CN101440993A - 一种节能型空调自动控制开关及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计开发一种具有节能功能的空调自动控制开关及其控制方法，它包括：1)微处理器；2)与微处理器的一个输入引脚相连的人体感测部件；3)与微处理器的一个输入引脚相连的温度传感器；4)红外线接收装置；5)与微处理器通过主控同步串口相连接的掉电保护存储设备；6)与微处理器的一个输出引脚相连的红外线发射装置；7)拨动开关组；8)欠压预警设备；9)为控制开关提供电压的电源设备。本发明的效果和优点：(1)成本低，性价比高。(2)通用性强。(3)节能效果明显。(4)使用方便。(5)独立性好。(6)安全性高。空调控制智能化，确保在无人环境下，自动关闭空调，产生可观的节能效果。

Description

一种节能型空调自动控制开关及控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调控制开关及方法，具体的说，涉及一种具有节能功能的空调自动控制开关及控制方法。

背景技术

现有的空调控制开关，一般都需要通过人为操作遥控器来实现对空调开、关及模式的控制。这种方法的主要缺陷是，当人离开房间而忘记关闭空调时，往往会造成巨大的电能浪费。随着人们生活节奏的不断加快以及世界范围内能源的日益紧缺，有必要提出一种新的控制开关及方法来克服现有方法的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计开发一种具有节能功能的空调自动控制开关及控制方法，能够有效克服了现有控制方法存在的不足。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种节能型空调自动控制开关，其特征在于它包括：

1)微处理器：用于同与输入引脚相连接的外部器件进行信息交互，处理接收到的信息，并根据处理结果来决定是否触发与输出引脚相连的红外线发射装置，启动或关闭空调；

2)与微处理器的一个输入引脚相连的人体感测部件：用于感测某一范围内人员存在情况，自动向微处理器发送有人或无人存在的触发信号；

3)与微处理器的一个输入引脚相连的温度传感器，负责采集当前环境下的温度信号，微处理器将采集的温度值和预设的温度范围基值进行比较；

4)红外线接收装置：与微处理器的一个输入引脚相连，用于接收空调遥控器上相应按键按下时发出的红外线编码信号；

5)与微处理器通过主控同步串口相连接的掉电保护存储设备：用来存储通过红外线接收装置接收到的红外线编码信号，存储信息为高、低电平的个数及每个高、低电平的宽度；

6)与微处理器的一个输出引脚相连的红外线发射装置，用于向空调发射红外线编码，启动或关闭空调；

7)拨动开关组：一组拨动开关，分别连接在微处理器不同的输入引脚上，用户可以通过设置这些开关来与微处理器进行信息交互，选择不打开空调的适宜温度范围及关闭空调的适宜延迟时间。

8)欠压预警设备：与微处理器的一个输出引脚相连，当临近工作于欠压状态时发出警报；

9)为控制开关提供电压的电源设备。

所述的人体感测部件包含一个热释红外传感器，用于探测室内是否有人，当感测到某一范围内出现有人状态或人员离开状态时，主动向微处理器发送相应控制信号。

所述的人体感测部件包括两个普通的红外传感器，分别连接微处理器的两个不同输入引脚，放置在人员进出房间的地方，用于精确统计进出的人员个数，当统计房间内至少有一个人和所有人员都离开时，触发微处理器。

所述的欠压预警设备主要包括一个蜂鸣器和一组指示灯，分别与微处理器的一个输出引脚相连，当临近工作于欠压状态时，微处理器间断性触发蜂鸣器，并关闭相应指示灯，提示用户更换开关电源。

一种节能型空调自动控制开关的控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

(A)对于每种类型的空调，首先学习控制该空调开、关及模式切换的红外编码；

(B)自学习结束后，进入自动工作状态，当所述的人体感测部件感测到房间内场景由无人切换到有人状态时，便向所述的微处理反馈控制信号唤醒微处理器，微处理器接收到该控制信号后，首先向温度传感器请求当前采集到的房间内温度值，若请求值超出预设的温度范围则自动启动空调，否则微处理器不进行任何操作，再次进入休眠状态；

(C)当所述的人员感测部件感测到房间内场景由有人切换到有无人状态时，便向所述的微处理反馈控制信号唤醒微处理器，微处理器接收到该控制信号后，延迟若干时间后自动关闭空调，然后进入休眠状态。

(D)当工作于临近欠压的状态时，微处理器能够触发所述的欠压预警设备，打开蜂鸣器并关闭相应指示灯，提示用户更换电源。了其中步骤(A)进一步包括：

(A1)打开节能型空调自动控制开关的自学习控制开关，通过在微处理某一输入引脚接一按键来实现，当按下该按键时，进入自学习状态，学习结束后，相应指示灯点亮，并关闭自学习端口；

(A2)进入自学习状态后，将空调遥控器对着所述的红外线接收装置，并按下遥控器开、关及模式切换键；

(A3)自学习结束后，自动将空调开、关及模式切换对应的红外编码存储在所述的掉电保护存储设备中，便于重新启动时，能够再次恢复正确的红外编码。

其中步骤(B)进一步包括：

(B1)人体感测部件感测房间内场景在无人和有人状态之间切换有两种实现方法；

(B2)温度范围有多个预设值，用户可根据自身需求来选择使用哪个范围；

(B3)自动启动空调有两种方式：若当前温度值高于预设温度范围上界，则以制冷模式启动空调；若当前温度值低于预设温度范围下界，则以制热模式启动空调。

其中步骤(C)进一步包括：

(C1)感测到房间内场景由有人切换到无人状态时，微处理器将启动一段延时，然后自动关闭空调，其中延时时间分为多个档次，用户可以根据自身需要来选择相应的档次。

其中步骤(B1)进一步包括：

(B11)实现方法一使用一个热释红外传感器，当感测到某一范围内出现有人状态或人员离开状态时，主动向微处理器发送控制信号，即产生一个上升沿触发中断或下降沿触发中断；

(B12)实现方法二使用两个普通的红外传感器，分别连接微处理器的两个不同输入引脚，放置在人员进出房间的地方，能够通过判别两个红外线传感器的触发顺序来精确统计进出的人员个数，当统计房间内至少有一个人和所有人员都离开时，中断触发微处理器。

其中步骤(B2)进一步包括：

(B21)用户选择温度范围通过设置拨动开关组来实现，一个8位的拨动开关组最大可设置255个不同温度范围。

本发明与现有技术相比具有以下的效果和优点：

(1)成本低，性价比高。节能型空调自动控制开关所需要的核心部件为一个微处理器单元，该部分的功能可以由现有市面上比较普遍的，价格低廉的单片机(如51单片机，PIC系列单片机等)来实现；

(2)通用性强。节能型空调自动控制开关适用于当前几乎所有的空调，并且它不需要预先设置任何空调的遥控编码。对于任何一种空调，只需将其遥控器对着本发明开关，按下上面的开、关或模式按键等，节能型空调自动控制开关就能记下这些按键的编码，并可模拟这些按键的功能；

(3)节能效果明显。首先，节能型空调自动控制开关本身具有休眠功能，它只有在触发空调进行开、关或模式切换时才将器件唤醒，其余大部分时间都处于休眠状态，消耗极小的能量，另外，节能型空调自动控制开关的节能效果重点体现在当人们离开房间时，它可以自动关闭空调，从而显著降低空调常开造成的电能浪费；

(4)使用方便。节能型空调自动控制开关体积相当小，约有半个手掌大小，安装十分方便，并且安装完成后即开始自动工作，不再需要用户进行任何操作。

(5)独立性好。节能型空调自动控制开关不破坏空调内部结构，自学习空调对应遥控器上相应的按键操作后，即可通过发射模拟红外编码来自动控制空调，在此控制过程中，并不影响空调自带的遥控器的操作，即用户仍然可以通过手动操纵空调。

(6)安全性高。节能型空调自动控制开关采用的都是低功耗部件，整个系统使用5到9伏的电源供电，避免了使用高压交流电带来的危险。

综上所述，采用本发明带来的好处主要表现在：空调控制智能化，确保在无人环境下，自动关闭空调，产生可观的节能效果，并且具有自学习能力，通用性强，具有良好的性价比。因此，本发明具备良好的发展前景，将产生巨大的社会价值和经济价值，不仅可以大大降低能耗，减少人为能源浪费，实现更加节能舒适的室内环境，而且也将为建设节约型社会做出重要贡献。

附图说明

图1是本发明的组成结构框图。

图2是本发明的工作流程图。

具体实施方式

图1是本发明的组成结构框图，本发明构造一种节能型空调自动控制开关，它包括中央微处理器、人体感测部件、温度传感器、红外线接收装置、红外线发射装置、掉电保护存储设备、拨动开关组、欠压预警设备(主要包括蜂鸣器、指示灯)及电源设备，节能型空调自动控制开关采用的都是低功耗部件，整个系统使用5到9伏的电源供电。

中央微处理器可以使用普通的单片机来实现，如51系列单片机及PIC系列单片机等，用于同与输入引脚相连接的外部器件进行信息交互，如获取人体感测部件采集到的室内人员信息(有没有人)，温度传感器采集到的室内温度信息，处理接收到的信息，并根据处理结果来决定是否触发与输出引脚相连的红外线发射装置，启动或关闭空调。

人体感测部件与微处理器的一个输入引脚相连：用于感测某一范围内人员存在情况，当感测到有人存在时，自动向微处理器发送有人存在的触发信号(如上升沿信号)；当感测到人员全部离开时，自动向微处理器发送无人存在的触发信号(如下升沿信号)。人体感测部件可采用一个热释红外传感器连接到微处理器一个输入引脚来实现，也可采用连接两个普通的红外线传感器到微处理器的不同输入引脚来实现。热释红外传感器，用于探测室内是否有人，当感测到某一范围内出现有人状态或人员离开状态时，主动向微处理器发送相应控制信号(通过中断唤醒微处理器并执行相应操作)；两个普通的红外传感器，一般放置在人员进出房间的地方(如门口处)，通过判别两个红外线传感器的触发顺序来精确统计进入房间的人员个数。如当统计房间内至少有一个人时，产生唤醒微处理器事件，执行开空调操作过程；当统计房间内所有人员都离开时，产生唤醒微处理器事件，执行关闭空调操作过程。

温度传感器与微处理器的一个输入引脚相连，负责采集当前环境下的温度信号，微处理器将采集的温度值和预设的温度范围基值进行比较，判别当前房间内温度是否在舒适温度范围内(不需要开空调)。只有在采集到的温度超出预设的范围(如13-28摄氏度)时，微处理器才能触发红外线发射装置，发射红外编码，执行开、关空调或切换空调工作模式操作。

红外线接收装置与微处理器的一个输入引脚相连，红外线接收装置为一段电路，主要包括一个红外线接收器，其接收信号的引脚与微处理器的一个输入引脚相连，用于接收(学习)空调遥控器上相应按键按下时发出的红外线信号，节能型空调自动控制开关能记下这些按键的编码，并可模拟这些按键的功能，学习结束后存储到掉电保护存储设备。主要用来学习各种不同型号的空调开、关及模式切换的红外线编码，学习结束后将学习到的红外编码以高、低电平脉冲宽度的形式存储在掉电保护存储设备中，便于节能型空调自动控制开关重新启动时可以恢复正确的红外编码。

红外线发射装置与微处理器的一个输出引脚相连的，所述的红外线发射装置主要包括一个红外线发射二极管，它与微处理器的一个输出引脚相连，用于向空调发射红外编码。红外编码是空调所带遥控器上相应按键按下时所发出的红外线信号，通过红外线接收装置执行自学习过程获得。

掉电保护存储设备与微处理器通过主控同步串口相连接：所述的掉电保护存储设备为一个非易失性存储器(如EEPROM)，主要用来存储通过红外线接收装置学习空调所带遥控器上相应按键按下时所发出的红外信号，存储信息为高、低电平的个数及每个高、低电平的宽度。

拨动开关组：一组拨动开关，分别连接在微处理器不同的输入引脚上，用户可以通过设置这些开关来与微处理器进行信息交互，所述每个拨动开关只能使其对应引脚呈现两种状态，即高电平和低电平，对应二进制的1和0，用户可以通过设置这些开关来与微处理器进行信息交互，选择不打开空调的适宜温度范围及关闭空调的适宜延迟时间。如在微处理器两个输出引脚(A、B)上分别接一拨动开关，则共可设置四种不同的值，分别对应二进制00，01，10，11，如在微处理器八个输出引脚上分别接一拨动开关，则共可设置256(2⁸)个不同的二进制值。它主要用来方便用户选择适合自己的舒适温度范围及人离开时关闭空调的延迟时间。如果有四个预设的温度范围(13-28摄氏度、14-26摄氏度、10-30摄氏度及15-25摄氏度)及四个不同的空调关闭延迟时间(5分钟、10分钟、15分钟及20分钟)，则使用四路的拨动开关组即可实现，两路用来选择温度范围，两路用于选择延迟时间。

欠压预警设备与微处理器的一个输出引脚相连，当设置临近工作于欠压状态时发出警报；所述的欠压预警设备主要包括一个蜂鸣器和一组指示灯，分别与微处理器的若干输出引脚相连，当开关临近工作于欠压状态时，微处理器间断性触发蜂鸣器，并打开相应指示灯，提示用户更换电源。

一种节能型空调开关自动控制方法，它包括以下步骤：

对于每种类型的空调，首先学习控制该空调开、关及模式切换的红外编码；打开节能型空调自动控制开关的自学习控制开关，通过在微处理某一输入引脚接一按键来实现，当按下该按键时，进入自学习状态，学习结束后，相应指示灯点亮，并关闭自学习端口；进入自学习状态后，将空调遥控器对着所述的红外线接收装置，并按下遥控器开、关及模式切换键；自学习结束后，自动将空调开、关及模式切换对应的红外编码存储在所述的掉电保护存储设备中，便于重新启动时，能够再次恢复正确的红外编码。

自学习结束后，进入自动工作状态。当所述的人体感测部件感测到房间内场景由无人切换到有人状态时，便向所述的微处理反馈控制信号唤醒微处理器，微处理器接收到该控制信号后，首先向温度传感器请求当前采集到的房间内温度值，若请求值超出预设的温度范围(如13-28摄氏度)，则自动打开空调，否则微处理器不进行任何操作，再次进入休眠状态。人体感测部件感测房间内场景在无人和有人状态之间切换有两种实现方法。实现方法一使用一个热释红外传感器，当感测到某一范围内出现有人状态或人员离开状态时，主动向微处理器发送控制信号，即产生一个上升沿触发中断或下降沿触发中断；实现方法二使用两个普通的红外传感器，分别连接微处理器的两个不同输入引脚，放置在人员进出房间的地方(如门口处)，能够通过判别两个红外线传感器的触发顺序来精确统计进出的人员个数，当统计房间内至少有一个人和所有人员都离开时，中断触发微处理器。用户选择温度范围通过设置拨动开关组来实现，一个8位的拨动开关组最大可设置255个不同温度范围；温度范围有多个预设置，如13-28摄氏度、14-26摄氏度、10-30摄氏度及15-25摄氏度等，用户可根据自身需求来选择使用哪个范围。自动启动空调有两种方式：若当前温度值高于预设温度范围上界，则以制冷模式启动空调；若当前温度值低于预设温度范围下界，则以制热模式启动空调。

当所述的人体感测部件感测到房间内场景由有人切换到有无人状态时，便向所述的微处理反馈控制信号唤醒微处理器，微处理器接收到该控制信号后，延迟若干时间后自动关闭空调，然后进入休眠状态。感测到房间内场景由有人切换到无人状态时，微处理器将启动一段延时，然后自动关闭空调，其中延时时间分为多个档次，如5分钟、10分钟、15分钟及20分钟等，用户可以根据自身需要来选择相应的档次。采用5到9伏的电源供电，当工作于临近欠压的状态时，所述的微处理器能够触发所述的欠压预警设备，打开蜂鸣器并关闭相应指示灯，提示用户更换电源。

图2是本发明的工作流程图，节能型空调自动控制开关启动后，首先读取拨动开关组信息，获取用户选择的舒适温度范围及空调关闭延迟时间，然后读取掉电保护存储设备(如EEPROM)，取出空调开、关及模式切换的红外编码，接着中央微处理器进入休眠状态。其中用户每次设置拨动开关组，选择自己所需的舒适温度范围或空调关闭延迟时间后，都需要重启节能型空调自动控制开关，设置后的结果才能生效。

中央微处理器进入休眠状态后，有四种事件可以将它唤醒，分别是自学习事件、无人到有人状态切换事件、有人到无人状态切换事件及空调关闭预设时间延迟结束事件，如图2中粗线条表示方框所示。

出现自学习事件唤醒微处理器时，若发现欠压预警，则启动蜂鸣器并关闭相应指示灯，注意此时并不影响微处理器正常工作，因为欠压预警是在临近欠压的时候发出的，发出预警后，微处理器还能正常工作一段时间。为保证自学习过程不受干扰，要禁用无人与有人之间状态切换事件及空调关闭预设时间延迟结束事件。此时，即可将空调遥控器对着节能型空调自动控制开关的红外线接收装置，并按下开、关及模式切换键，自学习结束后，微处理器将学习到的结果保存到掉电保护存储设备，并重新使能无人与有人之间状态切换事件及空调关闭预设时间延迟结束事件，再次进入休眠状态。

出现无人到有人状态切换事件唤醒微处理器时，如发现欠压预警，则启动蜂鸣器并关闭相应指示灯，接着禁用自学习事件及预设时间延迟结束事件，然后请求温度传感器采集的温度值，并将该值与用户选择的舒适温度范围进行比较，若在舒适温度范围内，则不进行任何操作，若大于舒适温度范围的上界，则以制冷模式启动空调，若低于舒适温度范围下界，则以制热模式启动空调，最后使能自学习事件及空调关闭预设时间延迟结束事件并进入休眠状态。

出现有人到无人状态切换事件唤醒微处理器时，如发现欠压预警，则启动蜂鸣器并关闭相应指示灯，接着禁用自学习事件，然后执行空调关闭预设时间延迟，最后恢复使能自学习事件，进入休眠状态。

出现空调关闭预设时间延迟结束事件唤醒微处理器时，执行关闭空调操作，然后进入休眠状态。

Claims (10)

1、一种节能型空调自动控制开关，其特征在于它包括：

1)微处理器：用于同与输入引脚相连接的外部器件进行信息交互，处理接收到的信息，并根据处理结果来决定是否触发与输出引脚相连的红外线发射装置，启动或关闭空调；

2)与微处理器的一个输入引脚相连的人体感测部件：用于感测某一范围内人员存在情况，自动向微处理器发送有人或无人存在的触发信号；

3)与微处理器的一个输入引脚相连的温度传感器，负责采集当前环境下的温度信号，微处理器将采集的温度值和预设的温度范围基值进行比较；

4)红外线接收装置：与微处理器的一个输入引脚相连，用于接收空调遥控器上相应按键按下时发出的红外线编码信号；

5)与微处理器通过主控同步串口相连接的掉电保护存储设备：用来存储通过红外线接收装置接收到的红外线编码信号，存储信息为高、低电平的个数及每个高、低电平的宽度；

6)与微处理器的一个输出引脚相连的红外线发射装置，用于向空调发射红外线编码，启动或关闭空调；

7)拨动开关组：一组拨动开关，分别连接在微处理器不同的输入引脚上，用户可以通过设置这些开关来与微处理器进行信息交互，选择不打开空调的适宜温度范围及关闭空调的适宜延迟时间。

8)欠压预警设备：与微处理器的一个输出引脚相连，当临近工作于欠压状态时发出警报；

9)为控制开关提供电压的电源设备。

2、根据权利要求1所述的一种节能型空调自动控制开关，其特征在于：所述的人体感测部件包含一个热释红外传感器，用于探测室内是否有人，当感测到某一范围内出现有人状态或人员离开状态时，主动向微处理器发送相应控制信号。

3、根据权利要求1所述的一种节能型空调自动控制开关，其特征在于：所述的人体感测部件包括两个普通的红外传感器，分别连接微处理器的两个不同输入引脚，放置在人员进出房间的地方，用于精确统计进出的人员个数，当统计房间内至少有一个人和所有人员都离开时，触发微处理器。

4、根据权利1所述的一种节能型空调自动控制开关，其特征在于：所述的欠压预警设备主要包括一个蜂鸣器和一组指示灯，分别与微处理器的一个输出引脚相连，当临近工作于欠压状态时，微处理器间断性触发蜂鸣器，并关闭相应指示灯，提示用户更换开关电源。

5、一种如权利要求1至4任一项所述的节能型空调自动控制开关的控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

(A)对于每种类型的空调，首先学习控制该空调开、关及模式切换的红外编码；

(B)自学习结束后，进入自动工作状态，当所述的人体感测部件感测到房间内场景由无人切换到有人状态时，便向所述的微处理反馈控制信号唤醒微处理器，微处理器接收到该控制信号后，首先向温度传感器请求当前采集到的房间内温度值，若请求值超出预设的温度范围则自动启动空调，否则微处理器不进行任何操作，再次进入休眠状态；

(C)当所述的人员感测部件感测到房间内场景由有人切换到有无人状态时，便向所述的微处理反馈控制信号唤醒微处理器，微处理器接收到该控制信号后，延迟若干时间后自动关闭空调，然后进入休眠状态。

(D)当工作于临近欠压的状态时，微处理器能够触发所述的欠压预警设备，打开蜂鸣器并关闭相应指示灯，提示用户更换电源。

6、如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中步骤(A)进一步包括：

(A1)打开节能型空调自动控制开关的自学习控制开关，通过在微处理某一输入引脚接一按键来实现，当按下该按键时，进入自学习状态，学习结束后，相应指示灯点亮，并关闭自学习端口；

(A2)进入自学习状态后，将空调遥控器对着所述的红外线接收装置，并按下遥控器开、关及模式切换键；

(A3)自学习结束后，自动将空调开、关及模式切换对应的红外编码存储在所述的掉电保护存储设备中，便于重新启动时，能够再次恢复正确的红外编码。

7、如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中步骤(B)进一步包括：

(B1)人体感测部件感测房间内场景在无人和有人状态之间切换有两种实现方法；

(B2)温度范围有多个预设值，用户可根据自身需求来选择使用哪个范围；

(B3)自动启动空调有两种方式：若当前温度值高于预设温度范围上界，则以制冷模式启动空调；若当前温度值低于预设温度范围下界，则以制热模式启动空调。

8、如权利要求5所述的节控制方法，其特征在于，其中步骤(C)进一步包括：

(C1)感测到房间内场景由有人切换到无人状态时，微处理器将启动一段延时，然后自动关闭空调，其中延时时间分为多个档次，用户可以根据自身需要来选择相应的档次。

9、如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，其中步骤(B1)进一步包括：

(B11)实现方法一使用一个热释红外传感器，当感测到某一范围内出现有人状态或人员离开状态时，主动向微处理器发送控制信号，即产生一个上升沿触发中断或下降沿触发中断；

(B12)实现方法二使用两个普通的红外传感器，分别连接微处理器的两个不同输入引脚，放置在人员进出房间的地方，能够通过判别两个红外线传感器的触发顺序来精确统计进出的人员个数，当统计房间内至少有一个人和所有人员都离开时，中断触发微处理器。

10、如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，其中步骤(B2)进一步包括：

(B21)用户选择温度范围通过设置拨动开关组来实现，一个8位的拨动开关组最大可设置255个不同温度范围。

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