电梯空调节能控制系统设计与实现

邓月明　张永彩　李凤明

[摘 要]电梯空调安装在楼顶电梯机房，调控机房温度，为电梯提供良好的运行环境，空调的运行正常与否直接影响电梯运行。因此，需要一套系统监测空调运行，及时发现空调故障，同时控制空调按需运行，实现节能目的。

[关键词]传感器；系统；设计；实现

中图分类号：S463 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0078-02

近年来，电梯安全事故频发，人们对电梯使用安全日趋重视，不少单位给电梯机房安装空调，调控机房温度，为电梯提供更好的运行环境，让电梯运行更稳定，减少事故发生。但是，人们不能对空调正常运行状态及时监测，也需要人工去控制空调按需开启，否则空调一直运行会浪费大量电能，而且一旦空调损坏不进行及时处理，电梯机房密闭的空间会急剧升温引起电梯部件发生故障，甚至会引起安电梯全事故。因此，需要一套系统监测空调运行，及时发现空调故障，同时控制空调按需运行，实现节约能源和节省人力。

一、系统设计

1、系统分析

控制系统主要为监测和控制空调维持电梯机房环境温度而保证电梯正常运行。因此，必须对空调常见故障进行监测，空调故障常见为不制冷，制冷效果差，漏水，不能正常开机等。从空调工作原理可知，通过温度传感器和计时器结合计算单位时间内电梯机房温度下降值而检测空调是否正常制冷，通过湿度传感器可以检测空调是否漏水。通过编写好的单片机遥控代码和定时器代码可以控制空调开关机时间，通过编写好的单片机程序控制SIM通信模块可以给用户手机发送短告知空调运行状况。

2、硬件设计

硬件的部件选择需要跟据系统分析和软件编写是否可行的情况下进行。根据实际情况，本系统选择DS18B20作为温度传感器、选择C10-M53R作为湿度传感器，选择89c52单片机作为系统控制器，选择ADC0809作为AD转换器，选择SIM800GSM模块作为手机短信发送模块，选择1838B红外线接收头作为单片机遥控学习接收单元，具体如硬件原理图。温度传感器、湿度传感器、电流霍尔传感器将采集到的模拟信号送往ADC0809，ADC0809转换器再将数字信号传送给单片机，单片机根据ADC0809传输过来的数据，结合内部的程序运算，发出各种控制命令去完成系统需要实现的功能。例如控制空调开关机，控制SIM800GSM模块发送手机短信，硬件原理图如图1。

3、软件设计

软件设计需要是跟据系统分析和硬件接口情况进行，软件主要是控制硬件运行而完成系统所需要实现的功能。本系统由于需要开启和关闭空调，故需要设计遥控程序，同时该遥控器程序要有学习功能，学习空调现有的遥控器控制程序。由于用户需要在指定的时间开启和关闭空调，故需要设计时钟程序。由于需要用单片机控制SIM800GSM通信模块发送手机信息，故需要设计通信控模块，由于需要用单片机检测温度湿度及电流进行判断空调状态，故需要设计检测比较模块，总体系统软件模块如图2。

二、系统实现

本系统实现过程包括系统硬件和系统软件的实现。系统硬件实现主要包括电路原理图设计、PCB板设计、PCB板制作、元器件安装、硬件单元测试。软件主要用C语言编写实现，包括主函数，遥控程序函数，测试比较函数，时钟函数，通信控制函数的编写。编写完成后，通过主函数根据运行需要对各函数进行调用运行而完成系统需要实现的功能。

1：硬件实现

本系统硬件使用AltiumDesigner15软件绘制电路原理图和生成PBC图，最后制作PBC电路空板。在PCB板布局上，左边为传感器输入插口，右边为输出控制驱动元件及插口。最后，将传感器插口，通信及控制驱动插口，单片机、单片机驱动电路等部件按原理图一一焊接，完成一块完整电路板。其中，传感器通过传输线与电路板连接，电路板上的继电器插口与空调室内机控制板供电线路连接，通信输出插口与通信模块连接，将PCB板的外围输入输出元器件及模块连接完成，即完成了系统硬件组装。其中单片机通过IC插座和PCB板连接，可以反复拔插单片机进行开发过程程序调试。

2，软件实现

本系统软件使用keil uvision4开发工具开发，使用C语言进行程序编写，采用结构化开发方法，先写主程序模块，再在主程序内编写遥控模块、检测比较模块、时钟模块、通信控制模块接口，再逐一编写遥控模块、检测比较模块、时钟模块、通信控制模块程序，最后完成整个系统软件的编写。对整个软件使用白盒和黑盒方法进行单元测试和集成测试，测试合格的程序通过计算机下载到89C52单片机内部。其中，遥控模块算法中使用了2个外部中断和2个内部定时器，外部中断0启动定时器0停止定时器1计数并保存定时器1的数据，外部中断1启动定时器1停止定时器0计数并保存定时器0的数据，用定时器0记录红外解调信号的高电平时长，用定时器1记录红外解调信号的低电平时长。检测比较模块算法中使用了5个变量，5个常量。一个用来接收温度传感器传送过来数据，一个用来接收湿度传来的数据，一个用来接收电流传感器传来的数据，一个计算时间。单片机根据变量值和常量值比较结果来判断空调运行状态，从而发出控制命令。时钟模块算法中把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位1s。定时器方式1为16位定时/计数器工作方式，用于定时工作方式时，计数时间为：T=（216-T0初值）×振荡周期×12假设使用T/C0，方式1，50ms定时，晶振频率fosc=12MHz。则初值X满足：（216-X）×1/12MHz×12×1μs=50000μsX=15536D→0011110010110000B→3CB0H（2）采用中断方式进行溢出次数累计，计满20次则为秒计时（1秒）；（3）从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。

通信控制模块中使用中断服务程序，先初始化程序，另外使用定时器，定时器操作模式自动重载定时器，装入初值波特率，设置单片机串口通信工作模式，打开通信中断，发信字符，等发送完成信号出现，再停止发送。设置”XTOK”，“WDGZ”“SDGZ”“DLGZ”等四个函数，单片机根据空调不同的状态调用不同的函数，向SIM通信模块发送相应的字符并以短信形式通知用户。

三、系统测试

系统测试主要为了提前发现系统存在的问题，及时对系统进行修复，防止系统在后期运行出现故障而造成较大损失。根据系统设计要求，通过断开压缩机供电让空调不制冷，测试系统能否发送“WDGZ”字符短信提示温度故障，通过向湿度传感器进行水浸，测试系统能否发送“SDWT”字符短信提示湿度故障，通过拼接用电器加大电流，测试系统能否发送”DLGZ”字符短信提示短路故障。每次开机5分钟后，系统如检测温度、湿度、电流正常时，系统能否发送“XTOK”字符短信提示系统正常，切断空调交流电后再送电测试遥控程序能否自动开启空调，经过多次测试，本系统总体符合设计要求，运行较为稳定。

四、结语

本系统开发过程中由于需求较为明确，开发过程中改動较少，由此可见前提进行需求捕获较为重要。设计过程中先对系统的硬件和软件进行规划，硬件从原理图设计、PCB图设计、PCB板制作，安装电子元件器、全电路测试等过程而逐步完成，软件采用结构法方法开发，一个主函数，多个模块函数，通过主函数调用模块函数运行完成系统所需要实现的功能。本系统可以控制空调按需开启，减少空调开机的时间并能维持电梯运行所需的环境温度。以1台3匹空调机耗能为例计算，安装系统后，每天节省约0.35度电，减去控制系统每天自耗电约0.1度，实际每天节电0.25度，一年可以节电91度。

参考文献

[1] 赵德安，单片机与嵌入式系统原理及应用机械工业出版社，2016.6

[2] 郭天祥，新概念51单片机C语言教程电子工业出版社，2009.1.