CN105864886A - 湿度可调节空调 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿度可调节空调，属于空调装置技术领域，包括空调本体、集成检测单元、控制器、加湿单元、导风块和人机交互屏，集成检测单元连接在控制器的输入端用来检测空气温度和相对湿度数据并发送到控制器，控制器的输出端连接加湿单元和导风块，加湿单元根据控制器的指令生成水雾扩散到空气中增大相对湿度，加湿单元的水雾输出口安装在导风块的下方，导风块连接控制器并根据控制器的指令上下左右运动，人机交互屏连控制器用来输入指定温度和相对湿度并实时显示集成检测单元检测的室内温度和相对湿度值。本发明解决了空调除湿造成的室内干燥的问题，另设加湿器占据空间的问题，本发明具有散热均匀、空调自动空气加湿的优点。

Description

湿度可调节空调

技术领域

本发明属于空调装置技术领域，涉及湿度调节方向，具体涉及一种湿度可调节空调。

背景技术

空调系统已大量的运用于家庭、学校及宾馆等场合，现结构一般是：压缩机、节流元件及两个换热器连接而成的换热公质循环回路，两个换热器中其中一个为冷凝器，另一个为蒸发器，当换热公质循环流动时，在冷凝器中冷凝而释放热量、在蒸发器中蒸发而吸收热量，通过风机将冷风或热风吹至各房间中，用于实现房间的制冷或制热。

使用普通空调很难使室内温度均匀，因为这些空调的导风板的导风方式通常都是机械的进行上下左右的循环导风，在某些高温区域内冷风吹过的时间就显得太短暂，而相应的一些低温区域的冷风吹入就太过频繁，这不仅不利于室内温差的缩小还造成了能源的浪费；在我国大部分地区四季温度变化明显，普通空调的某一个或某几个制冷模式不能够很好的应对环境温度的变化也会造成能源的浪费，因此机房空调不能智能化的调节出风方式和制冷模式，将难以满足降温需求。

此外，随着人们对房间舒适性要求的提高，使用空调时，室内的湿度要求也随之提高，现有的空调机，通常都带有除湿功能，空调机的抽湿功能主要是利用冷凝的方式将室内的水分冷凝成水后排出，从而达到一定的抽湿作用。但是空调的除湿功能造成了室内空气太过干燥，呼吸不顺，由此就有了产品室内加湿器，摆放在室内，从外部加水，将水箱中的水雾化来实现加湿，不足是能耗高、辅助设备多。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种湿度可调节空调，通过改进导风板，根据室内温湿度控制导风板的运动，解决了空调除湿造成的室内干燥的问题，另设加湿器占据空间的问题，本发明具有散热均匀、空调自动空气加湿的优点，并且能够实时检测室内的相对湿度以及温度，并显示提醒，传感器使用了半导体应变片，不需要传统的湿度传感器对水雾的吸附和解析过程，检测准确，信号响应较快。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种湿度可调节空调，包括空调本体，所述湿度可调节空调还包括集成检测单元、控制器、加湿单元、导风块和人机交互屏，集成检测单元连接在控制器的输入端用来检测空气温度和相对湿度数据并发送到控制器，控制器的输出端连接加湿单元和导风块，加湿单元根据控制器的指令生成水雾扩散到空气中增大相对湿度，加湿单元的水雾输出口安装在导风块的下方，导风块连接控制器并根据控制器的指令上下左右运动，人机交互屏连控制器用来输入指定温度和相对湿度并实时显示集成检测单元检测的室内温度和相对湿度值。

上述方案中，所述加湿单元包括加湿器和水箱，加湿器的输入端连接在控制器的指令输出端，根据控制器的指令开始工作或者暂停，加湿单元的水箱是封闭的，水箱上设有两个进水口和一个出水口，一个进水口连接空调的冷凝水出水口，另一个进水口设置在空调本体的壳体外用于从空调外部加水，水箱的出水口连接在空调本体的室外排水管上，水箱的底部侧壁上设有水量传感器，连接控制器。所述导风块是两列导风块，两列导风块通过空调原有的驱动电路连接在空调的动力源上，控制器连接动力源用来控制两列导风块的运动，两列导风块的同步运动或分开运动，上下左右运动。所述人机交互屏中包括有人体红外传感器、键盘和显示屏，人体红外传感器安装在人机交互屏上用来检测人员经过，键盘连接在人机交互屏上，通过键盘输入指定温度和相对湿度值，显示屏连接在人机交互屏上用来显示实时检测的温度和相对湿度值，人机交互屏的下方设有LED灯，LED灯连接在控制器上并根据控制器的指令发出闪烁提醒。

所述集成检测单元中包括多个集成温度相对湿度传感器用来检测空气的相对湿度和温度，一个集成温度相对湿度传感器可检测出温度和相对湿度的值，控制器对多个集成温度相对湿度传感器的检测数据求最近值。所述集成温度相对湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片R_ε1和R_ε2安装在半径为r₀的膜片上，半导体应变片受压发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制器连接信号处理单元用来接收信号处理单元计算出的安装点的温度和相对湿度值。所述半导体检测单元中，调整半导体应变片的安装位置，两个半导体应变片的电阻变化量相等，其中一个半导体应变片安装在圆心位置，另一个半导体应变片安装在半径0.888r₀的同心圆的位置上。所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ＝ln2·C·R，式中τ为输出脉宽，R是电路接收的半导体应变片的电阻响应值，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所接电阻R成正比。所述膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应变片区，以半径0.63r₀的同心圆为界。

本发明有益效果是:本发明提供一种湿度可调节空调，本发明提供的空调是对现有空调进行的改进，对导风板进行了改进，整片导风板分割为两片，片状的导风板分为两个区域构成两导风块，由控制器控制两导风块的运动方向，导风块的运动可以分开运动，不必统一上下左右运动，导风块可以运动方向不同，散热均匀。此外，本发明中在空调本体中增设了加湿器，安装在空调本体的内部，空调冷凝作用产生的冷凝水流到加湿器的水箱内，由加湿器加热后，将湿气通过导风块吹散室内，保证室内的相对湿度。本发明中在空调本体内安装了改进后的集成式温度相对湿度传感器，能够实时检测室内的相对湿度以及温度，并显示提醒，传感器使用了半导体应变片，不需要传统的湿度传感器对水雾的吸附和解析过程，检测准确，信号响应较快。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的空调结构示意图。

图2是本发明的具体实施方式的湿度可调节空调的工作原理示意图。

图3是本发明的具体实施方式的导风块的结构示意图。

图4是本发明的具体实施方式的集成温度相对湿度传感器中应变片的安装示意图。

图5是本发明的具体实施方式的集成温度相对湿度传感器的结构示意图。

图6是本发明的具体实施方式的应变片的应变分布图。

图7是本发明的具体实施方式的集成温度相对湿度传感器工作原理结构框图。

图8是本发明的具体实施方式的集成温度相对湿度传感器的信号流程框图。

图9是本发明的具体实施方式的脉宽信号转换电路图。

图中1为杯形支座，2为空气密封腔，3为膜片，4为半导体应变片R_ε1，5为半导体应变片R_ε2，6为导风块，7为人机交互屏，71、72为导风板体。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1空调结构示意图所示，湿度可调节空调的工作原理示意图如图2所示，湿度可调节空调包括空调本体、集成检测单元、控制器、加湿单元、导风块6和人机交互屏7，集成检测单元、控制器、加湿单元、导风块6和人机交互屏7都安装在空调本体上，集成检测单元中包括多个集成温度相对湿度传感器，用来检测空气的相对湿度和温度，一个传感器即可检测出温度和相对湿度的值，多个传感器的安装保证了数据的准确性，温度湿度不均匀的问题，集成检测单元连接在控制器的输入端，输出检测数据到控制器，控制器的输出端连接了加湿单元和导风块6，控制器在接收到湿度过低，低于最佳相对湿度阈值的时候发出工作指令到加湿单元，开启加湿器，生成水雾在导风块6下扩散到整个室内空间，增大相对湿度。人机交互屏7连接在控制器的输出端上，输入指定温度和相对湿度，实时显示集成检测单元检测的检测温度和相对湿度值，在检测到人体红外信号的时候闪烁发光提醒使用者。

集成检测单元包括多个集成式温度相对湿度传感器，集成式传感器用来检测室内的温度以及相对湿度，集成式传感器是一个传感器，同时检测温度和相对湿度，检测的数据发送到控制器，由控制器根据检测信号发出工作指令。控制器中设有温度和相对湿度的最佳阈值，根据接收到的信号数据判断是否需要增加湿度，在相对湿度低于阈值的时候自动开启加湿单元增加空气相对湿度，本发明着重点在于增加湿度，降低湿度和温度的调节是空调本身就具有的功能，本发明中不再赘述。控制器连接了人机交互屏，能够显示集成检测单元检测计算出的温度和相对湿度，人机交互屏中包括有人体红外传感器、键盘和显示屏，人体红外传感器安装在人机交互屏上，键盘和显示屏连接在人机交互屏上，通过人机交互屏传递信号到控制器上，人机交互屏进而接收控制器的指令，根据指令工作。人体红外传感器安装在人机交互屏上，方便检测人体红外信号，人体红外传感器的输出端在连接人机交互屏上，检测到的人体红外信号发送到控制器中，在检测到人体红外信号的时候，显示屏亮起显示温度和相对湿度信号，方便使用者观看，提醒使用，键盘是用来输入空调相关指令的，还可以设置最佳温度和相对湿度的阈值。

控制器的输出端连接了加湿单元，加湿单元包括加湿器和水箱，加湿器根据控制器的指令挥发水雾增加室内的相对湿度，加湿器的输入端连接在控制器的指令输出端，根据控制器的指令开始工作或者暂停。加湿单元的水箱是封闭的，水箱上设有两个进水口和一个出水口，一个进水口连接空调的冷凝水出水口，另一个进水口设置在空调本体的壳体外，从空调外部加水，水箱的出水口连接在空调本体的室外排水管上。水箱的底部侧壁上设有水量传感器，连接控制器，控制器在水量传感器的水量过低提醒时，就会发出加水提醒显示在人机交互屏上。人机交互屏的下方设有LED灯，LED灯连接在控制器上，在控制器发出提醒信号，需要人工完成加水或注意的时候，就会发出灯光闪烁指令到LED灯，由LED灯闪烁提醒人员及时加水或其他工作。控制器在收到提醒数据，需要发出提醒信号的时候，会先检测人体红外传感器是否有人，如果有人的时候发出LED灯光闪烁，更快的解决加湿单元缺水问题。

本发明是在空调本体中进行的改进，所以各个动作元件都是安装在空调本体上的，导风块7是对空调本体原有导风板进行的改进，均匀散热、增加湿度、均匀工作，导风板是一片片叶状结构，在出风口成一列顺次排开。但是导风板是整体统一运动，上下左右同步，在室内某些高温区域内冷风吹过的时间就显得太短暂，而相应的一些低温区域的冷风吹入就太过频繁，散热不均匀。所以本发明中改进成两列导风块7，如图3所示，导风块包括一列导风板，每一横向导风板由两个导风板体71、72组成。这样原有的一列导风板划分为两列导风块，两列导风块通过驱动电路连接在动力源上，控制器连接动力源，控制两列导风块的运动，两列导风块的运动可以同步也可以分开，上下左右运动不同步。加湿单元中的加湿器的水雾输出口安装在导风块的下方，一列导风块一个水雾输出口，水雾挥发更加均匀，控制器根据检测的温度湿度数据信号发出导风块的运动方向指令，可以在一定程度上解决了热风、冷风不均匀、空气干燥的问题。

集成检测单元中包括多个集成温度相对湿度传感器用来检测空气的相对湿度和温度，一个集成温度相对湿度传感器可检测出温度和相对湿度的值，控制器对多个集成温度相对湿度传感器的检测数据求最近值。集成温度相对湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片R_ε1和R_ε2安装在半径为r₀的膜片上，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制器连接信号处理单元用来接收显示信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。

所述半导体检测单元中，两个半导体应变片的电阻变化量相等，其中一个半导体应变片安装在圆心位置，另一个半导体应变片安装在半径0.89r₀的同心圆的位置上。所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ＝ln2·C·R，式中τ为输出脉宽，R是电路中的电阻，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所接电阻R成正比。所述膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应变片区，以半径0.63r₀的同心圆为界。所述信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值。所述信号处理单元中设有温度饱和水汽分压表，信号处理单元利用温度调用相应的饱和水汽分压值。所述集成温度相对湿度传感器设置在圆柱形的杯形支座1上，膜片3设置在杯形支座1的上表面，膜片3选用黄铜膜片，杯形支座1和黄铜膜片之间设有空气密封腔2，两个半导体应变片4和5安装在黄铜膜片的表面。

所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感元件的计数之和呈单值对应函数关系，计算出应变片所受差压值、水蒸气分压值和温度值。所述信号处理单元利用温度饱和水汽分压表，利用温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相对湿度。

集成温度相对湿度传感器的控制方法，所述方法步骤包括：步骤一、连接安装传感器电路，设置两个半导体应变片采集温度和气压；步骤二、调整两个半导体应变片的安装位置，确认两个半导体应变片的电阻变化量相等；步骤三、半导体应变片的电阻变化量输入到二次转换单元进行脉宽转换，输出脉宽信号；步骤四、信号处理单元接收二次转换单元输出的脉宽信号，利用道尔顿定律、应变片原理和解析法分析半导体应变片的变化量，解析出温度和水蒸气分压信息，计算出待测点的相对湿度和大气压；步骤五、信号处理单元连接控制器，控制器接收待测点的温度、相对湿度和气压信息。

所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻半导体应变片之差，经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感电阻的计数之和的对数成反比关系，计算出应变片所受差压值ΔP、水蒸气分压P_W和温度值t。所述信号处理单元利用温度饱和水汽分压表，根据温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相对湿度，式中为相对湿度，P_WS为大气压中在某一温度下的饱和水汽分压力。

一、大气状态参数

道尔顿定律指出，混合大气的总压力等于各组成气体的分压力之和，如公式(1)所示：

P_M＝P_d+P_W(Pa) (1)

式中P_M(Pa)为混合气体的总压力，P_d(Pa)为干燥大气的分压力，P_W(Pa)为空气中所含水蒸气分压力，其中P_W在P_M占最大份额，仅为5％左右，故P_M和P_d压力均比较接近标准大气压。

相对湿度(RH％)的公式为：

式中表示相对湿度，P_WS为大气压在某一温度下，饱和水汽分压力(Pa)，它随温度而变，可通过已知温度查表或由回归拟合曲线方程求得。由公式(1)可得，若通过仪表能测出差压P_M–P_d，即可计算出P_W，再以所测温度，在湿空气密度、水蒸气压力、含湿量对照表中找到P_WS，便可由公式(2)算出相对湿度(RH％)。

二、应变片及其转换特性

传感器中应变片的安装示意图如图4所示，传感器的结构示意图如图5所示，应变片的转换特性及应变分布如图6所示。温集成度相对湿度气压传感器整体是一个圆柱外形外壳，外壳包括杯形支座1和黄铜膜片(黄铜膜片即是膜片3，膜片采用黄铜材质)，黄铜膜片覆盖在杯形支座1上，二者之间形成一个空气密封腔2，两个半导体应变片安装在黄铜膜片上，通过测量半导体应变片的电阻变化计算出集成温度相对湿度传感器(简称集成传感器)安装环境中的温度、相对湿度和大气压数据。分析计算温度、相对湿度和大气压所需的二次转换单元、信号处理单元可以安装在黄铜膜片上3上，也可以安装在杯形支座的侧边，通过线路连接传递信号。

混合大气压P_M均匀作用于弹性膜片的外表面，于是膜片两侧的差压为：

ΔP＝P_M–P_re＝P_W+P_d-P_re(Pa) (3)

式中P_re＝4·10⁴(Pa)为密封腔中设定的参照压力，P_d＝101325(Pa)为标准大气压，从而可算出大气中水汽分压力P_W(Pa)

在差压ΔP作用下，膜片表面上应力和应变的分布如下式所示：

径向应力：

径向应变：

式中，本发明中选用黄铜膜片弹性更好，E(Pa)为膜片弹性模量，约为7*10¹⁰Pa，μ约为0.33，为泊松比，r₀为膜片3的外半径40(mm)，h为膜片3的膜片厚度0.1(mm)，b为杯形支座的厚度5(mm)，杯形支座的高度10(mm)，ΔP作用在膜片两侧的差压(Pa)，r(mm)为观察点的半径。

若将已知常数代入(4)式，可得圆心应力σ_r＝0＝8*10⁴*ΔP(Pa) (6)

应变片的灵敏系数K_ε和转换特性如公式(7)所示：

$\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\ϵ}}}{R_0}=K_{\mathrm{\ϵ}}*\mathrm{\ϵ}---\left(7\right)$

式中R₀为t＝0℃和ε_r＝0时应变片电阻(Ω)，K_ε约为125，ΔR_ε则为应变片在ε_r激励下电阻的变化量(Ω)，将(6)式代入(7)可得：

$\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\ϵ}}}{R_0}={10}^7*\frac{\mathrm{\Δ}P}{E}---\left(8\right)$

若将E＝7*10¹⁰Pa代入式可知，应变片所能输出的相对电阻变化，在最大量程下也只有10^-2量级，故需在装置中加入二次变换和信号处理电路，以获取所需的灵敏度和分辨力。

三、二次变换和信号传送流程

工作原理结构框图如图7所示，集成传感器包括半导体检测单元、二次转换单元、信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制器连接信号处理单元用来接收显示信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。

信号流程框图如图8所示，二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路由555定时器C1和C2组成，二次转换单元和信号处理单元还设有选通开关，选用C3开关，信号处理单元主要组成为C4单片机。图8中R_ε1和R_ε2在P_W和t激励下，各自产生不同的R₁和R₂响应，它们经两个相同的脉冲信号转换电路的C1、C2芯片555变换后，各自产生τ₁和τ₂(S)脉宽输出，该脉宽信号经C3开关选通后再送至C4单片机进行信号处理。脉冲信号转换电路如图9所示，电阻R连接在C定时器555的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。由于应变片的不同，两个脉冲电路中的电阻和输出脉宽可以用R₁和R₂、τ₁和τ₂表示。

脉宽转换公式：τ＝ln2·C·R(S)对应到两个脉冲信号转换电路即为：

τ₁＝ln2·C₀·R₁(S) (9)

τ₂＝ln2·C₀·R₂(S) (10)

式中τ₁和τ₂为两个半导体应变片对应的两路脉宽输出信号，R₁和R₂为半导体应变片的电阻变化值计量单位为Ω，C₀(F)为云母标准电容，约为0.72×10^-6F，上式表明脉宽输出与各自所接电阻R₁和R₂成正比。

四、在多因素输入时，合成响应的解耦处理

在τ₁和τ₂中隐含有水汽分压P_W和温度t两种信息，如何能让其在后续的数据处理中分离，需通过数据解耦技术来实现信息分离和复原。

R₁和R₂电阻变化公式为：

$R_1=R_0\·EXP\[B(\frac{1}{T}-\frac{1}{T_0})\]+{\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\ϵ}1}\left(\mathrm{\Ω}\right)---\left(11\right)$

$R_2=R_0\·EXP\[B(\frac{1}{T}-\frac{1}{T_0})\]+{\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\ϵ}2}\left(\mathrm{\Ω}\right)---\left(12\right)$

式中R₀＝1000Ω为基准电阻；B＝4850(K)为半导体应变片的阻温系数；T₀＝273(K)为参照温度；T(K)为输入温度；ΔR_ε1和ΔR_ε2分别为R₁和R₂在大气压力激励下各自产生的电阻增量。由以上两式可知，如能让ΔR_ε1和ΔR_ε2数值相同，但正负相反，即(11)和(12)式可变成：

$R_1=R_0\·EXP\[B(\frac{1}{T}-\frac{1}{T_0})\]+{\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\ϵ}}\left(\mathrm{\Ω}\right)---\left(13\right)$

$R_2=R_0\·EXP\[B(\frac{1}{T}-\frac{1}{T_0})\]-{\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{\ϵ}}\left(\mathrm{\Ω}\right)---\left(14\right)$

将以上两式相减或相加，就可分离出P_W和t两种输入信息，即相加时R1+R2＝f_t(T)，和相减时R1-R2＝f_ε(P_W)，即和与差的结果只与单一输入信息一一对应，ΔR_ε1＝-ΔR_ε2＝ΔR_ε。

参见图5，整个膜片外表面在差压ΔP作用下，以半径r＝0.63r₀为界，区分为正负两个应变区。靠圆心部分内圆为正ε区，而靠周边外圆部分则为负ε区，在此两个区域的合适位置上，可以找到ε数值相等但极性相反的两个点，其一在圆心处，r₁＝0，而另一点经(5)式计算为r₂＝0.89r₀处。在此两点上配置两片性能相同的半导体应变片，并让其中心与膜片上参照点重合，于是就实现了(13)和(14)式的定量关系。

将(13)式加(14)式得

上式中已消除了ε信息对(R₁+R₂)数量上的干扰，然而R₁和R₂分别联接到555芯片的充放电电路中，故已无法将R₁和R₂直接相加，此时就需经过数据运算处理来实现。若让脉宽τ₁和τ₂在单片机中对时钟频率f₀计数，则有计数值N₁和N₂为：

N₁＝τ₁·f₀ (16)

N₂＝τ₂·f₀ (17)

τ₁+τ₂＝(N₁+N₂)/f₀(S) (18)

联立以上公式，并经过整理可得：

$T=\frac{B}{\ln \[\left(EXP\frac{B}{T_0}\right)*\left(\frac{N1+N2}{1000}\right)\]}=\frac{4850}{\ln \[5.2*{10}^4*(N1+N2)\]}---\left(19\right)$

摄氏温度：t＝T-273(℃) (20)

式中各常系数是在R₀＝1000Ω，C₀＝7.2*10^-6F和f₀＝10MHZ条件下算出的。从R₁和R₂的二次转换信息中分离出应变和水蒸气分压P_W等信息，将(13)式减去(14)式，可得

R1-R2＝2ΔR_ε＝2R₀K_ε·ε(Ω) (21)

再利用τ₁-τ₂＝(N₁-N₂)/f₀和(5)、(9)、(10)式等联立，经整理可得，

ΔP＝10·(N₁-N₂)(Pa) (22)

公式(19)和(22)即为传感器的两种输入-输出特性方程，均有足够的灵敏度和分辨力。已知式中P_WS可通过温度t经查表或下述回归方程算出，

P_WS＝a·EXP(b·t)(Pa) (23)

式中a为6.16(Pa)，b为0.064(1/℃)为拟合常数，于是得

P_WS＝6.16·EXP(0.064·t)(Pa) (24)

大气压力不是一个定值，随着地区海拔高度的不同而存在差异，同时还随季节温度变化而稍有改变，对P_W计算可近似地用下式描述：

P_W＝ΔP+P_re-Bf(T)+h·8.76(Pa) (25)

式中h为当地海拔高度(m)，系数8.76(Pa/m)为大气压衰减斜率，f(T)为温度修正系数可经过实验测量数据的拟合曲线而加以估算。由于在沿海地区冬夏气压变化比为1.02，而在青海地区冬夏比仅为1.0026。均随温度下降而略有增加。故当不考虑温度微小影响，且在沿海地区时，(25)式可简化为：

P_W＝ΔP+(P_re-B)＝10(N₁-N₂)+(P_re-B)(Pa) (26)

本文解析过程的理论基础之一是标准大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，公式(3)中P_d应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。所以本发明在信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值即传感器中的干燥空气腔内的分压力，结合信号处理单元计算出的大气中水蒸气分压力值，进而利用公式(1)：P_M＝P_d+P_W(Pa)计算出混合大气的压力值，即安装点的压力值。

至此，温度、相对湿度和大气压的数值都能计算求解出来。本发明提供的集成温度相对湿度传感器具有结构简单、易于实施。本发明中经解析法得到：大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，即经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差，成正比，而大气环境温度则与敏感元件的计数之和的对数成反比关系。本文解析过程的理论基础是物理大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种湿度可调节空调，包括空调本体，其特征在于，所述湿度可调节空调还包括集成检测单元、控制器、加湿单元、导风块和人机交互屏，集成检测单元连接在控制器的输入端用来检测空气温度和相对湿度数据并发送到控制器，控制器的输出端连接加湿单元和导风块，加湿单元根据控制器的指令生成水雾扩散到空气中增大相对湿度，加湿单元的水雾输出口安装在导风块的下方，导风块连接控制器并根据控制器的指令上下左右运动，人机交互屏连控制器用来输入指定温度和相对湿度并实时显示集成检测单元检测的室内温度和相对湿度值。

2.根据权利要求1所述的湿度可调节空调，其特征在于，所述加湿单元包括加湿器和水箱，加湿器的输入端连接在控制器的指令输出端，根据控制器的指令开始工作或者暂停，加湿单元的水箱是封闭的，水箱上设有两个进水口和一个出水口，一个进水口连接空调的冷凝水出水口，另一个进水口设置在空调本体的壳体外用于从空调外部加水，水箱的出水口连接在空调本体的室外排水管上，水箱的底部侧壁上设有水量传感器，连接控制器。

3.根据权利要求1所述的湿度可调节空调，其特征在于，所述导风块是两列导风块，两列导风块通过空调原有的驱动电路连接在空调的动力源上，控制器连接动力源用来控制两列导风块的运动，两列导风块的同步运动或分开运动，上下左右运动。

4.根据权利要求1所述的湿度可调节空调，其特征在于，所述人机交互屏中包括有人体红外传感器、键盘和显示屏，人体红外传感器安装在人机交互屏上用来检测人员经过，键盘连接在人机交互屏上，通过键盘输入指定温度和相对湿度值，显示屏连接在人机交互屏上用来显示实时检测的温度和相对湿度值，人机交互屏的下方设有LED灯，LED灯连接在控制器上并根据控制器的指令发出闪烁提醒。

5.根据权利要求1所述的湿度可调节空调，其特征在于，所述集成检测单元中包括多个集成温度相对湿度传感器用来检测空气的相对湿度和温度，一个集成温度相对湿度传感器可检测出温度和相对湿度的值，控制器对多个集成温度相对湿度传感器的检测数据求最近值。

6.根据权利要求5所述的湿度可调节空调，其特征在于，所述集成温度相对湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片R_ε1(4)和R_ε2(5)安装在半径为r₀的膜片上，半导体应变片受压发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制器连接信号处理单元用来接收信号处理单元计算出的安装点的温度和相对湿度值。

7.根据权利要求5所述的湿度可调节空调，其特征在于,所述半导体检测单元中，调整半导体应变片的安装位置，两个半导体应变片的电阻变化量相等，其中一个半导体应变片安装在圆心位置，另一个半导体应变片安装在半径0.888r₀的同心圆的位置上。

8.根据权利要求5所述的湿度可调节空调，其特征在于,所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。

9.根据权利要求8所述的湿度可调节空调，其特征在于,所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ＝ln2·C·R，式中τ为输出脉宽，R是电路接收的半导体应变片的电阻响应值，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所接电阻R成正比。

10.根据权利要求5所述的湿度可调节空调，其特征在于,所述膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应变片区，以半径0.63r₀的同心圆为界。