阅读说明：本技术 空调室内外机模拟和通讯监测装置及其方法 (Simulation and communication monitoring device and method for indoor and outdoor units of air conditioner ) 是由 姜陈宁 隋一赛 佐井阳 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种空调室内外机模拟和通讯监测装置,主要包括电源电路、MCU、与MCU相互连接的电流环通讯电路、无线通信模块、HMI；所述电源电路为装置供电；所述电流环通讯电路用于提供工作于模拟空调内机模式、模拟空调外机模式、监测内外机通讯模式的电路结构；所述MCU用于控制电流环通讯电路使其工作于对应模式,获取空调室内外机的运行数据及通讯数据,满足不同品牌型号的空调室内外机的模拟需求。还公开了一种空调室内外机模拟和通讯监测方法,包括模拟空调内机模式、模拟空调外机模式、监测内外机通讯模式,适用于现有两种空调电流环通讯电路的空调。本发明能够在不影响空调正常工作的前提下,及时有效地获取室内外机通讯数据。(The invention discloses an air conditioner indoor and outdoor unit simulation and communication monitoring device which mainly comprises a power supply circuit, an MCU (microprogrammed control unit), a current loop communication circuit, a wireless communication module and an HMI (human machine interface), wherein the current loop communication circuit is mutually connected with the MCU; the power circuit supplies power to the device; the current loop communication circuit is used for providing a circuit structure which works in a mode of simulating an air conditioner internal unit, a mode of simulating an air conditioner external unit and a mode of monitoring the communication of the internal unit and the external unit; the MCU is used for controlling the current loop communication circuit to enable the current loop communication circuit to work in a corresponding mode, acquiring the operation data and the communication data of the indoor and outdoor units of the air conditioner, and meeting the simulation requirements of the indoor and outdoor units of the air conditioner of different brands and models. The method comprises an air conditioner indoor unit simulation mode, an air conditioner outdoor unit simulation mode and an air conditioner indoor and outdoor unit monitoring communication mode, and is suitable for the air conditioners with two existing air conditioner current loop communication circuits. The invention can effectively acquire the communication data of the indoor unit and the outdoor unit in time on the premise of not influencing the normal work of the air conditioner.)

空调室内外机模拟和通讯监测装置及其方法

技术领域

本发明涉及空调研发调试、生产、售后维修领域，特别是涉及一种空调室内外机模拟和通讯监测装置及其方法。

背景技术

空调在测试和调试过程难免会发生异常的情况和结果，此时如果有足够多的数据可用于异常分析，对于问题的解决会提供极大的帮助，而室内外机的通信中包含了较多的关键性数据，如工作模式，压缩机指令转速、温度传感器、故障信息等。因此如果能及时获取到上述信息，对空调的测试与维修将起到举足轻重的作用。

然后，现有市面上大部分空调电流环通讯电路分为两种结构：一种结构为电流环电源正极流出，通过内外机的通讯电路隔离光耦，回到电源零线(电源负极)，电路结构及电流方向如图1所示，具有该种电路结构的品牌空调包括海尔、格力、奥克斯、海信、扬子、TCL；另一种结构为电流环电流由电源零线(电流环电源正极)流出，经过内外机的通讯电路隔离光耦，回到电源负极，电路结构及电流方向如图2所示，具有该电路结构的品牌空调包括美的。

目前尚未有一种通讯监测与模拟装置能够同时兼顾两种空调电流环通讯电路，实现空调室内外机通信的动态监测，因此亟需提供一种新型的空调室内外机模拟和通讯监测装置来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空调室内外机模拟和通讯监测装置及其方法，能够在不影响空调自身正常工作的前提下，及时有效地获取室内外机通讯数据。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种空调室内外机模拟和通讯监测装置，主要包括电源电路、MCU、与MCU相互连接的电流环通讯电路、无线通信模块、HMI；

所述电源电路分别与电流环通讯电路、MCU、无线通信模块连接，为装置供电；

所述电流环通讯电路用于提供工作于模拟空调内机模式、模拟空调外机模式、监测内外机通讯模式的电路结构；

所述MCU用于控制电流环通讯电路使其工作于对应模式，获取空调室内外机的运行数据及通讯数据，满足不同品牌型号的空调室内外机的模拟需求；

所述无线通讯模块用于将MCU监测到的数据上传保存至存储设备；

所述HMI用于装置对应工作模式的设置及数据的显示。

在本发明一个较佳实施例中，所述电流环通讯电路主要包括通讯电源电路、通讯模式切换继电器KA1—KA5及KB1—KB5、数据接收隔离光耦OP2、数据发送隔离光耦OP1、用于模拟内外机连接的端口ACL_IN、ACN_IN、S、用于监测内外机通讯连接的端口SI、SO、数据读取端口RXD、数据发送端口TXD。

进一步的，所述通讯电源电路包括电阻R1—R3、整流二极管D1、电容C1、稳压二极管ZD1、ZD2、电解电容E1，电阻R1、R2、整流二极管D1的正极依次串联，电阻R1的一端连接端口ACL_IN，电阻R3的一端、电解电容E1的正极、电容C1的一端、稳压二极管ZD1的一端并联后连接整流二极管D1的负极，稳压二极管ZD2与ZD1串联，电阻R3的另一端、电解电容E1的负极、电容C1的另一端、稳压二极管ZD2的另一端并联后与端口ACN_IN连接；

以及电阻R6—R7、R10、整流二极管D3、电容C2、稳压二极管ZD4、ZD5、电解电容E2，电阻R6、R7、整流二极管D3的负极依次串联，电阻R6的一端连接端口ACL_IN，电阻R10的一端、电解电容E2的负极、电容C2的一端、稳压二极管ZD4的一端并联后连接整流二极管D3的正极，稳压二极管ZD14与ZD15串联，电阻R10的另一端、电解电容E1的正极、电容C2的另一端、稳压二极管ZD5的另一端并联后与端口ACN_IN连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述无线通讯模块采用Wi-Fi通讯模块或/和蓝牙通讯模块。

在本发明一个较佳实施例中，该装置还包括与MCU相连的USB读写模块，用于将装置测试的数据保存在本地U盘中。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种空调室内外机模拟和通讯监测方法，包括模拟空调内机模式、模拟空调外机模式、监测内外机通讯模式；

在模拟空调内机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置与被模拟空调的外机连接，由模拟空调外机供电，通过相互通讯对被模拟空调的外机进行控制和监测，获取被模拟空调的外机的运行状态；

在模拟空调外机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置与被模拟空调的内机连接，通过相互通讯响应被模拟空调的内机的控制信息，获取被模拟空调的内机的控制状态；

在监测内外机通讯模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置串接在空调内外机电流环通讯电路中，获取空调的运行信息和状态。

在本发明一个较佳实施例中，所述空调内外机电流环通讯电路包括第一空调内外机电流环通讯电路结构、第二空调内外机电流环通讯电路结构；

所述第一空调内外机电流环通讯电路结构的电流环为电源正极流出、回到电源零线；

所述第二空调内外机电流环通讯电路结构的电流环为电源零线流出、回到电源负极；

针对第一空调内外机电流环通讯电路结构，在模拟空调内机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置中的MCU控制继电器KA1、KA4、KA5闭合，电流由端口S依次经过KA4、数据发送隔离光耦OP1、KA1、数据接收隔离光耦OP2、KA5流至端口ACL_IN；

针对第二空调内外机电流环通讯电路结构，在模拟空调内机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置中的MCU控制继电器KB1、KB4、KB5闭合，电流由端口S依次经过KB4、数据接收隔离光耦OP2、KB1、数据发送隔离光耦OP1、KB5流至端口ACL_IN。

在本发明一个较佳实施例中，所述空调内外机电流环通讯电路包括第一空调内外机电流环通讯电路结构、第二空调内外机电流环通讯电路结构；

所述第一空调内外机电流环通讯电路结构的电流环为电源正极流出、回到电源零线；

所述第二空调内外机电流环通讯电路结构的电流环为电源零线流出、回到电源负极；

针对第一空调内外机电流环通讯电路结构，在模拟空调外机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置中的MCU控制继电器KA1、KA2、KA3闭合，电流由通信电源电路产生，经电阻R1、R2、D1至KA2、数据发送隔离光耦OP1、KA1、数据接收隔离光耦OP2、KA3流至端口S；

针对第二空调内外机电流环通讯电路结构，在模拟空调外机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置中的MCU控制继电器KB1、KB2、KB3闭合，电流由通信电源电路产生，由端口ACN_IN依次经过KB2、数据接收隔离光耦OP2、KB1、数据发送隔离光耦OP1、KB3流至端口S。

本发明的有益效果是：

(1)本发明将通讯电路监测端口串联到空调室内外机通讯线中，在不影响空调自身正常工作的前提下，获取室内外机的通讯数据，通过无线通信模块将采集到的通信指令发送至用户手中，极大地提高了工作效率；该装置属于低功耗产品，不会对空调整机功率产生影响，也不会影响空调工作；

(2)本发明通过电流环通讯电路连接空调室内外机通讯线，主控MCU通过控制内部继电器切换通讯电路，可工作于多种模式下，满足模拟不同品牌型号的空调内外机，达到一机多用的效果；

(3)本发明能够对空调室内外通信进行动态监测、可视化操作，通过手机、PC或云端实时获取的通信数据，可极大地提高空调在研发、调试、生产和维修的效率；

(4)本发明具有小巧轻便、操作简单、通信便利、接线简单等优点。

附图说明

图1是第一空调内外机电流环通讯电路结构及电流环示意图；

图2是第二空调内外机电流环通讯电路结构及电流环示意图；

图3是本发明空调室内外机模拟和通讯监测装置一较佳实施例的结构框图；

图4是所述电流环通讯电路图；

图5是WiFi通讯模块的电路图；

图6是USB读写模块的电路图；

图7是本发明模拟空调内机工作模式的示意图；

图8是本发明模拟空调外机工作模式的示意图；

图9是本发明监测空调内外机工作模式的示意图；

图10是模拟海尔空调外机时的通讯电流示意图；

图11是模拟海尔空调内机时的通讯电流示意图；

图12是模拟美的空调外机时的通讯电流示意图；

图13是模拟美的空调内机时的通讯电流示意图；

图14是监测空调内外机通讯的电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图3，本发明实施例包括：

一种空调室内外机模拟和通讯监测装置，主要包括电源电路、MCU、与MCU相互连接的电流环通讯电路、无线通信模块、HMI、USB读写模块。所述电源电路分别与电流环通讯电路、MCU、无线通信模块连接，为装置供电；所述电流环通讯电路用于提供工作于模拟空调内机模式、模拟空调外机模式、监测内外机通讯模式的电路结构；所述MCU用于控制电流环通讯电路使其工作于对应模式，获取空调室内外机的运行数据及通讯数据，满足不同品牌型号的空调室内外机的模拟需求；所述无线通讯模块用于将MCU监测到的数据上传保存至存储设备；所述HMI用于装置对应工作模式的设置及数据的显示；所述USB读写模块，用于将装置测试的数据保存在本地U盘中。

优选的，所述MCU采用单片机STM32F103RET6，体积小，功能强大。

结合图4，所述电流环通讯电路主要包括通讯电源电路、通讯模式切换继电器KA1—KA5及KB1—KB5、数据接收隔离光耦OP2、数据发送隔离光耦OP1、用于模拟内外机连接的端口ACL_IN、ACN_IN、S、用于监测内外机通讯连接的端口SI、SO、数据读取端口RXD、数据发送端口TXD。数据读取端口RXD、数据发送端口TXD用于连接MCU通讯端。各电路元器件及其连接关系如图所示。

进一步的，所述通讯电源电路包括电阻R1—R3、整流二极管D1、电容C1、稳压二极管ZD1、ZD2、电解电容E1，电阻R1、R2、整流二极管D1的正极依次串联，电阻R1的一端连接端口ACL_IN，电阻R3的一端、电解电容E1的正极、电容C1的一端、稳压二极管ZD1的一端并联后连接整流二极管D1的负极，稳压二极管ZD2与ZD1串联，电阻R3的另一端、电解电容E1的负极、电容C1的另一端、稳压二极管ZD2的另一端并联后与端口ACN_IN连接；以及电阻R6—R7、R10、整流二极管D3、电容C2、稳压二极管ZD4、ZD5、电解电容E2，电阻R6、R7、整流二极管D3的负极依次串联，电阻R6的一端连接端口ACL_IN，电阻R10的一端、电解电容E2的负极、电容C2的一端、稳压二极管ZD4的一端并联后连接整流二极管D3的正极，稳压二极管ZD14与ZD15串联，电阻R10的另一端、电解电容E1的正极、电容C2的另一端、稳压二极管ZD5的另一端并联后与端口ACN_IN连接。电源接通后，AC220V由电阻R1、R2、R3分压，D1半波整流，再由电解电容E1滤波，稳压二极管ZD1、ZD2稳压得到一个稳定的上正下负的直流电压；同理，AC220V由电阻R6、R7、R10分压，D3半波整流，再由电解电容E2滤波，稳压二极管ZD4、ZD5稳压得到一个稳定的上负下正的直流电压。

所述无线通讯模块采用Wi-Fi通讯模块或/和蓝牙通讯模块，可利用该模块通过其它无线设备对该装置进行无线操作及数据查看，也可将监测到数据上传保存到PC、云端、手机等存储设备。结合图5，所述Wi-Fi通讯模块包括电解电容E21、电容C21、C23、C24、电阻R21、R22、接口CN3。电解电容E21的正极、电容C21的一端并联后连接+5V电压及CN3的电源引脚，电解电容E21的负极、电容C11的另一端接地及CN3的接地引脚；电阻R21的一端连接+3.3V电压、另一端连接CN3的数据接收引脚，电阻R22的一端连接+3.3V电压、另一端连接CN3的数据发送引脚；电容C23的一端连接CN3的数据发送引脚、另一端接地，电容C24的一端连接CN3的数据接收引脚、另一端接地。各电路元器件及其连接关系如图所示。若采用蓝牙通讯模块，可采用现有常规的蓝牙通讯电路。

参阅图6，所述USB读写模块中采用文件管理控制芯片IC3，型号为CH376S，其***电路元器件及其连接关系如图所示。在进行测试时可将测试的数据保存在本地U盘中，也可通过WiFi模块将数据上传至云端，便于数据的远程收集。

使用时，将通讯电路监测端口串联到空调室内外机通讯线中，在不影响空调自身正常工作的前提下，获取室内外机的通讯数据，通过无线通信模块将采集到的通信指令发送至用户手中，极大地提高了工作效率。该装置具有小巧轻便、操作简单、通信便利、接线简单等优点，属于低功耗产品，不会对空调整机功率产生影响，也不会影响空调工作。

利用该装置，本发明还提供一种空调室内外机模拟和通讯监测方法，包括模拟空调内机模式、模拟空调外机模式、监测内外机通讯模式。

结合图7，在模拟空调内机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置与被模拟空调的外机连接，由被模拟空调的外机供电，通过相互通讯对被模拟空调的外机进行控制和监测，获取被模拟空调的外机的运行状态；

结合图8，在模拟空调外机模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置与被模拟空调的内机连接，通过相互通讯响应被模拟空调的内机的控制信息，获取被模拟空调的内机的控制状态；

结合图9，在监测内外机通讯模式时，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置串接在空调内外机电流环通讯电路中，获取空调的运行信息和状态。

实际应用中，所述空调内外机电流环通讯电路包括第一空调内外机电流环通讯电路结构、第二空调内外机电流环通讯电路结构。所述第一空调内外机电流环通讯电路结构的电流环为电源正极流出、回到电源零线，属于该电路结构的品牌机型包括海尔、格力、奥克斯、海信、扬子、TCL；所述第二空调内外机电流环通讯电路结构的电流环为电源零线流出、回到电源负极，属于该电路结构的品牌机型包括美的。

下面分别描述两种空调内外机电流环通讯电路在不同工作模式下的工作原理：

以模拟海尔空调外机举例，海尔空调内外机通讯电路属于第一空调内外机电流环通讯电路结构；将该装置按照图8模拟空调外机工作模式连接好。根据电流环通讯电路图10，由MCU控制继电器KA1,KA2,KA3闭合，电源接通后，AC220V由电阻R1、R2、R3分压，D1半波整流，再由电解电容E1滤波，稳压二极管ZD1、ZD2稳压得到一个稳定的直流电压，电流经KA2至数据发送隔离光耦OP1，此时MCU控制OP1为导通状态，装置为接受数据状态；电流经过OP1再通过KA1及二极管D4和限流电阻R14到数据接受光耦OP2的原边侧，当室内机有数据发送时，使OP2原边光耦导通，经过KA3回到内机电路形成电流通路。则在OP2的副边产生对应的数据波形，MCU就可以通过端口RXD获取到内机的数据了。当接收完成后，MCU再通过端口TXD将数据发送出去，内机则同样通过电流环获取外机回复的数据，完成内外机的通讯问答。此模式除了可模拟海尔空调外机，还可用于模拟格力外机、奥克斯内机、海信内机、扬子内机、TCL内机。

当装置设置为模拟海尔内机的工作模式时，原理与上述类似，如图11，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置中的MCU控制继电器KA1、KA4、KA5闭合，电流环电源由外机提供，装置中的电路就不需要接入电路部分，由继电器配置切换即可完成。电流由端口S依次经过KA4、数据发送隔离光耦OP1、KA1、数据接收隔离光耦OP2、KA5流至端口ACL_IN。此模式除了可模拟海尔空调内机，还可用于模拟格力内机、奥克斯外机、海信外机、扬子外机、TCL外机。

以模拟美的空调外机举例，美的空调内外机通讯电路属于第二空调内外机电流环通讯电路结构。同理，结合图12，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置中的MCU控制继电器KB1、KB2、KB3闭合，电流由通信电源电路产生，由端口ACN_IN依次经过KB2、数据接收隔离光耦OP2、KB1、数据发送隔离光耦OP1、KB3流至端口S。

当装置设置为模拟美的内机的工作模式时，原理与上述类似，如图13，所述空调室内外机模拟和通讯监测装置中的MCU控制继电器KB1、KB4、KB5闭合，电流环电源由外机提供，装置中的电路就不需要接入电路部分，由继电器配置切换即可完成。电流由端口S依次经过KB4、数据接收隔离光耦OP2、KB1、数据发送隔离光耦OP1、KB5流至端口ACL_IN。

当装置设定为监控模式时，可应用于各种电流环通讯方式的机型。该电路中整流桥DB2可将电流环通路整流，使得该装置与空调室内外机串接时可不必分辨方向，大大方便连接。电流环通路如图14，电流由端口SI流入经过整流桥DB2、整流二极管D4、电阻R14、R16、电容C3、二极管D5、数据接收隔离光耦OP2，流回至端口SO。MCU通过RXD端口可获取通讯信息，进行解析监测。

通过上述工作模式，该装置能够检测空调的常见故障检测类型：传感器故障、压缩机指令转速、工作模式、故障信息等。

本发明通过电流环通讯电路连接空调室内外机通讯线，主控MCU通过控制内部继电器切换通讯电路，可工作于多种模式下，满足模拟不同品牌型号的空调内外机，达到一机多用的效果；因此能够对空调室内外通信进行动态监测、可视化操作，通过手机、PC或云端实时获取的通信数据，可极大地提高空调在研发、调试、生产和维修的效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。