CN108981067A - 给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统及方法，包括均布在将整个区域分成若干个独立区域内部的多个局部加热装置，每个独立区域内均设置有一个局部加热装置，所述局部加热装置包括云台、红外图像传感器、红外温度传感器、4个超声波收发探头、独立控制系统和加热模块，本发明可以对区域内目标定位并测量出人周围环境温度，根据区域内目标的位置及周围温度调整加热模块的位置和方向、加热温度，加热装置直接对人周围的区域加热，根据目标周围温度调整加热功率，提高了整体的舒适度。

Description

给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统及方法

技术领域

本发明涉及制热领域，更具体的说，尤其涉及一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统及方法。

背景技术

制热系统是指通过人工手段，对建筑或构筑物内环境的空气的温度进行调节和控制的过程，随着社会的进步和科技的发展，在绝大部分大型场合，例如学校、工厂或者写字楼内，制热系统都得到了非常广泛的应用。

随着能源问题的日益突出，对能源的节约使用就显得尤为必要，而现有的制热系统如空调系统是对整个区域进行加热，例如工厂内的空调或者大型商场内的空调，升温或者降温是对整个工厂区域或者商场区域进行升温或者降温，该升温过程速度慢，加热时间长，耗能高，即便是区域内仅有较少人数也会对整个区域进行加热，甚至在无人时也需要很久才能将制热系统完全关闭，很容易造成资源大量浪费。

现有的制热系统的并不存在针对大区域内的单体或少量目标进行针对性局部温度控制的功能，因此对该方向的研究将能够极大降低大型区域内制热系统的能源消耗，对能源的持续发展具有极为重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的制热系统例如空调系统是对整个区域加热导致的升温速度慢、加热时间长了、能耗大的问题，针对整个区域内人数较少时，提出了一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统及方法，可以对该区域内目标定位并测量出人周围环境温度，根据区域内目标的位置及周围温度调整加热装置的位置和方向、加热温度、加热装置工作的数量从而实现自动追踪加热的功能。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统，包括均布在将整个区域分成若干个独立区域内部的多个局部加热装置，每个独立区域内均设置有一个局部加热装置，所述局部加热装置包括云台、红外图像传感器、红外温度传感器、4个超声波收发探头、独立控制系统和加热模块，红外图像传感器、红外温度传感器、4个超声波收发探头、独立控制系统和加热模块均安装在既能在水平面上旋转又能在铅垂面上旋转的全方位的云台上，云台安装在每个独立区域的上部，红外温度传感器和4个超声波收发探头分布在红外图像传感器四周，所述云台能够旋转的两个方向上分别安装有水平编码器和竖直编码器，水平编码器获取云台在水平方向与正北的夹角，竖直编码器获取云台与铅垂线之间的夹角，通过调整云台与正北的夹角调整云台的水平方向，通过调整云台与铅垂线之间的夹角调整云台的竖直方向；红外图像传感器对独立区域内进行拍摄并对独立区域内目标进行粗定位并反馈控制云台正对独立区域内的目标，4个超声波收发探头对独立区域内的目标进行精确定位，红外温度传感器检测目标附近的温度并通过独立控制系统控制加热模块打开，为目标附近进行供热；

所述加热装置包括第一轨道、第二轨道、第一驱动电机、第二驱动电机、第一转轴、第二转轴和加热模块，所述第一轨道和第二轨道均为圆形轨道，加热装置连接在第二转轴的一端，第二转轴的另一端连接在第二驱动电机的电机头上，第二驱动电机运动时带动第二转轴绕着第二驱动电机的驱动轴进行旋转第二驱动电机设置在第一轨道上并能沿着第一轨道进行运动，第一转轴的一端连接第二驱动电机，第一转轴的另一端设置在第一驱动电机的驱动轴上，第一驱动电机运动时带动第一转轴和第二驱动电机绕着第一驱动电机的驱动轴进行旋转；第一驱动电机和第二驱动电机同时工作，即可将加热模块带到第一轨道所在空间内的任意位置处。

一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热方法，包括如下步骤：将整个区域分成若干个独立区域，每个独立区域内设置有一个局部加热装置，各个局部加热装置之间互相独立，无需通讯，仅在独立区域内有目标是局部加热装置才进行工作，否则不工作，且每个独立加热装置仅给一个目标进行供热；局部加热装置包括红外图像传感器、红外温度传感器、4个超声波收发探头、独立控制系统和加热模块，云台安装在每个独立区域的上部，红外温度传感器和4个超声波收发探头分布在红外图像传感器四周，所述云台能够旋转的两个方向上分别安装有水平编码器和竖直编码器，水平编码器获取云台在水平方向与正北的夹角，竖直编码器获取云台与铅垂线之间的夹角，通过调整云台与正北的夹角调整云台的水平方向，通过调整云台与铅垂线之间的夹角调整云台的竖直方向；具体的步骤如下：

步骤一：红外图像传感器拍摄独立区域内的目标进行粗定位，红外图像传感器对独立区域内进行整体拍摄，拍摄到的图像信息传输给独立控制系统，独立控制系统接收并处理图像信息，判断独立区域内是否有目标存在，若有目标存在，则对目标进行粗定位，并在粗定位后独立控制系统控制云台调整方法使其正对粗定位得到的目标位置；

步骤二：四个超声波收发探头发射超声波，同时在步骤一得到目标的粗定位结果的范围内转动云台，使超声波收发探头的发射的超声波覆盖整个粗定位得到的位置，超声波收发探头同时接收到超声波，分析接收的超声波得到超声波收发探头的测距结果；在云台转动的过程中，超声波收发探头的测距结果会发生突变，测距结果较小值为超声波收发探头到目标的距离，当4个超声波收发探头的测距结果都在该距离附近时，即完成了对目标的精定位，并将精定位的结果发送到距离控制系统上；

步骤三：精定位完成后，独立控制系统控制红外温度传感器工作，使用红外温度传感器检测目标周围的环境温度，并将目标周围的环境温度传输给独立控制系统；

步骤四：加热模块根据目标周围的环境温度进行加热，并通过设定最高温度完成温度的闭环控制，实现目标周围的持续加热；直至目标离开独立区域的范围内之前，四个超声波收发探头、红外温度传感器和加热装置始终保持工作状态。

步骤五：当目标离开该区域后，超声波收发探头、红外温度传感器和加热装置停止工作，云台回到原位，控制系统接收并处理红外图像传感器拍摄的图像，判断区域内是否有目标。

进一步的，当局部加热装置为该目标进行供热时，若有其他目标进入该区域，依然追踪该目标为其供热。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可以对区域内目标定位并测量出人周围环境温度，根据区域内目标的位置及周围温度调整加热模块的位置和方向、加热温度，加热装置直接对人周围的区域加热，根据目标周围温度调整加热功率，提高了整体的舒适度。

2、本发明可以对该区域内目标实时定位，加热装置方向可随着目标位置的变化而变化，实现追踪加热的功能，加热效果提升，能耗降低。

3、本发明不需要对整个环境加热，只加热目标周围区域，升温速度快，加热时间短，耗能少。

4、本发明当该区域内目标数量较少时，目标对应的加热装置工作，其余加热装置可处于待机状态；当该区域内无目标时，加热系统停止工作，有效解决地现有制热系统的弊端，降低能耗；。

5、本发明各个局部加热装置之间独立，无需通讯，降低了因个别加热装置故障导致的他人供热出现问题。

6、本发明将定位装置、测温装置和加热装置整合为一体，结构简单紧凑，可以有效减低整体成本。

附图说明

图1是本发明局部加热装置的基本结构示意图。

图2是本发明给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统的工作流程示意图。

图3是本发明局部加热装置在整体区域内的分布示意图。

图4是本发明局部加热装置的连接结构示意图。

图中，1-云台、2-红外图像传感器、3-超声波收发探头、4、控制系统、5-加热模块、6-红外温度传感器、7-第一转轴、8-第二轨道、9-第一轨道、10-第二转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统，包括均布在将整个区域分成若干个独立区域内部的多个局部加热装置，每个独立区域内均设置有一个局部加热装置，所述局部加热装置包括云台1、红外图像传感器2、红外温度传感器6、4个超声波收发探头3、独立控制系统4和加热模块5，红外图像传感器2、红外温度传感器6、4个超声波收发探头3、独立控制系统4和加热模块5均安装在既能在水平面上旋转又能在铅垂面上旋转的全方位的云台1上，云台1安装在每个独立区域的上部，红外温度传感器6和4个超声波收发探头3分布在红外图像传感器2四周，所述云台1能够旋转的两个方向上分别安装有水平编码器和竖直编码器，水平编码器获取云台1在水平方向与正北的夹角，竖直编码器获取云台1与铅垂线之间的夹角，通过调整云台1与正北的夹角调整云台1的水平方向，通过调整云台1与铅垂线之间的夹角调整云台1的竖直方向；红外图像传感器2对独立区域内进行拍摄并对独立区域内目标进行粗定位并反馈控制云台1正对独立区域内的目标，4个超声波收发探头3对独立区域内的目标进行精确定位，红外温度传感器6检测目标附近的温度并通过独立控制系统4控制加热模块5打开，为目标附近进行供热；所述加热装置包括第一轨道9、第二轨道8、第一驱动电机、第二驱动电机、第一转轴7、第二转轴10和加热模块5，所述第一轨道9和第二轨道8均为圆形轨道，加热装置连接在第二转轴10的一端，第二转轴10的另一端连接在第二驱动电机的电机头上，第二驱动电机运动时带动第二转轴10绕着第二驱动电机的驱动轴进行旋转第二驱动电机设置在第一轨道9上并能沿着第一轨道9进行运动，第一转轴7的一端连接第二驱动电机，第一转轴7的另一端设置在第一驱动电机的驱动轴上，第一驱动电机运动时带动第一转轴7和第二驱动电机绕着第一驱动电机的驱动轴进行旋转；第一驱动电机和第二驱动电机同时工作，即可将加热模块5带到第一轨道9所在空间内的任意位置处。

一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热方法，将整个区域分成若干个独立区域，每个独立区域内设置有一个局部加热装置，各个局部加热装置之间互相独立，无需通讯，仅在独立区域内有目标是局部加热装置才进行工作，否则不工作，且每个独立加热装置仅给一个目标进行供热；局部加热装置包括红外图像传感器2、红外温度传感器6、4个超声波收发探头3、独立控制系统4和加热模块5，云台1安装在每个独立区域的上部，红外温度传感器6和4个超声波收发探头3分布在红外图像传感器2四周，所述云台1能够旋转的两个方向上分别安装有水平编码器和竖直编码器，水平编码器获取云台1在水平方向与正北的夹角，竖直编码器获取云台1与铅垂线之间的夹角，通过调整云台1与正北的夹角调整云台1的水平方向，通过调整云台1与铅垂线之间的夹角调整云台1的竖直方向；具体的步骤如下：

步骤一：红外图像传感器2拍摄独立区域内的目标进行粗定位，红外图像传感器2对独立区域内进行整体拍摄，拍摄到的图像信息传输给独立控制系统4，独立控制系统4接收并处理图像信息，判断独立区域内是否有目标存在，若有目标存在，则对目标进行粗定位，并在粗定位后独立控制系统4控制云台1调整方法使其正对粗定位得到的目标位置；

步骤二：四个超声波收发探头3发射超声波，同时在步骤一得到目标的粗定位结果的范围内转动云台1，使超声波收发探头3的发射的超声波覆盖整个粗定位得到的位置，超声波收发探头3同时接收到超声波，分析接收的超声波得到超声波收发探头3的测距结果；在云台1转动的过程中，超声波收发探头3的测距结果会发生突变，测距结果较小值为超声波收发探头3到目标的距离，当4个超声波收发探头3的测距结果都在该距离附近时，即完成了对目标的精定位，并将精定位的结果发送到距离控制系统4上；

步骤三：精定位完成后，独立控制系统4控制红外温度传感器6工作，使用红外温度传感器6检测目标周围的环境温度，并将目标周围的环境温度传输给独立控制系统4；

步骤四：加热模块5根据目标周围的环境温度进行加热，并通过设定最高温度完成温度的闭环控制，实现目标周围的持续加热；直至目标离开独立区域的范围内之前，四个超声波收发探头3、红外温度传感器6和加热装置始终保持工作状态。

步骤五：当目标离开该区域后，超声波收发探头3、红外温度传感器6和加热装置停止工作，云台1回到原位，控制系统4接收并处理红外图像传感器2拍摄的图像，判断区域内是否有目标。

当局部加热装置为该目标进行供热时，若有其他目标进入该区域，依然追踪该目标为其供热。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (3)

1.一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热系统，其特征在于：包括均布在将整个区域分成若干个独立区域内部的多个局部加热装置，每个独立区域内均设置有一个局部加热装置，所述局部加热装置包括云台、红外图像传感器、红外温度传感器、4个超声波收发探头、独立控制系统和加热模块，红外图像传感器、红外温度传感器、4个超声波收发探头和独立控制系统均安装在既能在水平面上旋转又能在铅垂面上旋转的全方位的云台上，云台安装在每个独立区域的上部，红外温度传感器和4个超声波收发探头分布在红外图像传感器四周，所述云台能够旋转的两个方向上分别安装有水平编码器和竖直编码器，水平编码器获取云台在水平方向与正北的夹角，竖直编码器获取云台与铅垂线之间的夹角，通过调整云台与正北的夹角调整云台的水平方向，通过调整云台与铅垂线之间的夹角调整云台的竖直方向；红外图像传感器生成独立区域内的热图像并将热图像传输给独立控制系统，并反馈控制云台正对独立区域内的目标，4个超声波收发探头对独立区域内的目标进行精确定位，红外温度传感器检测目标附近的温度并通过独立控制系统控制加热模块打开，为目标附近进行供热；

所述加热装置包括第一轨道、第二轨道、第一驱动电机、第二驱动电机、第一转轴、第二转轴和加热模块，所述第一轨道和第二轨道均为圆形轨道，加热装置连接在第二转轴的一端，第二转轴的另一端连接在第二驱动电机的电机头上，第二驱动电机运动时带动第二转轴绕着第二驱动电机的驱动轴进行旋转第二驱动电机设置在第一轨道上并能沿着第一轨道进行运动，第一转轴的一端连接第二驱动电机，第一转轴的另一端设置在第一驱动电机的驱动轴上，第一驱动电机运动时带动第一转轴和第二驱动电机绕着第一驱动电机的驱动轴进行旋转；第一驱动电机和第二驱动电机同时工作，即可将加热模块带到第一轨道所在空间内的任意位置处。

2.一种给予超声定位红外测温的自动追踪加热方法，其特征在于：将整个区域分成若干个独立区域，每个独立区域内设置有一个局部加热装置，各个局部加热装置之间互相独立，无需通讯，仅在独立区域内有目标是局部加热装置才进行工作，否则不工作，且每个独立加热装置仅给一个目标进行供热；局部加热装置包括红外图像传感器、红外温度传感器、4个超声波收发探头、独立控制系统和加热模块，云台安装在每个独立区域的上部，红外温度传感器和4个超声波收发探头分布在红外图像传感器四周，所述云台能够旋转的两个方向上分别安装有水平编码器和竖直编码器，水平编码器获取云台在水平方向与正北的夹角，竖直编码器获取云台与铅垂线之间的夹角，通过调整云台与正北的夹角调整云台的水平方向，通过调整云台与铅垂线之间的夹角调整云台的竖直方向；具体的步骤如下：

步骤一：红外图像传感器生成独立区域内的热图像并将热图像传输给独立控制系统，并反馈控制云台正对独立区域内的目标，独立控制系统接收并处理图像信息，判断独立区域内是否有目标存在，若有目标存在，则对目标进行粗定位，并在粗定位后独立控制系统控制云台调整方法使其正对粗定位得到的目标位置；

步骤二：四个超声波收发探头发射超声波，同时在步骤一得到目标的粗定位结果的范围内转动云台，使超声波收发探头的发射的超声波覆盖整个粗定位得到的位置，超声波收发探头同时接收到超声波，分析接收的超声波得到超声波收发探头的测距结果；在云台转动的过程中，超声波收发探头的测距结果会发生突变，测距结果较小值为超声波收发探头到目标的距离，当4个超声波收发探头的测距结果都在该距离附近时，即完成了对目标的精定位，并将精定位的结果发送到距离控制系统上；

步骤三：精定位完成后，独立控制系统控制红外温度传感器工作，使用红外温度传感器检测目标周围的环境温度，并将目标周围的环境温度传输给独立控制系统；

步骤四：加热模块根据目标周围的环境温度进行加热，并通过设定最高温度完成温度的闭环控制，实现目标周围的持续加热；直至目标离开独立区域的范围内之前，四个超声波收发探头、红外温度传感器和加热装置始终保持工作状态。

步骤五：当目标离开该区域后，超声波收发探头、红外温度传感器和加热装置停止工作，云台回到原位，控制系统接收并处理红外图像传感器生成的热图像，判断区域内是否有目标。

3.根据权利要求2所述的给予超声定位红外测温的自动追踪加热方法，其特征在于：当局部加热装置为该目标进行供热时，若有其他目标进入该区域，依然追踪该目标为其供热。