電梯空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　[摘 要]電梯空調(diào)安裝在樓頂電梯機房，調(diào)控機房溫度，為電梯提供良好的運行環(huán)境，空調(diào)的運行正常與否直接影響電梯運行。因此，需要一套系統(tǒng)監(jiān)測空調(diào)運行，及時發(fā)現(xiàn)空調(diào)故障，同時控制空調(diào)按需運行，實現(xiàn)節(jié)能目的。
　　[關(guān)鍵詞]傳感器；系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)
　　中圖分類號：S463 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0078-02
　　近年來，電梯安全事故頻發(fā)，人們對電梯使用安全日趨重視，不少單位給電梯機房安裝空調(diào)，調(diào)控機房溫度，為電梯提供更好的運行環(huán)境，讓電梯運行更穩(wěn)定，減少事故發(fā)生。但是，人們不能對空調(diào)正常運行狀態(tài)及時監(jiān)測，也需要人工去控制空調(diào)按需開啟，否則空調(diào)一直運行會浪費大量電能，而且一旦空調(diào)損壞不進行及時處理，電梯機房密閉的空間會急劇升溫引起電梯部件發(fā)生故障，甚至?xí)�引起安電梯全事故。因此，需要一套系統(tǒng)監(jiān)測空調(diào)運行，及時發(fā)現(xiàn)空調(diào)故障，同時控制空調(diào)按需運行，實現(xiàn)節(jié)約能源和節(jié)省人力。
　　一、系統(tǒng)設(shè)計
　　1、系統(tǒng)分析
　　控制系統(tǒng)主要為監(jiān)測和控制空調(diào)維持電梯機房環(huán)境溫度而保證電梯正常運行。因此，必須對空調(diào)常見故障進行監(jiān)測，空調(diào)故障常見為不制冷，制冷效果差，漏水，不能正常開機等。從空調(diào)工作原理可知，通過溫度傳感器和計時器結(jié)合計算單位時間內(nèi)電梯機房溫度下降值而檢測空調(diào)是否正常制冷，通過濕度傳感器可以檢測空調(diào)是否漏水。通過編寫好的單片機遙控代碼和定時器代碼可以控制空調(diào)開關(guān)機時間，通過編寫好的單片機程序控制SIM通信模塊可以給用戶手機發(fā)送短告知空調(diào)運行狀況。
　　2、硬件設(shè)計
　　硬件的部件選擇需要跟據(jù)系統(tǒng)分析和軟件編寫是否可行的情況下進行。根據(jù)實際情況，本系統(tǒng)選擇DS18B20作為溫度傳感器、選擇C10-M53R作為濕度傳感器，選擇89c52單片機作為系統(tǒng)控制器，選擇ADC0809作為AD轉(zhuǎn)換器，選擇SIM800GSM模塊作為手機短信發(fā)送模塊，選擇1838B紅外線接收頭作為單片機遙控學(xué)習(xí)接收單元，具體如硬件原理圖。溫度傳感器、濕度傳感器、電流霍爾傳感器將采集到的模擬信號送往ADC0809，ADC0809轉(zhuǎn)換器再將數(shù)字信號傳送給單片機，單片機根據(jù)ADC0809傳輸過來的數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)部的程序運算，發(fā)出各種控制命令去完成系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能。例如控制空調(diào)開關(guān)機，控制SIM800GSM模塊發(fā)送手機短信，硬件原理圖如圖1。
　　3、軟件設(shè)計
　　軟件設(shè)計需要是跟據(jù)系統(tǒng)分析和硬件接口情況進行，軟件主要是控制硬件運行而完成系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能。本系統(tǒng)由于需要開啟和關(guān)閉空調(diào)，故需要設(shè)計遙控程序，同時該遙控器程序要有學(xué)習(xí)功能，學(xué)習(xí)空調(diào)現(xiàn)有的遙控器控制程序。由于用戶需要在指定的時間開啟和關(guān)閉空調(diào)，故需要設(shè)計時鐘程序。由于需要用單片機控制SIM800GSM通信模塊發(fā)送手機信息，故需要設(shè)計通信控模塊，由于需要用單片機檢測溫度濕度及電流進行判斷空調(diào)狀態(tài)，故需要設(shè)計檢測比較模塊，總體系統(tǒng)軟件模塊如圖2。
　　二、系統(tǒng)實現(xiàn)
　　本系統(tǒng)實現(xiàn)過程包括系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)。系統(tǒng)硬件實現(xiàn)主要包括電路原理圖設(shè)計、PCB板設(shè)計、PCB板制作、元器件安裝、硬件單元測試。軟件主要用C語言編寫實現(xiàn)，包括主函數(shù)，遙控程序函數(shù)，測試比較函數(shù)，時鐘函數(shù)，通信控制函數(shù)的編寫。編寫完成后，通過主函數(shù)根據(jù)運行需要對各函數(shù)進行調(diào)用運行而完成系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能。
　　1：硬件實現(xiàn)
　　本系統(tǒng)硬件使用AltiumDesigner15軟件繪制電路原理圖和生成PBC圖，最后制作PBC電路空板。在PCB板布局上，左邊為傳感器輸入插口，右邊為輸出控制驅(qū)動元件及插口。最后，將傳感器插口，通信及控制驅(qū)動插口，單片機、單片機驅(qū)動電路等部件按原理圖一一焊接，完成一塊完整電路板。其中，傳感器通過傳輸線與電路板連接，電路板上的繼電器插口與空調(diào)室內(nèi)機控制板供電線路連接，通信輸出插口與通信模塊連接，將PCB板的外圍輸入輸出元器件及模塊連接完成，即完成了系統(tǒng)硬件組裝。其中單片機通過IC插座和PCB板連接，可以反復(fù)拔插單片機進行開發(fā)過程程序調(diào)試。
　　2，軟件實現(xiàn)
　　本系統(tǒng)軟件使用keil uvision4開發(fā)工具開發(fā)，使用C語言進行程序編寫，采用結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法，先寫主程序模塊，再在主程序內(nèi)編寫遙控模塊、檢測比較模塊、時鐘模塊、通信控制模塊接口，再逐一編寫遙控模塊、檢測比較模塊、時鐘模塊、通信控制模塊程序，最后完成整個系統(tǒng)軟件的編寫。對整個軟件使用白盒和黑盒方法進行單元測試和集成測試，測試合格的程序通過計算機下載到89C52單片機內(nèi)部。其中，遙控模塊算法中使用了2個外部中斷和2個內(nèi)部定時器，外部中斷0啟動定時器0停止定時器1計數(shù)并保存定時器1的數(shù)據(jù)，外部中斷1啟動定時器1停止定時器0計數(shù)并保存定時器0的數(shù)據(jù)，用定時器0記錄紅外解調(diào)信號的高電平時長，用定時器1記錄紅外解調(diào)信號的低電平時長。檢測比較模塊算法中使用了5個變量，5個常量。一個用來接收溫度傳感器傳送過來數(shù)據(jù)，一個用來接收濕度傳來的數(shù)據(jù)，一個用來接收電流傳感器傳來的數(shù)據(jù)，一個計算時間。單片機根據(jù)變量值和常量值比較結(jié)果來判斷空調(diào)運行狀態(tài)，從而發(fā)出控制命令。時鐘模塊算法中把定時器設(shè)為工作方式1，定時時間為50ms，則計數(shù)溢出20次即得時鐘計時最小單位1s。定時器方式1為16位定時/計數(shù)器工作方式，用于定時工作方式時，計數(shù)時間為：T=（216-T0初值）×振蕩周期×12假設(shè)使用T/C0，方式1，50ms定時，晶振頻率fosc=12MHz。則初值X滿足：（216-X）×1/12MHz×12×1μs=50000μsX=15536D→0011110010110000B→3CB0H（2）采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計，計滿20次則為秒計時（1秒）；（3）從秒到分和從分到時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)。
　　通信控制模塊中使用中斷服務(wù)程序，先初始化程序，另外使用定時器，定時器操作模式自動重載定時器，裝入初值波特率，設(shè)置單片機串口通信工作模式，打開通信中斷，發(fā)信字符，等發(fā)送完成信號出現(xiàn)，再停止發(fā)送。設(shè)置”XTOK”，“WDGZ”“SDGZ”“DLGZ”等四個函數(shù)，單片機根據(jù)空調(diào)不同的狀態(tài)調(diào)用不同的函數(shù)，向SIM通信模塊發(fā)送相應(yīng)的字符并以短信形式通知用戶。
　　三、系統(tǒng)測試
　　系統(tǒng)測試主要為了提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題，及時對系統(tǒng)進行修復(fù)，防止系統(tǒng)在后期運行出現(xiàn)故障而造成較大損失。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，通過斷開壓縮機供電讓空調(diào)不制冷，測試系統(tǒng)能否發(fā)送“WDGZ”字符短信提示溫度故障，通過向濕度傳感器進行水浸，測試系統(tǒng)能否發(fā)送“SDWT”字符短信提示濕度故障，通過拼接用電器加大電流，測試系統(tǒng)能否發(fā)送”DLGZ”字符短信提示短路故障。每次開機5分鐘后，系統(tǒng)如檢測溫度、濕度、電流正常時，系統(tǒng)能否發(fā)送“XTOK”字符短信提示系統(tǒng)正常，切斷空調(diào)交流電后再送電測試遙控程序能否自動開啟空調(diào)，經(jīng)過多次測試，本系統(tǒng)總體符合設(shè)計要求，運行較為穩(wěn)定。
　　四、結(jié)語
　　本系統(tǒng)開發(fā)過程中由于需求較為明確，開發(fā)過程中改動較少，由此可見前提進行需求捕獲較為重要。設(shè)計過程中先對系統(tǒng)的硬件和軟件進行規(guī)劃，硬件從原理圖設(shè)計、PCB圖設(shè)計、PCB板制作，安裝電子元件器、全電路測試等過程而逐步完成，軟件采用結(jié)構(gòu)法方法開發(fā)，一個主函數(shù)，多個模塊函數(shù)，通過主函數(shù)調(diào)用模塊函數(shù)運行完成系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能。本系統(tǒng)可以控制空調(diào)按需開啟，減少空調(diào)開機的時間并能維持電梯運行所需的環(huán)境溫度。以1臺3匹空調(diào)機耗能為例計算，安裝系統(tǒng)后，每天節(jié)省約0.35度電，減去控制系統(tǒng)每天自耗電約0.1度，實際每天節(jié)電0.25度，一年可以節(jié)電91度。
　　參考文獻
　　[1] 趙德安，單片機與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用機械工業(yè)出版社，2016.6
　　[2] 郭天祥，新概念51單片機C語言教程電子工業(yè)出版社，2009.1.

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