CN106870424A - 一种空气导向装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空气导向装置及系统，通过人体脉搏传感器测得的人体生命特征数据与处理器进行无线通讯判断用户(是/否)进入第一工作状态来对(自动/手动)调速模式进行切换，其自动调速模式通过处理器获得所述温度传感器测得的温度数据、所述湿度传感器测得的湿度数据、用户热舒适度模型下的最佳舒适度范围确定人体最佳体验风速；再通过所述距离探测器测得的所述装置与用户之间的距离数据，确定与之相对应的人体感知最佳转速，进而调整空气导向部件的转速至所述人体感知最佳转速，从而提高了风速控制的精准性。

Description

一种空气导向装置及系统
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种空气导向装置及系统。
背景技术
传统的风扇一般包括机械风扇和普通智能风扇。机械风扇通过遥控器遥控来实现简易的风扇调速处理，需要人工远程调控风扇转速。机械风扇具有机械定时装置，能让其在工作一段时间后停止；普通智能风扇的开关可为机械式也可为遥控器遥控，其通常采用单一变量的方式进行风速的调节。
目前，风扇智能调速通常采用智能温控调速的方法，即根据实时温度输出风速的方法。比如现有技术利用风扇搜集的温度和转速信息进行冷却。但是，现有技术提及的风扇调速方法核心原理，仍根据单一变量输出风速的方法，其调节方式单一并且无法准确的将风速控制到人体适宜的范围内。
发明内容
本发明提供一种空气导向装置及系统，用于提高对风速的控制精度。
本发明第一个方面提供一种空气导向装置，包括：
处理器、温度传感器、湿度传感器、距离探测器、空气导向部件和电机；
所述处理器分别与所述温度传感器、所述湿度传感器、所述距离探测器和所述电机电连接；所述电机与所述空气导向部件连接；
所述温度传感器，用于获取所述装置所处环境的温度数据；
所述湿度传感器，用于获取所述装置所处环境的湿度数据；
所述距离探测器，用于探测所述装置与用户之间的距离数据；
所述处理器，用于根据所述温度数据、所述湿度数据和所述距离数据，确定所述人体感知最佳转速，所述人体感知最佳转速与所述用户的体感最佳温度具备对应关系；
所述电机，用于根据所述处理器的触发指示，驱动所述空气导向部件的转速至所述人体感知最佳转速。
较佳地，所述处理器根据所述温度数据、所述湿度数据和所述距离数据，确定所述人体感知最佳转速，具体包括：
根据所述温度数据和所述湿度数据确定所述装置所处环境的热舒适度模型，所述热舒适度模型与所述电机的转速具备对应关系；
根据所述热舒适度模型、所述用户的体感舒适范围和所述距离数据确定所述电机的转速范围；
根据所述用户的体感舒适范围和所述距离数据确定所述电机的转速范围；
根据所述电机的转速范围和所述距离数据确定所述人体感知最佳转速。
较佳地，所述电机的转速范围包含所述电机的理论转速，所述电机的理论转速满足如下公式：
Vd＝f-1(V0,d)；
其中，所述Vd为所述电机的理论转速，所述V0为所述人体感知最佳转速，所述d为距离数据。
较佳地，所述根据所述温度数据和所述湿度数据确定所述装置所处环境的热舒适度模型，包括：
所述温度数据和所述湿度数据构成组合数据ti、φi，ti为采样时间点i对应的温度；φi为所述采样时间点i对应的湿度；
根据所述ti、φi、M、Icl和ta确定PMV函数关系PMV＝f(V)；
其中，M表示的是人体代谢产生的热量，Icl为的是服装热阻，ta表示的平均辐射温度，所述M为所述用户的新陈代谢率，所述Icl为所述用户的服装热阻，所述ta为室内温度。
较佳地，所述PMV＝f(V)与所述人体感知最佳转速的对应关系，包括：
当f(Vmax)≤0,取PMV＝f(V)＝0时对应的所述人体感知最佳转速Va，及所述Va＝f-1(PMV＝0)；
所述f(Vmax)>0，则所述人体感知最佳转速Va取所述Vmax；
所述f(Vmin)<0，则所述人体感知最佳转速Va取0。
较佳地，还包括：通讯模块；
所述通讯模块，用于空气导向装置、用户终端、无线接入设备和云服务器之间的数据传递，保证所得电机转速在处理器的触发指示，驱动所述空气导向部件的转速至所述目标转速。
较佳地，所述通讯模块，还用于接收用户终端发送的配置消息；所述配置消息包含热舒适度模型，所述热舒适度模型与所述电机的转速具备对应关系。
较佳地，所述通讯模块，还用于向所述用户终端发送状态消息，所述状态消息包含：所述所处环境的温度数据；和/或，所述所处环境的湿度数据；和/或，所述装置与用户之间的距离数据。
较佳地，所述通讯模块，还用于与无线接入设备连接。
较佳地，所述通讯模块，还用于通过所述无线接入设备向云服务器发送工作数据；所述工作数据包含所述热舒适度模型，并能通过所述云服务器对所述工作数据进行处理。
较佳地，所述电机，还用于根据所述处理器的转动指示，驱动所述空气导向部件转动至第一方向。
本发明第二个方面提供一种空气导向系统，包括第一个方面任意一项所述的空气导向装置、用户终端、无线接入设备和云服务器。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种空气导向系统的部署示意图；
图2为本发明实施例提供的一种空气导向装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种空气导向装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种空气导向装置的控制流程示意图。
具体实施方式
为了能够对本发明有进一步的理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种空气导向系统的部署示意图，参照图1，该系统包括：空气导向装置、用户终端、无线接入设备和云服务器；
其中，各个设备通过无线网络连接，并且空气导向装置、用户终端和无线接入设备构成局域网络；所述云服务器通过必要的网络节点(图中未示出)与无线网络。
该云服务器可以由服务商或厂商进行维护，其主要用于汇总和统计各个空气导向装置上报的工作数据；其中，工作数据包含热舒适度模型。进一步地，热舒适度模型对于不同的用户各不相同，其与所述电机15的转速具备对应关系；可选的，电机调速策略不一定必须在云中计算，也可以在装置中现场计算，云计算速度太慢、需要流量；但可以如果要用到其它智能家居设备进行辅助计算和控制就要用云，也在云中存放历史数据
用户终端可以直接与空气导向装置连接，例如，通过蓝牙、NFC等方式连接；或者，也可以通过无线接入设备与空气导向装置进行连接；进一步地，该用户终端具备一交互界面，可通过安装一相应的应用实现；该交互界面用于显示空气导向装置的工作状态，并且用于接收用户的控制指示，并控制该空气导向装置进行相应的工作。
无线接入设备可以为一般的无线路由器、网关、热点设备等；
对于空气导向装置，下文会进行具体介绍。
图2为本发明实施例提供的一种空气导向装置的结构示意图，参照图2，该装置包括：处理器10、温度传感器11、湿度传感器12、距离探测器13、空气导向部件14和电机15；
所述处理器10分别与所述温度传感器11、所述湿度传感器12、所述距离探测器13和所述电机15电连接；所述电机15与所述空气导向部件连接；
所述温度传感器11，用于获取所述装置所处环境的温度数据；
所述湿度传感器12，用于获取所述装置所处环境的湿度数据；
所述距离探测器13，用于探测所述装置与用户之间的距离数据；
所述处理器10，用于根据所述温度数据、所述湿度数据和所述距离数据，确定人体感知最佳转速，所述人体感知最佳转速与所述用户的体感最佳温度具备对应关系；
所述电机15，用于根据所述处理器10的触发指示，驱动所述空气导向部件14的转速至所述人体感知最佳转速。
本实施例提供的空气导向装置，通过处理器获得所述温度传感器测得的温度数据、所述湿度传感器测得的湿度数据、所述距离探测器测得的所述装置与用户之间的距离数据，确定与之相对的人体感知最佳转速，进而调整空气导向部件的转速至所述人体感知最佳转速，从而提高了风速控制的精准性。
进一步地，人体脉搏传感器测得的人体生命特征数据与处理器进行无线通讯判断用户(是/否)进入第一工作状态来对(自动/手动)调速模式进行切换，其自动调速模式通过处理器获得所述温度传感器测得的温度数据、所述湿度传感器测得的湿度数据、用户热舒适度模型下的最佳舒适度范围确定人体最佳体验风速；再通过所述距离探测器测得的所述装置与用户之间的距离数据，确定与之相对应的人体感知最佳转速，进而调整空气导向部件的转速至所述人体感知最佳转速，从而提高了风速控制的精准性。
可选的，所述电机15，还用于根据所述处理器10的转动指示，驱动所述空气导向部件14转动至第一方向。
具体的，通过将述空气导向部件14转动至第一方向，以使向特定方向进行送风，从而保证在建筑物中空气的流通效果。
进一步地，本实施例给出一种热舒适度模型具体实现方式，其用于提高对于空气导向装置的控制精准度，更好的针对不同用户提供差异化的控制。具体的，所述处理器10根据所述温度数据、所述湿度数据和所述距离数据，确定所述人体感知最佳转速，具体包括：
根据所述温度数据和所述湿度数据确定所述装置所处环境的热舒适度模型，所述热舒适度模型与所述电机15的转速具备对应关系；
根据所述热舒适度模型、所述用户的体感舒适范围和所述距离数据确定所述电机15的转速范围；
根据所述用户的体感舒适范围和所述距离数据确定所述电机15的转速范围；
根据所述电机的转速范围和所述距离数据确定所述人体感知最佳转速。
具体的，人体舒适度由6参数决定，人体代谢产生的热量M通过心率(脉搏)传感器数据监测到用户进入睡眠模式得到；服装热阻Icl选取的值是夏季用户普遍着装下的值；平均辐射温度ta数值上等同于ti，即温度传感器的监测值；温度ti和相对湿度φi是通过温湿度传感器的当前测量值，则人体舒适度模型PMV值和人体感受到的真实风速值是一一对应的关系，并且通过距离探测器获得的距离参数可以将人体感受到的真实风速与电机转速对应起来，则电机的转速范围和PMV值的范围(PMV方程适用于普遍用户，但是单个用户的最适PMV值会有偏差)是相互对应的，再根据用户自身的舒适度确定PMV范围，从而确定电机转速范围。
可选地，处理器10可以维护一张所述温度数据和所述湿度数据以及电机15的转速的关系表；每一种所述温度数据和所述湿度数据的组合对应一个电机15的转速；跟进一步地，对于不同的用户，这张关系表的具体对应关系可以是不一样的。
进一步地，所述电机15的转速范围包含所述电机15的理论转速，所述电机15的理论转速满足如下公式：
Vd＝f-1(V0,d)；
其中，所述Vd为所述电机15的理论转速，所述V0为人体感知最佳转速，所述d为距离数据。
可选地，所述根据所述温度数据和所述湿度数据确定所述装置所处环境的热舒适度模型，包括：
所述温度数据和所述湿度数据构成组合数据ti、φi，ti为采样时间点i对应的温度；φi为所述采样时间点i对应的湿度；
根据所述ti、φi、M、Icl和ta确定PMV函数关系PMV＝f(V)；
其中，M表示的是人体代谢产生的热量，Icl为的是服装热阻，ta表示的平均辐射温度，所述M为所述用户的新陈代谢率，所述Icl为所述用户的服装热阻，所述ta为室内温度。
可选地，所述PMV＝f(V)与所述人体感知最佳转速的对应关系，包括：
0≤f(Vmin)
当f(Vmax)≤0,取PMV＝f(V)＝0时对应的所述人体感知最佳转速Va，及所述Va＝f-1(PMV＝0)；
所述f(Vmax)>0，则人体感知最佳转速Va取所述Vmax；
所述f(Vmin)<0，则人体感知最佳转速Va取0。
图3为本发明实施例提供的另一种空气导向装置的结构示意图，参照图3，该装置还包括：通讯模块16；
所述通讯模块16，用于空气导向装置、用户终端、无线接入设备和云服务器之间的数据传递，保证所得电机转速在处理器的触发指示，驱动所述空气导向部件的转速至所述目标转速。
所述通讯模块16，用于接收用户终端发送的配置消息；所述配置消息包含热舒适度模型，所述热舒适度模型、所述距离探测器所得距离值与所述电机15的转速具备对应关系。
进一步地，所述通讯模块16，还用于向所述用户终端发送状态消息，所述状态消息包含：所述所处环境的温度数据；和/或，所述所处环境的湿度数据；和/或，所述装置与用户之间的距离数据。
可选地，所述通讯模块16，还用于与无线接入设备连接。
可选地，所述通讯模块16，还用于通过所述无线接入设备向云服务器发送工作数据；所述工作数据包含所述热舒适度模型，并能通过所述云服务器对所述工作数据进行处理。
针对上述系统及装置，本发明实施例还提供一种相应的控制方法，以实现上述各个实施例对应的技术效果。具体的，图4为本发明实施例提供的一种空气导向装置的控制流程示意图，参照图4，所示该方法包括以下步骤：
步骤S1：将空气导向装置接入电路。
首先，将空气导向装置的插头接入220V交流家用电源端口上，此时电源指示灯亮说明空气导向装置已在工作状态。
可选的，本发明实施例的用电部分分为主电路和控制电路。主电路电压直接由家用交流电提供，控制电路用电也是在家用交流电压的基础上经过整流电路部分供给。针对不同国家的交流电电压幅值和频率的不同，整流桥的相关器件和变压器电路部分可能要做相应的调整。
其次，空气导向装置自动检测家用电源电压波动。系统监测到输出电压异常时会发出警报并停止作用，防止烧坏或起火等用电事故的发生。此时只需把空气导向装置的插头拔出再接入便可复位，然后就能继续正常工作。
步骤S2：自动模式的选择。
当自动模式按钮关闭时，空气导向装置依赖手动进行调速。根据空气导向装置的风速档位进行按钮操作或远程遥控，选择较合适的风速大小；当自动模式按钮打开时，智能调速模式开启。使用者睡觉前可使用，空气导向装置电机在规定时间τ内从最大风速向正常值递减，直到迎合满足一定人体舒适的风速值输出。，这里所说的正常值在不同的用户需求下，通过处理器计算得出来的，其中已经包含了不同环境参数(温湿度)和不同的用户需求(服装热阻，新陈代谢产热)。所以正常值是能够满足主体人群需求的风速值。本发明实施例是面向不同的用户对象的，不同的用户，对风速的需求是存在差异的。针对一部分特殊人群，如老人和小孩，其风速要求会低于主体人群。通过人为调节PWM相关控制参数，改变交流电压的输出占空比，就能对电机的输出风速实现微调。
则是人工手动调节，包括空气导向装置控制机械按钮操作或远程遥控；当自动模式按钮开启时，空气导向装置电机调速方式转为自动化智能调速，内由最大风速向正常值递减，直到迎合满足一定人体舒适的风速值输出。
步骤S3：获取所述装置所处环境的温度数据、所述装置所处环境的湿度数据、所述装置与用户之间的距离数据。
在处理器的控制下，DHT11数字温湿度复合传感器能快速、准确地感应和测量出外界环境温湿度的组合数据ti、φi；距离探测器能有效地获取空气导向装置离人体的距离d。温湿度传感器和距离探测器与处理器通信，每隔m秒采集数据，Flash读入微调量及采集数据输入处理器，其中m的大小决定着该空气导向装置调速的灵敏度。
具体的，温湿度传感器、距离探测器以及处理器构成调速系统，该调速系统既能嵌入到空气导向装置系统中，也能独立存在，只需将该调速系统接在家用电源和空气导向装置之间即可。由于空气导向装置和人体之间如若存在障碍物，会严重影响人体的风速体验，用户可以不需要对应收发装置；若存在障碍物的话，会严重影响人体感知的风速大小。因此，可选的，该调速系统还包括：智能穿戴设备，例如，手环、手表等，该智能穿戴设备不仅仅是提供距离信息，还需要提供是用户体验到的风速值信息，通过wifi或蓝牙与处理器进行无线通信。同样也能通过该装置实现对空气导向装置电机的远程控制操作。
步骤S4：建立优化模型获取实时最佳风速。
首先，确定实际人体感知风速范围。可选的，室内若存在通风，对人体感知的风速会存在影响，但若室内通风恒定的话，为用户提供一个收发装置的话，能够对用户的感知风俗进行补偿。通过装置检测人体感知的风速大小，进行无线通信，将用户数据传给处理器，反馈调整空气导向装置电机的输出风速。空气导向装置电机输出风速始终都在启动电压和额定电压相对应的风速范围之内。通过距离传感器测得的空气导向装置与人体距离参数，将空气导向装置输出风速范围转换到人体感受到的风速值范围：
Vmin≤V≤Vmax；
其次，确定目标函数PMV的约束范围。注意这里的Vmin和Vmax并不是电机启动电压和额定电压，是通过距离参数车算到人体感知的对应风速值。PMV方程适用于人体，电机的实际风速都必须通过距离d进行换算。其中，预计热指标函数PMV是预计热指标函数，用来衡量人体舒适度，是目前考虑参数最全的模型。在这里只考虑PMV值大于0的情况，人为选定人体舒适度PMV值上下限，选取一个人体始终满足的一个“较舒适”的状态，取0≤PMV≤0.5。这里给定的PMV范围越小，对精度要求越高，可以根据风速实际需求进行调整。
再次，选取预计热指标函数PMV作为目标函数，根据实时采集的温湿度数据，将绘制出的PMV值关于风速V的函数曲线与确定矩形区域进行几何关系分析，确人体感知最佳风速大小。可选的，根据PMV方程，一般PMV＝0时是人体感觉最舒适的状态。这里可以将PMV值的范围调节作为用户端口，根据不同的用户体验需求来进行选定，并且只能在参考值附近微调。
最后，通过测距值将人体感知的最佳风速值转换到空气导向装置电机输出风速值。这里由PMV方程相关的风速值是风扇电机输出风速经过距离d衰减后人体感知的最佳风速值，所以要将该风速值折算到电机输出风速。
步骤S5：PMV的产生与控制。
PMV的产生与控制是该系统实现相应功能的核心控制模块，它利用光耦调制PMV波的占空比控制输出电压适合于电空气导向装置的供电电压，通过温湿度传感器采集的温湿度数据送至处理器，整合到可调风速范围内，从而线性控制PMV的占空比来控制220V交流的通断来输出所需求电压。
同时通过个性微调按钮来调节相关参数，根据不同的生活环境和不同的身体素质，将人体舒适度范围调至满足符合特殊人群需求，这样可以满足不同人对空气导向装置转速的人性化需求。
可选的，本实施例并没有具体的可量化参数，因为人体舒适度已经能够满足主体人群需求，可以在这个衡量标准上进行微调。相关参数可以是年龄、体温，一般情况下幼儿和老年人对舒适度的要求很苛刻，因此舒适度的范围相对较小。提问越高的人，人体热平衡被打破，则需要加大风速进行散热。另外，生活环境的不同也会导致舒适度的差异，例如长期生活在南北极和赤道附近的人群舒适度就会不一样。
步骤S6：输出满足个人实际需求的风速值。
通过该调速系统，智能调制PMV波来控制接入电源伏值大小，输出满足个人需求的空气导向装置电机输出风速值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种空气导向装置，其特征在于，包括：
处理器、温度传感器、湿度传感器、距离探测器、空气导向部件和电机；
所述处理器分别与所述温度传感器、所述湿度传感器、所述距离探测器和所述电机电连接；所述电机与所述空气导向部件连接；
所述温度传感器，用于获取所述装置所处环境的温度数据；
所述湿度传感器，用于获取所述装置所处环境的湿度数据；
所述距离探测器，用于探测所述装置与用户之间的距离数据；
所述处理器，用于根据所述温度数据、所述湿度数据和所述距离数据，确定所述人体感知最佳转速，所述人体感知最佳转速与所述用户的体感最佳舒适度具备对应关系；
所述电机，用于根据所述处理器的触发指示，驱动所述空气导向部件的转速至所述人体感知最佳转速。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器根据所述温度数据、所述湿度数据和所述距离数据，确定所述人体感知最佳转速，具体包括：
根据所述温度数据和所述湿度数据确定所述装置所处环境的热舒适度模型，所述热舒适度模型与所述电机的转速具备对应关系；
根据所述热舒适度模型、所述用户的体感舒适范围和所述距离数据确定所述电机的转速范围；
根据所述用户的体感舒适范围和所述距离数据确定所述电机的转速范围；
根据所述电机的转速范围和所述距离数据确定所述人体感知最佳转速。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电机的转速范围包含所述电机的理论转速，所述电机的理论转速满足如下公式：
Vd＝f-1(V0,d)；
其中，所述Vd为所述电机的理论转速，所述V0为所述人体感知最佳转速，所述d为距离数据。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述根据所述温度数据和所述湿度数据确定所述装置所处环境的热舒适度模型，包括：
所述温度数据和所述湿度数据构成组合数据ti和φi，ti为采样时间点i对应的温度；φi为所述采样时间点i对应的湿度；
根据所述ti、φi、M、Icl和ta确定PMV函数关系PMV＝f(V)；
其中，M表示的是人体代谢产生的热量，Icl为的是服装热阻，ta表示的平均辐射温度，所述M为所述用户的新陈代谢率，所述Icl为所述用户的服装热阻，所述ta为室内温度。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述PMV＝f(V)与所述人体感知最佳转速的对应关系，包括：
当取PMV＝f(V)＝0时对应的所述人体感知最佳转速Va，及所述Va＝f-1(PMV＝0)；
所述0<f(Vmax)，则所述人体感知最佳转速Va取所述Vmax；
所述f(Vmin)<0，则所述人体感知最佳转速Va取0。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：通讯模块；
所述通讯模块，用于空气导向装置、用户终端、无线接入设备和云服务器之间的数据传递，保证所得电机转速在处理器的触发指示，驱动所述空气导向部件的转速至所述目标转速。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通讯模块，还用于接收用户终端发送的配置消息；所述配置消息包含热舒适度模型，所述热舒适度模型、所述距离探测器所得距离值与所述电机的转速具备对应关系。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述通讯模块，还用于向所述用户终端发送状态消息，所述状态消息包含：所述所处环境的温度数据；和/或，所述所处环境的湿度数据；和/或，所述装置与用户之间的距离数据。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机，还用于根据所述处理器的转动指示，驱动所述空气导向部件转动至第一方向。
10.一种空气导向系统，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的空气导向装置、用户终端、无线接入设备和云服务器。
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