自組網技術，能夠保證網關內節點都能互聯互通；帶節能管理方案，能夠實施節能策略；能夠與多種傳感器和遙控器聯動使用。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。

上面結合附圖對本發明專利進行了示例性的描述，顯然本發明專利的實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明專利的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進將本發明專利的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍內。