CN101226409A - 一种智能控制二氧化碳浓度的方法及其装置 - Google Patents

一种智能控制二氧化碳浓度的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能控制二氧化碳浓度的方法及其装置，按要求设定依次递减二氧化碳浓度值C1、C2、……、Cn、CL，n为大于或等于3的整数，在换气空间内，当C＞C1时；或当C2＜C≤C1，并在T21时间内始终维持于该区间时；或当Cn＜C≤Cn－1，并在Tn1时间内始终维持于该区间时或在数个设定的单位时间Tn2内C有增加的趋势时，换气装置换气，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置才关闭；当C≤Cn时，换气装置关闭；本装置是由二氧化碳浓度检测器、中央处理器、通讯接口及换气设备组成，中央处理器对二氧化碳浓度通过采样、计算、比较，输出信号给通讯接口，进而控制换气设备的开启和关闭。本发明对二氧化碳浓度进行分段判断，达到了智能空气交换的目的。

Description

一种智能控制二氧化碳浓度的方法及其装置
技术领域：
本发明属于空气交换的控制领域，特别是一种智能控制二氧化碳浓度的方法及其装置。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，对空气质量，特别是家居室内的空气质量的要求也是越来越高，医学研究证明，空气中二氧化碳的多少会影响人体的健康，人类适应现在的大气环境是长期进化的结果，如果空气中的二氧化碳浓度增加，就会影响人体的气体交换。现在规定空气中的二氧化碳的含量最高允许值为0.1％，当空气中的二氧化碳的含量超过0.1％时，人就会感到疲倦、不适；达到0.2％时就会感到呼吸困难；超过0.4％时，人就会感到头晕，头痛，还可能有呕吐现象发生；浓度达到1％时，人就会感到窒息，严重的还会发生休克甚至死亡，所以对室内空气中的二氧化碳浓度进行调节是十分必要的。
现在很多用于空调上或者单独作空气换气机用的空气交换装置，换气控制方法都很简单，基本上都是二氧化碳浓度达到一定数值CH时就启动换气装置，换气装置开启后，当二氧化碳浓度低于一定数值CL时就关闭换气装置，这样的控制方式，对二氧化碳浓度的监测比较粗糙，当CH与CL的设置值相差较大时，二氧化碳在换气装置关闭时开始积聚，容易造成二氧化碳浓度高而换气装置仍然关闭的情况，对人产生不良影响；当CH与CL的设置值相差较小时，虽然这时能比较好地把二氧化碳浓度控制在一个窄幅的范围内，但这不可避免地使换气装置频繁启动和关闭，耗能的同时，又大大缩小了二氧化碳浓度控制的范围，实用性受到很大的限制。
发明内容：
本发明的目的就是为了克服现有换气控制技术粗糙，且耗费能源的缺点，提供了一种智能控制二氧化碳浓度的方法及其装置，对换气空间内的二氧化碳浓度进行分段判断，并要求积累一定的时间，而且对换气空间内二氧化碳浓度的增长趋势进行判断，达到更智能控制的目的。
为达到以上目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种智能控制二氧化碳浓度的方法，按要求设定依次递减二氧化碳浓度值C1、C2、C3、……、Cn-1、Cn、CL，n为大于或等于3的整数，并连续地检测换气空间内二氧化碳浓度C；
当换气装置处在关闭状态时，按照以下方式运行换气装置；
a)当C＞C1时，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置才关闭，停止空气交换；
b)当C2＜C≤C1，并在该浓度段维持一定的时间T21，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置才关闭，停止空气交换；
c)当C3＜C≤C2，并在该浓度段维持一定的时间T31，或在设定的单位时间T32内二氧化碳浓度C呈增加的趋势时，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置才关闭，停止空气交换；
d)当Cn＜C≤Cn-1，n为大于3的整数，并在该浓度段维持一定的时间Tn1，或在设定的时间Tn2内二氧化碳浓度C呈增加的趋势时，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置关闭，停止空气交换；
e)当C≤Cn时，换气装置不启动；
当换气装置已处在换气状态时，则二氧化碳浓度C只与CL作比较，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL时，换气装置才关闭，停止空气交换。
进一步的，设定所述的时间Tn1＞T(n-1)1。
所述的二氧化碳浓度值C1、C2、C3、……、Cn-1、Cn、CL和所述的时间Tn1、Tn2、TL可预先储存在控制系统内或通过软件的设定而实现。
一种智能控制二氧化碳浓度的装置，由二氧化碳浓度检测器、中央处理器、通讯接口及换气设备组成，所述二氧化碳浓度检测器输出端连接中央处理器数据采样输入口，所述中央处理器的输出口连接通讯接口，所述通讯接口再连接到换气设备。
所述的二氧化碳浓度检测器，由二氧化碳传感器及相应电路组成，二氧化碳传感器输出端输出一个电压值。
所述的中央处理器为单片机，其模拟输入口采集从所述二氧化碳传感器输出的电压值，所述单片机根据电压值换算成浓度值，并与单片机内部预先设定的一系列浓度值进行比较，再根据相应的条件，通过输出端口把信号传输给通讯接口，进而控制换气设备的开启和关闭。
本发明的优点在于：能很好地分段检测和控制换气空间内二氧化碳的浓度，在二氧化碳浓度较高的情况下，加大换气频率，而在二氧化碳浓度较低的情况下，降低换气频率，从而扩大了二氧化碳浓度的检测和控制幅度，实现根据二氧化碳的浓度范围不同而采用不同的换气频率，既能极大地改善了换气空间内的空气质量及人体的舒适度，也能适当达到节能的效果。
附图说明：
附图1是本发明智能控制二氧化碳浓度的方法的工作流程图；
附图2是本发明智能控制二氧化碳浓度的装置的工作原理示意图；
附图3是本发明智能控制二氧化碳浓度的装置的实施例电路图。
下面通过附图对本发明的实施例作进一步的说明：
具体实施方式：
附图1是本发明智能控制二氧化碳浓度的方法的工作流程图。
在本实施例中，我们取n＝3，设定二氧化碳浓度值C1＝3600ppm、C2＝1500ppm、C3＝800ppm、CL＝600ppm，并储存在空调的控制系统中。而二氧化碳传感器连续地检测换气空间内二氧化碳浓度，单片机根据采集到的二氧化碳传感器输出的电压值换算成浓度值，与设定的二氧化碳浓度值进行比较判定，按照以下方式控制换气装置：
如果换气装置已处在换气状态中，则二氧化碳浓度C只与CL作比较，直至C＜600ppm，并在一定的时间TL＝5分钟内仍然检测到C＜600ppm时，单片机清除换气标志，换气装置才关闭，停止空气交换；
如果换气装置处在关闭状态中，
(1)当C＞3600ppm时，此时由于二氧化碳的浓度很高，必须马上强制换气。由单片机输出换气信号，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C＜600ppm，并在一定的时间TL＝5分钟内仍然检测到C＜600ppm时，单片机清除换气标志，换气装置才关闭，停止空气交换；
(2)当1500ppm＜C≤3600ppm，此时的二氧化碳的浓度较低，对人体的危害性也相应地降低了，故没有必要马上强制换气。故设定时间T21＝5分钟，如果超过了时间T21，C仍然维持于所述浓度区间时，才由单片机输出换气信号，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C＜600ppm，并在一定的时间TL＝5分钟内仍然检测到C＜600ppm时，单片机清除换气标志，换气装置关闭，停止空气交换；
(3)当800ppm＜C≤1500ppm，此时二氧化碳处于更低的浓度水平，故相对于第(2)种方式来说，应该要进一步降低换气装置的启动频率，故设定一个更长的时间T31＝30分钟，如果超过了时间T31，C仍然维持于所述浓度区间时，才由单片机输出换气信号，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C＜600ppm，并在一定的时间TL＝5分钟内仍然监测到C＜600ppm时，单片机清除换气标志，换气装置关闭，停止空气交换；此外，在该浓度段内，如果在2个设定的单位时间T32＝3分钟，即共6分钟内二氧化碳浓度C都增加一定量的值，例如每3分钟都增加超过20ppm，亦即二氧化碳浓度C有增加的趋势时，此时表明环境对二氧化碳的清除功能在降低，故也让单片机输出换气信号，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C＜600ppm，并在一定的时间TL＝5分钟内仍然检测到C＜600ppm时，单片机清除换气标志，换气装置关闭，停止空气交换；
(4)当C≤800ppm时，单片机清除换气标志，换气装置不启动。上述设定的各种浓度和时间可预先储存在控制系统内或通过软件的设定而实现。
本发明中n为任意设定的等于或大于3的整数，n越大，二氧化碳浓度的分段越多，对换气空间内二氧化碳浓度的检测和控制就越精密。
本发明设定Cn＞CL，即本实施例中Cn＝800ppm＞CL＝600ppm的目的，就是使换气装置从处于工作状态，一直到C＜600ppm时才关闭，而当换气装置关闭时，二氧化碳浓度C从600ppm上升到800ppm的过程中，换气装置都不会启动，避免了换气装置的频繁启动，达到节能的目的。
同时本发明设定Tn1＞T(n-1)1，即本实施例中T31＝30分钟＞T21＝5分钟的目的，在于当换气空间内二氧化碳浓度处于较高水平时，换气装置可在短时间(5分钟)内启动换气，而在换气空间内二氧化碳浓度处于相对低的水平时，换气装置可允许在一个较长时间(30分钟)内才启动换气，这也能在保证空气质量的前提下，达到节能的目的。
附图2是本发明智能控制二氧化碳浓度的装置的工作原理示意图。
在换气空间内，由二氧化碳传感器及相应电路组成的二氧化碳浓度检测器，采集二氧化碳浓度，二氧化碳传感器输出端输出一个电压值到中央处理器的信号输入端，中央处理器根据采集到的二氧化碳信号换算成浓度，与中央处理器内部预先设定的一系列浓度值进行比较判定，并由定时电路或软件进行定时计算，最后把换气信号通过通讯接口传送给外部控制系统或者直接驱动换气装置进行换气。
附图3是本发明智能控制二氧化碳浓度的装置的实施例电路图。
1是二氧化碳浓度检测器的电路图，它由二氧化碳传感器S1及晶体管Q1、Q2、Q3之电路组成；
2是中央处理器的电路图，它由单片机ATMEGA8_TQFP32及外围电路组成，外围电路主要为时钟电路及复位电路；
3是通讯接口的电路图。
本实施例的工作原理是这样的：
单片机PB0(12脚)口通过电阻R15、R16和三极管Q3给二氧化碳传感器S1的1脚与3脚一个数字信号，单片机PB1口(13脚)通过电阻R7、R3和三极管Q1给二氧化碳传感器S1的1脚与2脚一个数字信号，单片机PB2(14脚)通过电阻R8、R4和三极管Q2给二氧化碳传感器S1的1脚与2脚一个数字信号，二氧化碳传感器S1的2脚输出一个电压值，单片机的ADC7(22脚)的模拟输入口采集这个电压值，根据电压值，单片机运行预设的软件计算对应的浓度，得到浓度值后，与单片机内部设定的一系列分等级的浓度及时间进行比较，然后，根据所预设的条件，判断目前的环境状况是否需要换气，如果到了换气条件，单片机的SDA(27脚)、SCL(28脚)会输出相应信号到I2C接口，并发送到控制换气设备的控制器上，单片机的SCL(28脚)通过电阻R1连接到电源。
单片机的PB6(7脚)、PB7(8脚)接有作为外围电路的时钟电路，其中PB6(7脚)、PB7(8脚)接晶体振荡器Y1，并接电容C4和C6；
单片机的PC6(29脚)接有作为外围电路的复位电路，其接复位芯片IC_TPS3809R的2脚，复位芯片IC_TPS3809R的1脚接地，复位芯片IC_TPS3809R的3脚通过电容C7接电源。
本实施例附图3的电路图，是在本技术领域比较常用的其中一种技术方案，当然还有很多本领域技术人员可实施的能达到同样技术效果的技术方案，均在本发明的覆盖范围内。
以上的描述只是本发明一个特定的实施例，本发明并不仅仅局限于以上图示或描述的方法，权利要求将覆盖本发明的实质精神及范围内的所有变化方案。

Claims (7)

1.一种智能控制二氧化碳浓度的方法，按要求设定依次递减二氧化碳浓度值C1、C2、C3、……、Cn-1、Cn、CL，n为大于或等于3的整数，并连续地检测换气空间内二氧化碳浓度C；
当换气装置处在关闭状态时，按照以下方式运行换气装置；
a)当C＞C1时，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置才关闭，停止空气交换；
b)当C2＜C≤C1，并在该浓度段维持一定的时间T21，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置才关闭，停止空气交换；
c)当C3＜C≤C2，并在该浓度段维持一定的时间T31，或在设定的单位时间T32内二氧化碳浓度C呈增加的趋势时，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置才关闭，停止空气交换；
d)当Cn＜C≤Cn-1，n为大于3的整数，并在该浓度段维持一定的时间Tn1，或在设定的时间Tn2内二氧化碳浓度C呈增加的趋势时，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL，换气装置关闭，停止空气交换；
e)当C≤Cn时，换气装置不启动；
当换气装置已处在换气状态时，则二氧化碳浓度C只与CL作比较，直至C降至CL以下并维持一定的时间TL时，换气装置才关闭，停止空气交换。
2.根据权利要求1所述的一种智能控制二氧化碳浓度的方法，其特征在于所述的时间Tn1＞T(n-1)1。
3.根据权利要求1所述的一种智能控制二氧化碳浓度的方法，其特征在于所述的二氧化碳浓度值C1、C2、C3、……、Cn-1、Cn、CL和所述的时间Tn1、Tn2、TL可预先储存在控制系统内或通过软件的设定而实现。
4.根据权利要求1所述的一种智能控制二氧化碳浓度的方法，其特征在于当换气装置处在关闭状态中，按照以下方式运行换气装置；
a)所述二氧化碳浓度C＞3600ppm时，单片机输出换气信号，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至600ppm以下并维持5分钟时，换气装置才关闭，停止空气交换；
b)所述二氧化碳浓度1500ppm＜C≤3600ppm时，如果超过了5分钟，C仍然维持于所述浓度区间时，单片机输出换气信号，换气装置才启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至600ppm以下并维持5分钟时，换气装置才关闭，停止空气交换；
c)所述二氧化碳浓度800ppm＜C≤1500ppm时，如果超过了30分钟，C仍然维持于所述浓度区间时，单片机输出换气信号，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至600ppm以下并维持5分钟时，换气装置才关闭，停止空气交换；
d)所述二氧化碳浓度800ppm＜C≤1500ppm时，如果在2个3分钟，即共6分钟内二氧化碳浓度C都增加一定量的值，单片机输出换气信号，换气装置启动，对换气空间进行空气交换，直至C降至600ppm以下并维持5分钟时，换气装置才关闭，停止空气交换；
e)所述二氧化碳浓度C≤800ppm时，换气装置不启动；当换气装置已处在换气状态时，则二氧化碳浓度C只与600ppm作比较，直至C降至600ppm以下并维持5分钟时，换气装置才关闭，停止空气交换。
5.一种智能控制二氧化碳浓度的装置，其特征在于：它由二氧化碳浓度检测器、中央处理器、通讯接口及换气设备组成，所述二氧化碳浓度检测器输出端连接中央处理器数据采样输入口，所述中央处理器的输出口连接通讯接口，所述通讯接口再连接到换气设备。
6.根据权利要求5所述的一种智能控制二氧化碳浓度的装置，其特征在于所述的二氧化碳浓度检测器，由二氧化碳传感器及相应电路组成，二氧化碳传感器输出端输出一个电压值。
7.根据权利要求5和6所述的一种智能控制二氧化碳浓度的装置，其特征在于所述的中央处理器为单片机，其模拟输入口采集从所述二氧化碳传感器输出的电压值，所述单片机根据电压值换算成浓度值，并与单片机内部预先设定的一系列浓度值进行比较，再根据相应的条件，通过输出端口把信号传输给通讯接口，进而控制换气设备的开启和关闭。
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