CN101334645B - 基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统，包括带有送风口的压缩机以及与压缩机相连的温度控制器和变频控制器，温度控制器及变频控制器还分别与行为特征智能传感器相连，特征智能传感器包括运动探测器、信号放大器和微控制单元，微控制单元的输出端与温度控制器和变频控制器相连，且信号放大器的输入端还连接有温度检测器。本发明从人机工程学方面提出基于行为控制的控制系统；从人的舒适度方面出发，利用空调的定向送风，使人摆脱现在空调这种固定送风的弊端；提高空调的节能效率，通过行为智能传感器检测人的行为特征，实现自动开关机，而通过检测人的行为特征来进行制冷(热)量大小的控制，实现最经济的按需制冷或制热，实现节能。

Description

基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统

技术领域

本发明属于温度自动控制领域，具体涉及一种基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统。

背景技术

随着生活水平的提高，消费者的价值观也随之而改变。在购买空调时他们不仅仅满足于空调的制冷制热功能，越来越多的消费者倾向于科技含量高、操作方便、人性化、智能化的空调。这种顺应趋势发展的空调自然成为技术发展的主流。

目前家用空调的流行趋势：一是人性化设计，控制简单、使用方便；二是高效节能，安全舒适；三是健康环保，运行宁静。

空调在设计时要考虑节能，在运行时也要考虑节能，采取一定的技术措施能够使空调的运行适应负荷条件的变化，尽量避免不必要的能耗，如过多的新风造成额外的能耗，这是空调节能的重要方面。近年来国内外围绕空调运行节能开展了很多研究开发和应用工作，一种就是变频技术的应用，另一种就是模糊控制在变频空调器中的应用。

家用空调日益普及，大部分仍采用传统控制方法，耗电量大，用户的电费支出巨大，因此节省电能是一个亟待解决的问题。变频空调因具有明显的节能效果而受到广大用户的欢迎，正变为目前家用空调的主导产品；

变频空调器是在房间温度变化时，变频器控制输出电源频率随之改变，实现连续功率调节的过程。

具体来讲，变频空调启动时是低频启动，启动电流小(一般是额定电流的2-3倍)，启动结束后压缩机处于高速运转状态，发出强大制冷(热)功率，使房间温度迅速达到设定温度，一旦达到设定室温，变频器即将频率降低，在其作用下压缩机自动降速，进入低速运转状态，即小功率运行状态。在运行过程中，取房间的实际温度与设定温度的差值作为连续控制信号，输入到变频器中，便可随时根据室温变化进行频率调节，进而达到功率调节，实现了连续低速运转的运行状态，避免了压缩机频繁启动，实现了高效节能。

变频空调器采用模糊控制技术对输入变量作模糊技术处理后，可实现对多变量的动态控制，它通常包括三个输入量：室内温差及其随时间的变化率，室内换热器管壁的温度及其随时间的变化率，室外换热器管壁的温度及其随时间的变化率。输出量包括对空调器的制冷、制热、除湿、化霜、风向、风量等功能实行智能化控制。

变频空调采用变频调速技术控制压缩机和风机运转，轻载时自动以低频维持，不需开停控制，一般可以省电20％～40％。模糊控制变频空调采用独创的自适应模糊控制节能算法，即根据不同的运行状态，自动选择不同的控制模型和控制算法；根据给出的控制量强度，对控制器的决策输出作进一步改进。自适应模糊控制算法为一般省电60％以上。

但目前这些控制方法都单从压缩机技术方面寻找技能途径已经遇到了瓶颈，虽然变频控制空调采用了变频电源、变频压缩机、电子膨胀阀和微电脑技术的有机结合，使空调性能进一步提高，使用时房间温度波动小，舒适性更佳，对电源电压波动不敏感，压缩机启动后，一般不停机，制冷量在35％～117％的范围内变化，避免了普通空调的频繁开停，延长了压缩机的寿命，同时具有高效、节能的特点。但在节能和智能上还是有提高的空间。因为这种空调温度是由人来设定的，而且空调始终工作在这个温度，不会关注人的主观意愿的变化，有时人对周围环境温度需升高时，例如人进入睡眠状态时，会希望空调温度适当提高，反之当由睡眠状态进入活动状态时，则希望空调温度自动降低，目前空调都不会自动来调整温度，这既不符合节能的要求，也不符合智能要求，而且空调的开关都是要人来控制，而不是按照人的意愿自动进行；另外现有空调都是采用固定送风的方式，一方面浪费的能量，例如一个大房间只有一个人的情况下，空调则将整个房间的温度降低，浪费了大量的能量；另一方面也难以达到令人舒适的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种能够始终保持最佳舒适度并提高空调的节能效率的基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括带有送风口的压缩机以及与压缩机相连的用于控制压缩机工作的温度控制器和变频控制器，所说的温度控制器及变频控制器还分别与行为特征智能传感器相连，该行为特征智能传感器包括用于监测人行为活动和人体温特征的运动探测器以及与运动探测器相连接的信号放大器，以及与信号放大器的输出端相连接的微控制单元，微控制单元的输出端与温度控制器和变频控制器相连，且信号放大器的输入端还连接有温度检测器。

本发明的微控制单元的输出还连接有定向送风控制器，定向送风控制器通过风管与送风口相连；运动探测器包括热释电红外传感器和红外CCD，热释电红外传感器和红外CCD分别与信号放大器的输入端相连。

针对现在空调只从压缩机技术方面寻找节能途径，本发明从人机工程学方面提出基于行为控制的新型控制系统；针对现有空调始终工作在设定的温度，不会关注人的行为特征变化，采用了行为特征智能传感器检测人的行为特征，基于人行为特征的最佳舒适度的温度控制；本发明所采用的方式，从人的舒适度方面出发，利用空调的定向送风技术，使人摆脱现在空调这种固定送风的弊端；为提高空调的节能效率，通过行为智能传感器检测人的行为特征，不但实现自动开关机技术(有人时自动开启工作，无人时自动关机)，而且还可以通过检测人的行为特征来进行制冷(热)量大小的控制，实现最经济的按需制冷或制热，从而实现节能。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明行为特征智能传感器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括带有送风口9的压缩机7以及与压缩机7相连的用于控制压缩机7工作的温度控制器4和变频控制器5，所说的温度控制器4及变频控制器5还分别与行为特征智能传感器相连，该行为特征智能传感器包括用于监测入行为活动和人体温特征的运动探测器1以及与运动探测器1相连接的信号放大器2，信号放大器2的输入端还连接有房间温度检测器10，信号放大器2的输出端与微控制单元3的输入端相连，微控制单元3的输出端与温度控制器4和变频控制器5相连，微控制单元3的输出还连接有定向送风控制器6，定向送风控制器6通过风管8与送风口9相连。

参见图2，本发明的运动探测器1包括热释电红外传感器11和红外CCD12，热释电红外传感器11和红外CCD12分别与信号放大器2的输入端相连。

行为特征智能传感器用来感知室内是否有人、人的行为特征、方位及人的体温，从而控制空调的开或关，以及空调温度的自动控制和送风方向。行为特征智能传感器由(人员)运动探测器1、信号放大器2和微控制单元3组成。运动探测器1由热释电红外探测器11，红外CCD12构成，热释电红外探测器11用于检测人的行为活动，红外CCD用于探测人的体温，运动探测器1将探测到的人的行为活动和人的体温信号通过信号放大器2送到微控制单元3中，微控制单元3对送来的信号进行行为判别并利用模糊算法进行空调温度设定。(行为判别是用来判别人的行为特征，如活动，安静坐着等特征及实际位置等)。温度控制器4是利用微控制单元3已经处理过的信号来控制压缩机实现制冷(热)量的智能调节，其事实上就是微控制单元3的执行者，将微控制单元3的信号转变为能够驱动压缩机7工作的信号，以实现压缩机7功率的控制，压缩机7工作将制冷或制热的空气经送风口9送出，同时微控制单元3根据CCD12检测到的位置信号转变为控制信号送给定向送风控制器6，由定向送风控制器6控制风管8实现定向送风，变频控制器5是通过微控制单元3实现变频控制，变频控制器5启动时是低频启动，启动电流小(一般是额定电流的2-3倍)，启动结束后压缩机7处于高速运转状态，发出强大制冷(热)功率(量)，使房间温度迅速达到微控制单元3通过模糊算法得出的最佳舒适温度，一旦达到最佳舒适温度，变频控制器5即将频率降低，在其作用下压缩机7自动降速，进入低速运转状态，即小功率运行状态。在运行过程中，室内的实际温度通过温度检测器10将检测到的温度信号送入信号放大器2中，将实际温度与最佳舒适温度的差值作为连续控制信号，通过微控制单元3的模糊处理输入到变频控制器5中，便可随时根据人行为特征变化进行频率调节，进而达到功率调节，实现了连续低速运转的运行状态，避免了压缩机频繁启起动，实现了高效节能。变频器的作用就是通过频率的改变来影响压缩机的工作，最终达到节能的目的。

本发明从空调控制系统优化设计、节能、舒适度，智能控制角度出发，综合上述模糊控制、变频技术和行为特征智能传感器的特点，提出结合模糊控制、变频技术和行为特征智能传感器技术的智能温度控制系统，来提高空调的节能、舒适度和智能效果。

通过实验，本发明所达到的效果如下：

1)通过行为特征智能传感器检测人的行为特征并根据行为特征和环境温度确定最舒适温度，不但为空调温度的自动设定奠定了基础；而且通过微处理单元基于行为变化得出的空调设定温度是最舒适温度，相对于固定的设定温度，可以起到按需制冷或制热的作用，达到节能的目的。

2)实现了空调的自动开关机技术和基于人的行为特征的制冷(热)量大小的自动控制技术，使空调真正走上智能化的道路；

3)实现了空调的定向送风，对提高人的舒适度有了更全新的考虑，特别是在人少房间大的情况下，不需要将整个房间温度降低，实现了节能的目的。

4)设计一个基于行为特征智能传感器、模糊控制、变频技术的智能温度控制系统，实现了空调节能与智能化控制。

Claims (2)

1.一种基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统，包括带有送风口(9)的压缩机(7)以及与压缩机(7)相连的用于控制压缩机(7)工作的温度控制器(4)和变频控制器(5)，其特征在于：所说的温度控制器(4)及变频控制器(5)还分别与行为特征智能传感器相连，该行为特征智能传感器包括用于监测人行为活动和人体温特征的运动探测器(1)以及与运动探测器(1)相连接的信号放大器(2)，以及与信号放大器(2)的输出端相连接的微控制单元(3)，微控制单元(3)的输出端与温度控制器(4)和变频控制器(5)相连，且信号放大器(2)的输入端还连接有温度检测器(10)；所说的微控制单元(3)的输出还连接有定向送风控制器(6)，定向送风控制器(6)通过风管(8)与送风口(9)相连。

2.根据权利要求1所述的基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统，其特征在于：所说的运动探测器(1)包括热释电红外传感器(11)和红外CCD(12)，热释电红外传感器(11)和红外CCD(12)分别与信号放大器(2)的输入端相连。

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