CN104764165A - 控制睡眠环境的空调器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制睡眠环境的方法，通过红外人感传感器采集人体类型、人员位置信息参数；通过空调湿度传感器模块检测房间空气湿度；根据PMV方程，将不同人体的代谢率与不同的湿度值带入MPV方程计算出不同季节以及男性、女性、儿童、老年人的睡眠舒适温度；空调开机，低风运行，并且风向避开人体，按照PMV方程计算得出的设定温度数表来调整当前睡眠的设定温度。本发明还公开了控制睡眠环境的空调器。输入模块、输出模块、电源分别与MCU相连，红外人感传感器、空调湿度传感器模块分别与输入模块连接。有益效果是适用于控制不同人群的进入舒适睡眠状态。

Description

控制睡眠环境的空调器及方法

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，涉及一种控制睡眠环境的空调器，本发明还涉及控制睡眠环境的方法。

背景技术

随着人们的生活水平不断提高，科学技术的不断发展，人们对日常家用电器的附加功能要求越来越高，对空调技术的要求也不例外，除了最基本的制冷与制热功能外，人们对空调的智能化、舒适度、环保以及节能等方面的要求越来越高，这样也促使了空调技术的发展，目前与本发明最接近的现有技术有方案有两种：

第一种是《空调及其舒适睡眠控制方法和系统》(专利公开号CN103940041A，公布日：2014年7月23日)：公开了包括：通过时钟模块获取当前的时间参数，若当前时间判断为夜间，进入下一步骤；通过人体感应检测模块检测当前房间内是否有人；通过光照度检测模块感知当前房间内的光照度情况；若当前房间内有人并且已经熄灯，控制空调自动进入舒适睡眠模式。

第二种是《控制人体热舒适感觉的空调器及控制方法》(专利公开号CN102778002A，申请公布日：2012年11月14日)：公开了包括：采集人体舒适度相关参数；根据所述人体舒适度相关参数并依据预定的预计平均热感觉指数PMV公式，获取相应的人体热舒适感觉计算结果；根据所述计算结果获取最佳控制策略；根据所述最佳控制策略控制所述空调器的相关运行模式，以实现空调器舒适性控制。

现有传统的睡眠模式是：在制冷/除湿运转时，设定睡眠模式后，运行1小时时设定温度上升1℃，再过1小时后设定温度再上升1℃，再运行6小时后关闭。在制热运转时，1小时后设定温度下降2℃，再1小时后设定温度再下降2℃，再3小时设定温度上升1℃，再运行3小时后关闭。这种呆板机械地调整设定温度方法，不够智能，不够人性化，给房间人的舒适度不够高。

以上列举的比较接近的方案一虽能通过几个模块的联合使用，可以智能进入睡眠模式，但是进入睡眠模式后，没有提出如何在不同湿度下，不同人群，用不同代谢率来计算出不同的设定温度，来调节对人体更加舒适的环境温度，从而满足人体更加舒适的睡眠状态。

以上列举的比较接近的方案二虽也是利用了PMV方程，但是就睡眠控制没有给出具体的方案，也没有提出如何在不同湿度下，不同人群，用不同代谢率来计算出不同的设定温度，来调节对人体更加舒适的环境温度，从而满足人体更加舒适的睡眠状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制睡眠环境的方法，适用于控制不同人群的进入舒适睡眠状态。

本发明的另一目的是提供一种控制睡眠环境的空调器。

本发明所采用的技术方案是，一种控制睡眠环境的方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1，

通过红外人感传感器采集人体类型、人员位置信息参数；通过空调湿度传感器模块检测房间空气湿度；

步骤2，

根据PMV方程，将不同人体的代谢率与不同的湿度值带入MPV方程计算出不同季节以及男性、女性、儿童、老年人的睡眠舒适温度；

PMV＝[0.303*e^-0.036M+0.028]{M-W-3.05*10^-3[5733-6.99(M-W)-P_a]

-0.42[(M-W)-58.15]-1.7*10^-5M(5867-P_a)

-0.0014M(34-t_a)-3.96*10^-8f_cl.[(t_cl+273)⁴-(t_s+273)⁴]-f_clh_c(t_cl-t_a)}

其中，M为新陈代谢率，W为人体做功率，P_a为环境空气中水蒸气分压力，t_α为空气温度，f_cl为穿衣人与裸体表面积之比，t_s为平均辐射温度，t_cl为穿衣人体外表面平均温度，h_c为对流热交换系数；

步骤3，

空调开机，在智能模式下，空调首先判断是智能制热还是智能制冷，是智能制热走制热程序，是智能制冷走制冷程序，空调控制板收到遥控器睡眠信号时就开始计时进入八小时睡眠状态，空调按照低风运行，并且风向避开人体，在八小时睡眠时间里按照PMV方程计算得出的设定温度数表来调整当前睡眠的设定温度，设定温度精确到0.5度，设定温度会在睡眠的八小时内每半个小时按照数表调整一次来满足房间内舒适睡眠的要求，八小时后退出睡眠且系统关机。

本发明所采用的另一种技术方案，控制睡眠环境的空调器，包括MCU，输入模块、输出模块、电源分别与MCU相连，红外人感传感器、空调湿度传感器模块分别与输入模块连接。

本发明的特征还在于，输入模块包括温度传感器。

输出模块包括12V步进电机。

MCU采用16位单片机。

本发明的有益效果是在现有空调电脑板上充分应用以下两类传感器:

(1)带有红外人感传感器，可以区分出成年男性，成年女性，老人和儿童模式，将这四种人群相应的代谢率带入PMV方程；

(2)带有湿度传感器，将相应的环境湿度带入PMV方程。由PMV方程计算出不同的人群在不同湿度下人体最佳舒适睡眠温度，进而将房间设定温度每半个小时自动按照最佳舒适温度方向调整一次，从而智能地适应人体睡眠舒适需求。

附图说明

图1是本发明控制睡眠环境的空调器的结构示意图。

图中，1.红外人感传感器，2.空调湿度传感器模块，3.输入模块，4.MCU，5.输出模块，6.电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种控制睡眠环境的空调器，结构如图1所示，包括MCU4，输入模块3、输出模块5、电源6分别与MCU4相连，红外人感传感器1、空调湿度传感器模块2分别与输入模块3连接。

本发明是在现有空调器电脑板的输入模块中增加红外人感传感器1与空气湿度传感器模块2。电源6使用的是开关电源技术，开关电源的功率为18W，能输出12V与5V两种直流电源供电脑板使用；输入模块3还包括有各种温度传感器，各种开关量的输入等；输出模块5包括12V步进电机控制摆风输出，控制压机、风机、四通阀、外风机、换新风等继电器输出，还有负离子等输出；MCU4采用高性能的16位单片机作为中央控制器。

红外人感传感器1主要是来识别房间人员类型以及人员位置，人员类型识别是通过红外检测人在睡眠时皮肤表面温度的差别，将人大致分成成年男性，成年女性，老人与小孩四类；空调湿度传感器模块2是用来检测当前房间的空气湿度，知道人群类型与当前湿度，再按照不同的人群在不同的湿度下具有不同代谢率带入PMV方程来计算将要调整的舒适温度，进入舒适睡眠后程序会每半个小时自动调整空调设定温度，此时空调按照指定的设定温度调整房间的环境温度以达到舒适睡眠的目的。

一种控制睡眠环境的方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1，

通过红外人感传感器1采集人体类型、人员位置信息参数；通过空调湿度传感器模块2检测房间空气湿度；

步骤2，

根据PMV方程，将中标院提供的不同人体的代谢率与不同的湿度值带入MPV方程计算出不同季节，以及男性、女性、儿童、老年人的睡眠舒适温度(横坐标与纵坐标交点代表就是温度，比如表一第一行：睡眠时间为0，代谢率为49.3时，不同相对湿度所对应的温度。)。如表1-表8所示。

PMV＝[0.303*e^-0.036M+0.028]{M-W-3.05*10^-3[5733-6.99(M-W)-P_a]

-0.42[(M-W)-58.15]-1.7*10^-5M(5867-P_a)

-0.0014M(34-t_a)-3.96*10^-8f_cl.[(t_cl+273)⁴-(t_s+273)⁴]-f_clh_c(t_cl-t_a)}

其中M为新陈代谢率(W/s)，W为人体做功率(W/s)，P_a为环境空气中水蒸气分压力(Pa)，t_α为空气温度(℃)，f_cl为穿衣人与裸体表面积之比，t_s为平均辐射温度(℃)，t_cl为穿衣人体外表面平均温度(℃)，h_c为对流热交换系数(W/s.m²℃)

表1 男性夏季睡眠舒适温度/℃

表2 女性夏季睡眠舒适温度/℃

表3 儿童夏季睡眠舒适温度/℃

表4 老年人夏季睡眠舒适温度/℃

表5 男性冬季睡眠舒适温度/℃

表6 女性冬季睡眠舒适温度/℃

表7 儿童冬季睡眠舒适温度/℃

表8 老年人冬季睡眠舒适温度/℃

以上表格1-8反映不同人群在不同湿度下制冷时最佳睡眠舒适温度与制热时最佳舒适睡眠温度，按照这个目标去改变睡眠时的设定温度值，就可以让人体睡眠时舒适感最强。

步骤3，

空调开机，在智能模式下，空调首先判断是智能制热还是智能制冷，是智能制热走制热程序，是智能制冷走制冷程序，空调控制板收到遥控器睡眠信号时就开始计时进入八小时睡眠状态，空调按照低风运行，并且风向避开人体，在八小时睡眠时间里按照PMV方程计算得出的设定温度数表来调整当前睡眠的设定温度，设定温度精确到0.5度，设定温度会在睡眠的八小时内每半个小时按照数表调整一次来满足房间内舒适睡眠的要求，八小时后退出睡眠且系统关机。

本发明主要利用国际标准PMV方程，来调节房间空调温度和湿度，以及送风方式来调节舒适环境，同时以最佳运行功耗达到节能的效果。PMV方程是一种环境舒适度标尺，将人的环境舒适感觉分为七级“冷(PMV＝-3)\凉(PMV＝-2)\微凉(PMV＝-1)\适中(PMV＝0)\微暖(PMV＝1)\暖(PMV＝2)\热(PMV＝3)\”。影响环境舒适度的因素归纳后有六个：1空气温度，2相对湿度，3空气流速，4热平均辐射温度，5人体代谢率(活动情况)，6衣物热阻。用于空调可以调节的因素是：1.空气温度(制冷制热)，2.相对湿度(加湿除湿)。可以通过传感器检测的因素：环境温度，相对湿度，人体大致活动情况(可能影响代谢率)、人体大致温度情况、人多人少，室外环温(推测可能影响建筑的热辐射)；用户可以设定的因素是：人体代谢率：一般跟人群有关系，儿童，老人，男人，女人，衣物热阻，一般夏天和冬天的衣物不同，热阻不同。

而睡眠时基于PMV方程的应用，主要在以上的基础上参与了时间的因素，因为随着入睡时间，人体的代谢率不同，并且睡眠以后人体代谢率具有一定的时间规律，通过此方法来调节房间的温度和湿度，自动适应人体睡眠。

本发明对红外传感器与湿度传感器的巧妙应用后，在实际睡眠模式试验时给人的舒适感强，使得体验客户的睡眠质量有所提高，得到体验客户的好评；此发明给智能空调又增加了一个新的亮点，同时又是新的卖点，在同款的空调中竞争力再次提高；本方案能智能调整睡眠时舒适温度，即调整温度在比较合理的范围，温度不会过低或过高而浪费电能，从而达到节能的效果。此发明在发起空调自身技术革新的同时，也促进了红外传感器与湿度传感器行业的发展。

Claims (5)

1.一种控制睡眠环境的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤1，

通过红外人感传感器采集人体类型、人员位置信息参数；通过空调湿度传感器模块检测房间空气湿度；

步骤2，

根据PMV方程，将不同人体的代谢率与不同的湿度值带入MPV方程计算出不同季节以及男性、女性、儿童、老年人的睡眠舒适温度；

PMV＝[0.303*e^-0.036M+0.028]{M-W-3.05*10^-3[5733-6.99(M-W)-P_a]-0.42[(M-W)-58.15]-1.7*10^-5M(5867-P_a)-0.0014M(34-t_a)-3.96*10^-8f_cl.[(t_cl+273)⁴-(t_s+273)⁴]-f_clh_c(t_cl-t_a)}

其中，M为新陈代谢率，W为人体做功率，P_a为环境空气中水蒸气分压力，t_α为空气温度，f_cl为穿衣人与裸体表面积之比，t_s为平均辐射温度，t_cl为穿衣人体外表面平均温度，h_c为对流热交换系数；

步骤3，

空调开机，在智能模式下，空调首先判断是智能制热还是智能制冷，是智能制热走制热程序，是智能制冷走制冷程序，空调控制板收到遥控器睡眠信号时就开始计时进入八小时睡眠状态，空调按照低风运行，并且风向避开人体，在八小时睡眠时间里按照PMV方程计算得出的设定温度数表来调整当前睡眠的设定温度，设定温度精确到0.5度，设定温度会在睡眠的八小时内每半个小时按照数表调整一次来满足房间内舒适睡眠的要求，八小时后退出睡眠且系统关机。

2.一种实现权利要求1所述控制睡眠环境的方法的控制睡眠环境的空调器，其特征在于，包括MCU(4)，输入模块(3)、输出模块(5)、电源(6)分别与MCU(4)相连，红外人感传感器(1)、空调湿度传感器模块(2)分别与输入模块(3)连接。

3.根据权利要求2所述的控制睡眠环境的空调器，其特征在于，所述输入模块(3)包括温度传感器。

4.根据权利要求2所述的控制睡眠环境的空调器，其特征在于，所述输出模块(5)包括12V步进电机。

5.根据权利要求2所述的控制睡眠环境的空调器，其特征在于，所述MCU(4)采用16位单片机。