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基于Cortex—M4的空调控制器设计与实现

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基于Cortex—M4的空调控制器设计与实现作者:徐咏

来源:《电子技术与软件工程》2017年第20期

摘要根据国内对空调控制器性能的需求,设计了一款基于Cortex-M4的空调控制器。它以NUC472为主控核心,采用电参数监测传感器、可燃性气体传感器、离子式烟雾传感器、人体热释电红外线传感器、温度传感器和温湿度传感器实时采集空调工作电参数、所处环境的安防现状、人员流动性、温湿度和空调状态等信息,通过Wi-Fi实现控制器与PC机服务器之间的信息通信和整体控制。经过现场测试使用后,系统运行稳定、人机交互便捷、通信可靠及协调预测整体控制稳定,实现了空调舒适、节能控制,特别是在最经济的温度控制模式下,与未改造前对比系统节能30.6%,可用于民用和工业智能空调场合。

【关键词】空调控制器 Cortex-M4 多传感器物联网

20世纪80年代空调进入我国,到如今的21世纪,空调已成为人们日常生活的常用家电产品。据最新发布的《2016上半年中国空调产品市场研究报告》显示,变频空调的消费者关注

度为60.1%,成为最受关注的空调产品。随着科学技术的进步和社会生活水平的提高,人们对空调控制器的需求日益增加、对其性能要求也越来越高。目前,国内的空调控制器是由低端单片机搭建,其性价比较低、功耗大,而国外的空调产品性能较高、功耗低、功能较齐全,但价格也昂贵。结合国内外发展状况,空调控制器将向着性价比高、多功能、网络化、低功耗、智能化和操作简单的趋势发展。根据空调的发展趋势,改善传统空调仅能现场控制或预约定时控制的局限性,本设计采用多传感器和物联网技术,设计了一款多功能、智能化、网络化和整体控制的空调控制器。

1 系统结构

目前,国内的空调控制系统的基本结构包括系统控制部分、温度采集部分、键盘控制部分、显示板部分、压缩机部分、室内外风机装置部分和通信电路等。经过近年的发展,空调系统从传统的定频、定风量空调,发展到现在的变频、变风量空调。本设计主要实现多种传感器的信号采集和处理,结合传统的空调控制器的设计方法,根据采集的各种传感信息和用户的控制策略,由PC机服务器软件生成最优控制方案,进而监测和控制整个空调控制器系统,其系统框图如图1所示。

如图1,本空调控制器结构由Cortex-M4 NUC472、JSY-MK-163电参数监测传感器、TGS2611可燃性气体传感器、NIS-07离子式烟雾传感器、HC-SR501人体热释电红外线传感器、TMP275温度传感器、HTU21D温湿度传感器、触摸显示模块、Wi-Fi无线模块、隔离驱动电路、IPM智能功率控制模块和变频空调各部分控制功能模块等组成。其中,高精度温度传感器TMP275实时采集冷凝器的温度,HTU21D温湿度传感器采集所处环境温度和湿度,Wi-Fi模块负责空调控制器与PC机服务器之间的无线通信,触摸显示模块进行人机交互,隔离驱

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