【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：黄工    

2. 单位或学校名称（必填项）：广西大学（目前处于离职待业状态，所以填的是毕业的学校）

3. 当前职务或职称（必填项）：待业

4. 参赛作品的名字（必填项）：智能空调控制器

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：

    本作品为具有来电启动、温度自动控制、湿度自动控制、定时控制的空调控制器。具有电压、电流、电量检测功能；具有红外码学习、发射控制功能；具有继电器通断控制功能；具有以太网、RS485、WIFI、ZIGBEE四种通信方式；具有LCD屏幕显示，可显示实时温湿度、通信状态等；可通过专业软件或手机APP控制空调的开启、关闭、设定温度等；本产品为工业产品设计，一般应用于小型的机房、仓库、基站、学校教室、办公室等场合的民用空调监控，可有效发挥空调的制冷控制作用，有可避免制冷温度过低、人员离场后忘记关闭空调等情况造成的能源浪费，起到节能减排作用。

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：

    STM32F103RBT6，W5500，HLW8012，SST25VF016B，PC817，SHT20,2RL470L-5，WIFI模块，按键、LED等

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：

    锰铜电阻2mr，LCD显示屏,AC/DC模组，纽扣电池

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

一、作品简介

1.作品简介

本作品为一款家用、商用、工业用智能空调；具有来电启动、温度自动控制、湿度自动控制、周期控制、通断电控制的等多钟控制功能；具有电压、电流、功率、电量检测统计功能；采用红外码学习、发射控制方式；通信方面具有以太网、RS485、WIFI、ZIGBEE等4种通信方式，使用不同的监控场合；具有LCD屏幕显示，可显示实时温湿度、电量参数、通信状态等；采用标准MODBUS通信协议，可通过专业软件或手机APP控制空调的开启、关闭、设定温度等；本产品为工业产品设计，具备很好的EMC防护性能能，可应用于小型的机房、仓库、基站、学校教室、办公室等场合的民用空调监控，可有效发挥空调的制冷控制作用，有可避免制冷温度过低、人员离场后忘记关闭空调等情况造成的能源浪费，起到节能减排作用。

2. 功能特点

3. 技术参数

1.   电压输入范围：

a)   数量：1个

b)   额定电压：AC220V,范围：AC85V~AC260V

c)   物理接口：3位9.5mm间距黑色绿色端子

d)   SURGE：4KV；EFT：4KV；ESD：空气8KV，接触6KV

2.   RS485接口：

a)   数量：1个

b)   接口速率：2400~19200bps，默认9600bps

c)   物理接口：3.81mm绿色端子

d)   SURGE：4KV；EFT：4KV；ESD：空气8KV，接触6KV

3.   LAN接口：

a)   数量：1个

b)   接口速率：10/100-Based

c)   物理接口：RJ45

d)   SURGE：4KV；EFT：4KV；ESD：空气8KV，接触6KV

e)   电气隔离：1500V

4.   WIFI通信：

a)   数量：1个

b)   无线标准：802.11 b/g/n

c)   频率范围：2.4GHz-2.5GHz (2400M-2483.5M)

d)   输出功率：21.5dBm

5.   ZIGBEE通信

a)   数量：1个

b)   频率范围：2.4~2.525GHZ

c)   发射功率    ：26.5dBm

d)   接收灵敏度：-85dBm

6.   红外发射

a)   数量：2（1只内置；1只外置）

b)   物理接口（外接）：3.81mm绿色端子

c)   频率：38KHZ

d)   发射距离：10m

7.   红外接收

a)   数量：1

b)   频率：38KHZ

8.   开关量输入

a)   数量：1

b)   接口类型：干接点

c)   物理接口：绿色端子

d)   SURGE：4KV；EFT：4KV；ESD：空气8KV，接触6KV

9.   开关量输出：

a)   数量：1

b)   接口类型：继电器

c)   负载能力：0.5A/125VAC

d)   隔离电压：1500V

e)   物理接口：绿色端子

f)   SURGE：4KV；EFT：4KV；ESD：空气8KV，接触6KV

10.  功耗

a)   小于<0.5W

11.  温度测量

a)   测量范围：-20~80℃

b)   精度：±0.3℃（-10~70℃）

c)   响应时间：5S

12.  湿度测量

a)   测量范围：0~100%RH

b)   精度：±3%RH（20~80%RH）

c)   响应时间：8S

4.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片；

 0）先来个现场测试图

   

 

 1）主板+ZIGBEE模块图片

  

 2）主板+WIFI图片

   

 3) LCD键盘PCBA图片

 

 

 

 

 

 

  

 4）ZIGBEE网关PCBA图片

   

 

 5) 3D打印的外壳

   外壳是用CREO设计的，不太熟悉CREO这个软件，边用边学，全部是在一块立方实体上通过拉伸挖出来的外壳，这个过程很痛苦，但是东西出来后感觉还可以，呵呵。

   外壳包括4个部分，底盖、上盖、面板、按键帽、亚克力镜面。上盖用于安装电路板；底盖用来配合上盖密封住电路板；面板是在完成安装布线后，封住这个设备，看不到内部走线，漂亮些。按键帽就是按键帽，不用说了；亚克力镜面用来保护LCD屏幕，并且可以让产品看起来大气些，但是打样费太贵了，就没打样了，很无奈呀。

    

   

   

 6）上位机软件图片

   上位机是本人用VS2013写的小程序，本人是搞硬件的，软件确实不在行，将就用用。功能说明：

   1）通信方式可是使用串口，主要应用在RS485通信的场合；也可以使用TCP连接，应用在WIFI连接或者使用ZIGBEE网关的场合。

   2）可以从设备导入、导出红外编码，适用于多个项目使用同一种类型空调的情况，不需要每次都学码。

   3）支持在线升级ISP功能。

   4) 可配置来电启动、温度控制、湿度控制、上下限阈值等空调运行参数。

   5）可实时显示设备的各种运行状态和相关事件。

   6）可通过软件学码或者发码遥控空调。

 

 

5.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景；

 2012年8月6日，国务院以国发〔2012〕40号印发《节能减排“十二五”规划》。该《规划》分现状与形势，指导思想、基本原则和主要目标，主要任务，节能减排重点工程，保障措施，规划实施6部分。空调在的众多应用场合中，不论是家用的还是商用的，甚至是工业场合中，其在电力运行成本比例中占据了很大的一部分，可以称为电老虎，如若有效、合理的管理空调的运行状态，对节能减排能起到很大的效果。以此为背景，本空调控制器本着合理控制空调达到节能减排的目的而应运而生，支持温度控制、定时控制、能耗统计等功能，适用于家庭、仓库、办公室、学校、机房等应用场合。

 纵观智能空调在中国的发展，从市场普及的定频空调、变频空调，到代表未来趋势的高端智能空调，国内空调市场已悄然拉开新一轮的智能产品差异化升级战。经过多年的技术积累和沉淀，智能空调在国内市场已获得了在产品、技术等环节上的爆发力量。除甲醛、除PM2.5、空气过滤等空气调节功能、智能健康技术也正在日趋强大，智能空调已经慢慢的普及化。而已经投到市场投入使用的非智能空调，通过本产品之后，可快速的升级到智能空调，具有很大的市场前景。

6.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？

 本作品安装简单、使用方便，轻轻松松完成非智能空调的智能化，通过合理控制温度、湿度，达到节能减排的目的。对于一些无人值守的机房、仓库、基站，一方面可以进行温度控制达到节能的目的，延长空调的使用寿命；另一方面可以通过以太网、无线等多钟组网方式进行实时集中监控，确保现场环境温度运行在设定范围内，有效保护现场运行的设备、货物等等。

二、系统构架图

1. 系统有三大模块组成：

    1）主板，主要功能是：AC220转5V隔离电源；AC220输出给空调；电能计量电路；以太网通信；RS485通信；数字量输入；数字量输出；红外编解码；数据存储等

          2）人机界面板：包括LCD显示屏、键盘、LED指示灯；为了方便发射红外和接收红外，在这里放了1通道红外发射以及红外接收；在大部分场合用户无需外接红外发射二极管接口控制空调；

          3） 无线通信模组接口：本项目支持WIFI无线通信和ZIGBEE无线通信，统一采用UART+GPIO方式通信和控制。

2. 系统整体框图：

           

3. 主板拓扑框图

 

三、硬件部分的描述

1. 电源电路图

 说明：

  1）AC/DC采用LNK306DN；可输出350mA电流，满足系统的要求。

  2）防雷设计

  3）电能统计采用HLW8012；单相电能计量芯片，可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值。

  4) 电源通断控制器采用HF115F-L/5；最大控制电路16A，满足民用空调的电流通流量。

  5）DC/DC隔离电源采用NN1-05S05S模块，隔离市电，确保使用安全。

  6）3.3V电源采用XC6203E332MR；最大驱动电流440mA

2.  CPU电路（保密，无法提供原理图）：

      说明

     1）CPU采用STM32F103RB；CPU运行速度72MH，FLASH 128KB，RAM 20KB

     2）FLASH采用SST25V016B芯片，最大存储容量为16Mb；用于存储红外编码和系统历史事件、历史数据。

     3）温湿度采集采用SHT20芯片，温度精度:0.3°，湿度精度：3%RH；

     4）内置3V电池给RTC供电，用于实现系统时间；应用在定时开关空调的场合。

     5）蜂鸣器用于提醒空调异常，例如无法控制；用于提醒用户的学码结果，长鸣2秒代表学习成功，短促3次则代表学习失败；

     6）DI/DO电路。

3.  RS485电路图

    1）采用工业级MAX485EESA作为驱动IC。

    2）防雷、EFT、静电设计

   

4. 以太网电路图

    1）采用W5500作为网络接口IC，W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。W5500集成了TCP/IP协议栈，10/100M以太网数据链路层（MAC）及物理层（PHY）。

   2）采用HR871181A作为RJ45接口，HR871181A集成了以太网变压器和RJ45接口，可以大大减少PCB的占用面积。

   

5. 无线接口电路图

    无线接口采用UART通信方式，以CC2530模组作为设计原形，如果使用WIFI模组，因为WIFI模组与接口定义不一致，需在WIFI模组上增加转接板。

    

6： ZIGBEE模组电路图：（注意：本模块在电子制作节之前已经完成，评委和观众可跳过）

    1) 采用CC2530作为主处理器；

    2）采用RFX2401C作为PA。

    3）在红树林实测，通信距离1.5km(稳定)，极限2.0km（丢包）。通信距离和布线、阻抗有关，有技术含量。

    4)  使用TI Z-Stack Home 1.2.2a版本的协议栈。

 

7. WIFI底板

      1） 主板为了能同时兼容ZIGBEE和WIFI，使用同一个接口，而WIFI模组采用的是ESP-12S，明显引脚不兼容，所以，不得不设计了一个转接底板。

      2） WIFI模组采用了ESP-12S（吐槽一下厂家的技术支持，很弱）。模块核心处理器 ESP8266 在较小尺寸封装中集成了业界领先的 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU，带有 16 位精简模式，主频支持 80 MHz 和 160 MHz，支持 RTOS，集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA，板载天线。支持标准的 IEEE802.11 b/g/n 协议，完整的 TCP/IP 协议栈。用户可以使用该模块为现有的设备添加联网功能，也可以构建独立的网络控制器。

   

8. ZIGBEE网关电路

     为了配合ZIGBEE通信，还需要一个ZIGBEE集中器（网关），因为这个集中器不是在本制作节开发的，就不在这里贴图了，系统组成如下：

     1.  模组采用本帖上述第6点描述的模组。

     2.  CPU采用STM32F107VBT6，72MHZ处理器， 128KB FLASH， 64KB RAM，关键是集成成MAC，可以轻松实现以太网功能。（为什么不适用W5500？因为W5500的端口有限，只有8个）

     3.  PHY采用RTL8021BL，很便宜，很好用。

9.  LCD人机界面电路

   1. 采用字段式TN LCD屏幕，显示直观、简单，成本低，适合量产。

   2. 采用HT1621作为驱动IC，记得使用LQFP48封装的，价格较低，且可以使用嘉立创STM加工哦，我就是用嘉立创SMT，省了不少功夫。

   3. 采用IRM-H638T作为红外接收模组。

   4. 采用IR333C作为红外发射二极管。

   5. 有LED指示灯，包括电源指示灯，运行指示灯（空调状态指示灯）。

   6. 共4个按键，包括：菜单、上（加）、下（减）、确定。

  

10. 相关PCB设计图

   1） 主板

  

    

   2）LCD

 

   

   3)  ZIGBEE模块

 

四、材料清单（BOM列表)

1.       M3处理器： STM32F103RBT6, http：//www.szlcsc.com/product/details_9244.html

2.       M3处理器： STM32F107VCT6, http：//www.szlcsc.com/product/details_8807.html

3.       51处理器： CC2530F256RHAT , http：//www.szlcsc.com/product/details_9643.html

4.       以太网PHY：RTL8201BL, http：//www.szlcsc.com/product/details_10553.htm

5.       SPI FLASH：SST25VF016B, http：//www.szlcsc.com/product/details_87481.html

6.       以太网集成IC：W5500, http：//www.szlcsc.com/product/details_33808.html

7.       AC-DC电源IC：LNK306DN, http：//www.szlcsc.com/product/details_35286.html

8.       温湿度传感：SHT20, http：//www.szlcsc.com/product/details_54881.html

9.       线性电源IC：XC6201P332MR, http：//www.szlcsc.com/product/details_30158.html

10.   网络模组：HR871181A, http：//www.szlcsc.com/product/details_50320.html

11.   RS485通信IC：MAX485EESA, http：//www.szlcsc.com/product/details_24227.html

12.   电能计量IC：HLW8012, http：//www.szlcsc.com/product/details_84970.html

13.   电机驱动IC：TC117HS, http：//www.szlcsc.com/product/details_83898.html

14.   继电器：HFD4/5, http：//www.szlcsc.com/product/details_24246.html

15.   红外接收IC：IRM-H638T, http：//www.szlcsc.com/product/details_92636.html

五、软件部分的描述（选填）

1. 软件流程图

 

2. 38K红外编码载波初始化程序

void TIM1_Configuration(void){
	TIM_TimeBaseInitTypeDef   TIM_TimeBaseStructure; 
    TIM_OCInitTypeDef   TIM_OCInitStructure; 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);        //tim1

  /* Time Base configuration */
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 210;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;

  TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

  /* Channel 1, 2,3 and 4 Configuration in PWM mode */
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TIM1_CCR1_Val;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;

  TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
/*
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TIM1_CCR2_Val;
  TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TIM1_CCR3_Val;
  TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TIM1_CCR4_Val;
  TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
*/
  /* TIM1 counter enable */
  TIM_Cmd(TIM1, DISABLE);

  /* TIM1 Main Output Enable */
  TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, DISABLE);  //·??????±?ò????
	  
}

3. ESP-12S程序、W5500程序、HLW8012电能统计等程序在立创社区或网上都有例程，不在这里贴出。

4. 键盘、显示、GPIO等常规程序，没必要贴出。

六、作品演示

视频用手机拍的，同时在电脑上对操作软件进行了录像，但是在将两个视频合成的时候出了点问题，软件部分的画面比较模糊，所以上传了两个视频，1是合成的视频，2是将软件部分另外上传了1份。

  1） 演示视频1：https://v.qq.com/x/page/b0541gs1c31.html

  2） 演示视频2：https://v.qq.com/x/page/o0541oqk2dw.html

七、总结

1) 接入市电的设备要特别主机EFT，特别是需要接入电机等感性负载的时候，否则容易烧毁电路。例如本设备的HLW8012就烧毁了一次，初步判定是EFT造成的，下一个版本改善。

2）本人对手机APP一概不同，所以APP没有实现；如果有APP的话，评分应该会高些，可玩性也会高些。

3）WEB Server比较耗精力，所以也就没有去实现，计划下一阶段完成。

4）设备内部有AC/DC电源，发热量较大，W5500发热量也较大，一定程度上使得温度比实际值偏高0.5度~1度。下一阶段改善外壳的通风设计，以及电路板的隔热设计。

5) WIFI的通信延时很明显，原因尚未找出，下一阶段处理。

6）关于红外学码，实际上本系统的学码并非真正的“学”，而是“复制”，做到真正的学码需要投入我个认为很大的时间和精力，才能实现真正的“学习”市面所有的空调，这不是一两个月能完成得了的。

这一个小继电器能扛得住 空调的启停？还不是两下就爆了