中央空调在医院、酒店、写字楼里已经被广泛使用，每年的电费中空调耗电占了很大的比例，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。由于在设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留有10%一20%设计余量。然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，所以节能的潜力就较大，其中，空调主机可以根据负载变化随之加载或减载，而冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。水系统长期处在“大流量、小温差”的不正常状态，这不仅造成大量电能浪费，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。
水泵电机在制热与制冷的管路循环系统中的作用是推动热水或冷水物质的位移运动，而中央空调机组主要采用对热水或冷水物质设置上限温度和下限温度的温差型启动运行方式。
在微温差及无温差的水循环系统中，电机水泵的运动维持主要以防止冬季冻管、避免再次启动有相对的惯性、不要结气为准则，此时只要有lOHz一20Hz(20%以下的电能)的变频电机作用就足够了。这时电机水泵仍然保持工频运行，电机水泵的能耗巨大。此时采用变频器就可以节省80%以上的电能。基于水泵在制热与制冷循环管路中的位移运动作用，我们设计的节能电路不仅适用于空调变频系统，也非常适合应用于普通烧煤型锅炉的水循环系统中。
综上，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器的使用寿命。
这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载温度变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下，使冷冻水泵和冷却水泵转速作出相应调节，以达到节能的目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。设计方案如下图所示，只需在中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器(图IB处)，在冷冻水管回水端安装一个温度传感器(图IA处)，简单可靠。
本文向大家推荐一种AD7715在中央空调变频器系统中的节能应用电路，它采用单片机控制，能够显示时间、温度、开机、关机、故障，定时和温度控制的多级设置设计系统电路，并有故障提示查询功能。可根据经验来设定运行和停止的控制温度、定时时间间隔和次数。本系统可控制变频器启停和运行频率，来达到节能的目的。符合我国节能产业政策，是国家大力推广的节能项目。
本电路设计采用l2864LCD液晶显示屏作为单片机系统的人机交互接口，它能产生丰富的含义代码和更人性化的界面；采用了16位模数转换器AD7715和12位数模转换器MAX538，使得控制更加平滑；有0-IOV的电压信号和0-20mA的电流信号工业标准输出接口，提供到标准的变频器接口；还有专家PID算法使得控制更加稳定。
主控CPU采用STC89C58RD+51系列单片机，具有ISP接口，让现场编程更加容易。
本电路的系统设计框图如下图所示。主要包括中央处理器CPU模块，时钟电路模块，键盘输入模块，复位电路模块，环境温度信号采集输入模块，出水、回水温度AD信号采集输入模块，变频器开关机信号输出模块，频率控制电压、电流接口DA输出模块和LCD液晶屏显示电路模块。
电路设计
如下图电路原理所示，本电路采用8位单片机STC89C58RD十作为主控制芯片，用于数据处理、初值设定、显示控制和专家PID算法数字化处理频率选择、转换周期选择、自动校准和AD转换等功能。对AD7715的任何一种操作，必须首先对通信寄存器写人相应代码，然后才能对其他寄存器读写。采样时要先写通信寄存器，然后是写设定寄存器，接着查询DRDY信号，DRDY信号变低后可写入读数据寄存器命令，如果这时DRDY仍为低电平，可以将本次采样的16位结果分两次读出，每次8位。
在本应用中AD7715用于温度测量。由于一般热电偶输出的电压值可在正负之间变动，必须将AIN(-)接在REFIN(+)的引脚上，REFIN(+)控制在2.5V，这样热电偶的电压值变动时，AIN(+)端电压的变化不会超出器件的测量范围。TL431提供2.5V的外部基准电源，作为AD7715进行A/D转换的基准电压。单片机51芯片采用串行口与AD7715通信，串行口工作在方式“0”。P3.1脚提供了AD工作所需的时钟，P3.0接收和发送通信数据，P3.2是片选信号，P3.3接/DRDY，单片机51芯片可以通过查询P3.3的状态来判断是否可以读取A/D转换结果。必须注意的一点是：
由于AD7715接收时是高位先接收，而单片机51芯片是低位先输出，在发出控制字时必须先将数据进行高低位变换输出，在单片机51芯片接收AD7715时也存在类似问题，对接收到的数据也要进行高低位调整。
AD7715以其优良的性价比和较高的分辨率，在小信号的采样中得到很好的应用，在热电偶、热电阻测温的应用方面取得了令人满意的效果。
5.数模转换器MAX538串行数模转换器MAX538是美国Maxim公司新推出的12位D/A转换器，具有转换速度快、精度高、功耗低等特点，是一种新型D/A转换器。
其主要性能如下：(1)+5V单电源供电，(2)缓冲电压输出；(3)l40uA供电电流；(4)线性误差士1/2LSB(max)(5)上电复位；(6)可变电压输出：OVto2.6V；(7)8脚SO/DIP封装；(8)串行数据输出。它可应用于电池检测、电池供电的测试仪器、数位偏移和增益调节器、成组操作或远程工业控制、计算机和移动控制装置、便携式电话等领域。
MAX538采用由片选、时钟和数据构成的三线制串行数据接口，与SPI、QSPI、MICrowire等多种串行通信标准兼容。芯片通过写入两个字节进行编程，先将包括4个无效位的高位字节写入移位寄存器的MSB，然后将低位字节写入寄存器LSB，其中无效位仅在芯片构成菊花链结构时需要。
当片选信号CS为低时，在时钟上升沿数据被写入16位移位寄存器。当CS变高时，移位寄存器的低12位被转移到数模转换寄存器中，同时更新输出电压。
在本应用中P2.1输出MAX538所需的串行时钟，P2.0输出MAX538转换的D/A数据，P2.2输出MAX538所需的片选信号，refin由TL431提供2.5V外部基准电源，故MAX538输出电压范围为0-2.5V。该输出电压经运算放大器LM358构成的电压跟随器输出0一IOV的电压信号和0一20mA的电流信号，为变频输出提供接口信号。
软件设计
单片机的主程序流程图见下图，定时中断处理流程见下面两图。
程序采用模块化、结构化设计。并采用了软件抗干扰技术，其软件的可靠性好，可维护性强。主要程序模块有：
1.主程序：初始化设置和循环扫描显示上电、设置状态和采样数据转换、显示。
2.定时中断处理程序：定时中断处理完成菜单程序设置、采样数据处理、定时时间处理、到点工作程序控制输出。
本文推出的AD7715在中央空调变频器系统中的节能应用电路是我们单位技术改造的重要项目，实践证明它稳定可靠、抗干扰性强，节能效果显着，能够达到50%以上的能源费用节省，体积小，成本低廉，为变频器运行提供了标准的电压、电流信号，并辅以工频水泵电机，保证了系统末端的温度效果。本产品适于产品化及批量化生产，具有良好的应用前景。
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