基于红外感应空调节能控制器的设计

王小虎，窦超萍，钟钦强

（广东电网公司湛江供电局，广东湛江 524005）

0 引言

随着公司企业办公场所越来越多地使用空调，空调对人们的办公环境起到了温湿度调节的作用。然而，人们离开工作场所，忘记关掉室内空调的现象普遍存在，造成了严重浪费电能的现象，同时对空调的使用寿命也具有一定的影响[1-2]。目前，空调控制模块并不具有能够检测到室内有无人员存在的红外感应模块，也无法辨识室内的人员活动情况。因此，为了避免人员离开房间而忘记关空调的现象，有必要对空调的进线电源侧进行通断电控制，实现室内一段时间内无人存在时，空调自动关闭的节能效果。

1 空调节能控制装置电路设计

所设计的空调节能控制装置主要包括装置电源电路设计、红外感应模块选型，以及控制电路所应用的继电器元器件选型，并根据设计所要实现的目标进行控制装置电路设计。

1.1 电源电路设计

控制装置电源电路的设计取决于所要应用空调的电源类型，空调的电源类型一般包括三相电源和单相电源，本装置选取单相电源空调作为受控对象，所以在设计控制装置电源电路时，选择单相220 V交流电为受控电源类型，控制电源类型的选择，考虑到取电方便、继电器元器件的选型等因素，因此也选择220 V交流电为控制电源。

1.2 红外感应模块选型

红外感应模块是控制装置的核心部件，主要功能是采集室内人体红外对象的活动情况。利用人体热释电红外传感器的输出与人体移动的速度、方向和人数的多少有很大的关系，利用红外传感器采集到信息使得红外模块中的常开辅助触点闭合，从而达到控制相应电路的作用[3]。

本设计选用拓安达公司红外感应产品，该产品采用京西BISS0001人体热释电红外处理芯片，其具有性能可靠稳定，感应距离远，灵敏度高等特点，且配有延时调节器，延时可在16秒到360秒之间调节，为所控制设备状态切换提供了缓冲时间[4]。

1.3 继电器元件选型

本设计中主要涉及的继电器包括中间继电器、时间继电器及交流接触器，中间继电器的作用是经红外感应模块的常开辅助触点后，给时间继电器提供一个常闭的辅助触点，即转换触点类型的作用；时间继电器的作用是经过一定的时间延时，为交流接触器提供一个常开的辅助触点，从而实现经过一定的延时，使得交流接触器励磁的效果；交流接触器是实现空调自动通断的关键原件，通过自身达到励磁的条件，从而利用常闭的辅助触点实现对空调的通断控制，交流接触器的选择主要考虑其辅助触点的额定容量，其容量主要应参考空调的额定电流情况[5]。继电器的具体选型见表1。

表1 继电器选型列表

2 空调节能控制装置电路设计

所设计的节能控制装置应满足设计目标，即空调处于开启状态时，人员离开室内后，能够可靠开启计时，在可设定的时间范围内，人员仍没有回到室内，节能装置能够自动将空调关闭，关闭后，人员返回需要使用空调，需手动开启空调；若未达到所设定的时间范围，人员回到了室内，则空调节能控制装置将停止计时，并计时复归，空调正常工作。基于此目标，所设计的空调节能控制装置工作流程图如图1所示。

图1 空调节能控制装置工作流程图

根据节能控制装置设计要求，并结合红外感应控制模块接线特点，设计空调节能控制电路原理图如图2所示。该电路主要包括两部分，即基于红外感应的控制部分和与空调进线相连的被控制部分。

空调在正常开启且室内有人员存在的情况下，红外传感器检测到人员存在，使得其常开触点（火线、输出端子）闭合，同时使得中间继电器励磁，中间继电器常闭辅助触点（31，32）断开，则时间继电器KT失去励磁，同时时间继电器停止计时，交流接触器无法励磁，其常闭辅助触点（21，22）保持接通，使得空调正常继续工作；当室内无人存在时，红外传感器检测到一定时间内无人存在时，红外感应器不被励磁，其常开辅助触点保持断开的状态，同时中间继电器也无法励磁，其常闭辅助触点（31，32）仍处于闭合状态，这种状态下，时间继电器被励磁，并开始计时，经过预设的时间延迟后，时间继电器使其常开辅助触点（8，6）闭合，则交流接触器被瞬间励磁，交流接触器常闭辅助触点（21，22）同时也断开，从而使得空调在无人存在的情况下，经过一定延迟，自动关闭，达到了节能的目的。而在空调关闭后，人员重返室内，需要开启空调，则需要手动重新开启空调，避免了空调频繁启动所带来的影响。

图2 空调节能控制电路原理图

3 样机应用效果检验

根据所设计的电路原理图进行了实际接线，得到了如图3所示的空调节能控制装置简易样机，并且为了验证本设计符合实际要求，通过对装置样机与会议室内立式空调连接后，进行以下三种情形进行模拟试验分析。

3.1 十五分钟内无人存在时

将装置的时间继电器延迟时间设定为15分钟，即要求15分钟内感应无人体后，时间继电器励磁使得交流接触器为空调断电。实验中，将红外感应器用遮光材料盖住，观察继电器的动作情况，发现经过16秒后，红外感应继电器动作，断开其常开辅助触点，时间继电器开始计时，再历时15分钟，时间继电器动作，使得交流接触器动作，空调来电回路断开，空调停止工作。

图3 空调节能控制装置样机图

3.2 人员始终存在

空调在工作时，室内始终有人存在，经观察发现红外感应器始终处于被感应的状态，其辅助触点所连接的中间继电器处于被励磁状态，同时时间继电器和交流接触器均处于未被励磁的工作状态，所以空调始终处于工作的状态。

3.3 十五分钟内人员返回时

鉴于工作人员时常会出现离开后再次返回的情况，为了验证此种情形能够不影响空调的正常使用，对此情形进行实际模拟。试验发现，工作人员离开后，装置进入到延时计时状态，红外感应器感应到人员返回后，时间继电器立即返回，停止计时的状态。

4 小结

以上基于红外感应原理所设计的空调节能控制器，能够自动识别室内人员的存在状态，并即刻触发继电器完成一系列的判断与执行，在无人存在的情况下，历经一定的延时，将运行中的空调关闭，节约了电能，避免了人员离开房间匆忙无意识关闭空调所带来的浪费。