CN109028501B - 一种利用测温衣的加热系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用测温衣的加热系统及方法，包括定位装置、温度测量装置、协调控制系统和加热装置，定位装置用于对人体进行定位，并将定位信息发送给协调控制系统；温度测量装置测量人体周围环境温度，将温度信息传给协调控制系统；协调控制系统接收到人的位置信息与温度信息，协调控制系统根据人的位置信息控制需要工作的一个或者几个加热装置运动到指定位置；温度测量装置实时测量人周围环境温度，将温度信息发送给协调控制系统，协调控制系统根据当前温度调整加热装置的工作功率；本发明可以对区域内人员定位并测量出人周围环境温度，加热装置移动到人员附近，直接对人周围的区域加热，实现自动追踪加热的功能。

Description

一种利用测温衣的加热系统及方法
技术领域
本发明涉及制热领域，更具体的说，尤其涉及一种利用测温衣的加热系统及方法。
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，提出了一种利用测温衣的加热系统及方法，可以对该区域内人员定位并测量出人周围环境温度，根据区域内人员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：一种利用测温衣的加热系统，包括定位装置、温度测量装置、协调控制系统和加热装置，所述定位装置用于对人体进行定位，并将定位信息发送给协调控制系统；所述温度测量装置测量人体周围环境温度，将温度信息传给协调控制系统；所述协调控制系统接收到人的位置信息与温度信息，协调控制系统根据人的位置信息控制需要工作的一个或者几个加热装置运动到指定位置；温度测量装置实时测量人周围环境温度，将温度信息发送给协调控制系统，协调控制系统根据当前温度调整加热装置的工作功率；
所述定位装置采用蓝牙通讯进行定位，定位装置在室内安装若干蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，即配置成局域网模式，蓝牙局域网接入点为该局域网的主设备，任何进入室内的人员都持有集成蓝牙功能的终端设备，在进入室内时保持终端设备的蓝牙功能处于开启状态，室内的蓝牙局域网接入点通过检测蓝牙信号强度既可获得用户的位置信息；
所述温度测量装置采用接触式测量法对目标环境温度进行测量，将热电阻温度传感器或热电偶传感器装在工作服上，目标需要穿上工作服才可以测量其周边的环境温度，在工作服的前部、后部和两个衣袖上各装有一个热电阻温度传感器或热电偶传感器，当需要检测目标周边的环境温度时，工作服上的4个传感器同时工作检测环境温度，将得到的结果取平均即为环境温度；
所述加热装置为红外灯或热风口，加热装置位置保持不变，根据需要，将n个加热装置布置在一定高度处，需要工作的加热装置执行加热策略。
进一步的，将整个区域分隔若干个子区域，多个加热装置负责加热一个子区域，当子区域内人数多于加热装置时，系统控制系统按照人均所获热量相等，总能量最大的原则计算加热装置的位置；当子区域内人数少于或等于加热装置时，每人配置一个或多个加热装置，加热装置随着人员的位置移动而移动。
一种利用测温衣的加热方法，包括如下步骤：定位装置实时对目标进行定位，将位置信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据目标的位置信息控制需要工作的一个或者几个加热装置运动到指定位置；温度测量装置实时测量目标周围环境温度，将温度信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据当前温度调整加热装置的工作功率；
所述定位装置采用蓝牙通讯进行定位，定位装置在室内安装若干蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，即配置成局域网模式，蓝牙局域网接入点为该局域网的主设备，任何进入室内的人员都持有集成蓝牙功能的终端设备，在进入室内时保持终端设备的蓝牙功能处于开启状态，室内的蓝牙局域网接入点通过检测蓝牙信号强度既可获得用户的位置信息；
所述温度测量装置采用接触式测量法对目标环境温度进行测量，将热电阻温度传感器或热电偶传感器装在工作服上，目标需要穿上工作服才可以测量其周边的环境温度，在工作服的前部、后部和两个衣袖上各装有一个热电阻温度传感器或热电偶传感器，当需要检测目标周边的环境温度时，工作服上的4个传感器同时工作检测环境温度，将得到的结果取平均即为环境温度；
所述加热装置为红外灯或热风口，加热装置位置保持不变，根据需要，将n个加热装置布置在一定高度处，需要工作的加热装置执行加热策略；
当加热装置为红外灯时，某点接收到的红外灯辐射照度值q与该点到红外灯轴线距离r和加热电流I有关，某点处接收到的红外灯辐射照度值：
q＝f(r,I)；
当加热装置为热风口时，某点接收到的单位面积加热功率P与该点到热风口的距离l，出风速度v和出风温度t有关，某点处接收的单位面积加热功率：
p＝f(l,v,t)；
协调控制系统的作用是接收位置信息和温度信息，制定控制策略控制相应的加热装置给目标供热；当一个或多个目标处于加热区域中时，需要使各个目标处的辐射照度值或单位面积加热功率达到一定值；当有区域中有m个目标时，为了达到供热要求，协调控制系统制定控制策略，并将控制策略传给需要工作的加热装置；控制策略包括控制哪几个加热装置工作和加热装置以多大的功率进行加热；
具体的控制策略如下：
在存在多个加热装置时，具体加热装置的供热数量及每个加热装置的供热热量的决策方法如下：假设有n个加热装置，编号为：1,L,n；每个加热装置的功率为Oi，其中Oi>0：共有m个需要供热的位置，编号为：1,L,m，第j个受热源单位时间内需要提供的热量为Qj以维持或达到其需要的温度tj，其中j＝1,L,m且Qj>0，加热装置i对受热源j单位时间内可提供的热量为Pij；
Step1：对每个加热装置i计算
Figure BDA0001742387610000041
根据
Figure BDA0001742387610000042
的值从小到大重新排列对应决策变量xi其中，
Figure BDA0001742387610000043
的值最小的xi变为x1，值最大的xi变为xn，决策方案用一个二进制数X＝(x1x2L xn)2表示，如X＝(00L 01)2表示重新排列后的第n个加热装置打开，其余的关闭；
Step2：设Y＝∞，
Figure BDA0001742387610000044
当前采取的方案为X＝(x1x2L xn)2＝(00L 1)2；根据Qj的值从大到小对其约束条件进行排序，即Qj值最大的设为第一个约束，次大的设为第二个约束，…，最小的设为最后一个约束；
Step3：计算当前方案的目标函数值
Figure BDA0001742387610000045
如目标函数值小于Y，则设置第一个约束为当前约束，否则转到Step6；
Step4：根据当前方案X＝(x1x2L xn)2判断当前约束条件是否满足，如果满足则转到Step5，否则转到Step6；
Step5：判断是否还有约束没有检查，如有则取下一个约束作为当前约束，转到Step4；否则更新最优决策方案
Figure BDA0001742387610000053
为当前方案X，令Y为当前决策方案X的目标函数值，转到Step6；
Step6：判断X+1≤(11L 1)2是否满足，如满足则取下一个方案，即令X＝X+1作为当前方案，转到Step3；否则转到Step7；
Step7：算法结束，输出最优决策方案
Figure BDA0001742387610000054
及对应的最优值Y，若Y＝∞，
Figure BDA0001742387610000055
则表明问题无可行解；
其中，xi是决策变量，0或1中0表示第i个加热装置关闭，开1表示第i个加热装置打开；
Figure BDA0001742387610000051
j＝1,L,m和xi＝0or 1作为约束条件，其中
Figure BDA0001742387610000052
为目标函数，即最小化总能耗、j＝1,L,m表示各个加热源对受热源提供的热源要大于等于其需要量；和xi＝0or 1表示决策变量的取值范围。
进一步的，所述定位装置工作包括两个阶段，离线采样阶段和实时定位阶段，离线采样阶段的目标是构建一个关于信号强度与采样点位置间关系的数据库，也就是位置指纹的数据库或无线电地图；为了生成该数据库，操作人员需要在被定位环境里确定若干采样点，然后遍历所有采样点，记录下在每个采样点测量的无线信号特征，即来自所有接入点的信号强度，最后将每个采样点测量的无线信号特征保存在数据库中；在实时定位阶段，当用户移动到某一位置时，根据蓝牙局域网接入点实时收到的信号强度信息，利用定位算法将其与位置指纹数据库中的信息匹配、比较，计算出该用户的位置。
本发明的有益效果在于：
1、本发明可以对区域内人员定位并测量出人周围环境温度，根据区域内人员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等，加热装置移动到人员附近，直接对人周围的区域加热，加热装置的位置和方向随着人员运动，实现自动追踪加热的功能。
2、本发明可以对该区域内人员实时定位，加热装置可随着人员的位置运动，实现追踪加热的功能。
3、本发明不需要对整个环境加热，只加热人员周围区域，升温速度快，加热时间短，耗能少。
4、本发明在区域内人数较少时，人对应的加热装置工作，其余加热装置可处于待机状态；当该区域内无人时，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、本发明采用蓝牙技术进行定位，成本较为低廉，容易实现，且定位装置包括离线采样阶段和实时定位阶段两个阶段，通过提前建立无线信号特征的数据库，实现后期的实时定位，可以实现其在室内的快速高精度定位，提高加热位置的准确性。
6、本发明将热电阻温度传感器或热电偶传感器装在工作服上，能够准确测量目标周围的环境温度。
7、本发明的加热装置采用红外灯或热风口，作为核心的加热主体无需移动，整体机械结构简单，降低整体成本，并且加热装置可以旋转，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。
8、本发明根据目标周围的温度调整加热功率，提高目标周围环境的舒适度。
9、本发明在子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。
附图说明
图1是本发明利用测温衣的加热系统的基本结构示意图。
图2是本发明的工作流程示意图。
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和图2所示，一种利用测温衣的加热系统，包括定位装置、温度测量装置、协调控制系统和加热装置，所述定位装置用于对人体进行定位，并将定位信息发送给协调控制系统；所述温度测量装置测量人体周围环境温度，将温度信息传给协调控制系统；所述协调控制系统接收到人的位置信息与温度信息，协调控制系统根据人的位置信息控制需要工作的一个或者几个加热装置运动到指定位置；温度测量装置实时测量人周围环境温度，将温度信息发送给协调控制系统，协调控制系统根据当前温度调整加热装置的工作功率；
所述定位装置采用蓝牙通讯进行定位，定位装置在室内安装若干蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，即配置成局域网模式，蓝牙局域网接入点为该局域网的主设备，任何进入室内的人员都持有集成蓝牙功能的终端设备，在进入室内时保持终端设备的蓝牙功能处于开启状态，室内的蓝牙局域网接入点通过检测蓝牙信号强度既可获得用户的位置信息；
所述温度测量装置采用接触式测量法对目标环境温度进行测量，将热电阻温度传感器或热电偶传感器装在工作服上，目标需要穿上工作服才可以测量其周边的环境温度，在工作服的前部、后部和两个衣袖上各装有一个热电阻温度传感器或热电偶传感器，当需要检测目标周边的环境温度时，工作服上的4个传感器同时工作检测环境温度，将得到的结果取平均即为环境温度；
所述加热装置为红外灯或热风口，加热装置位置保持不变，根据需要，将n个加热装置布置在一定高度处，需要工作的加热装置执行加热策略。
将整个区域分隔若干个子区域，多个加热装置负责加热一个子区域，当子区域内人数多于加热装置时，系统控制系统按照人均所获热量相等，总能量最大的原则计算加热装置的位置；当子区域内人数少于或等于加热装置时，每人配置一个或多个加热装置，加热装置随着人员的位置移动而移动。
一种利用测温衣的加热方法，包括如下步骤：定位装置实时对目标进行定位，将位置信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据目标的位置信息控制需要工作的一个或者几个加热装置运动到指定位置；温度测量装置实时测量目标周围环境温度，将温度信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据当前温度调整加热装置的工作功率；
所述定位装置采用蓝牙通讯进行定位，定位装置在室内安装若干蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，即配置成局域网模式，蓝牙局域网接入点为该局域网的主设备，任何进入室内的人员都持有集成蓝牙功能的终端设备，在进入室内时保持终端设备的蓝牙功能处于开启状态，室内的蓝牙局域网接入点通过检测蓝牙信号强度既可获得用户的位置信息；
所述温度测量装置采用接触式测量法对目标环境温度进行测量，将热电阻温度传感器或热电偶传感器装在工作服上，目标需要穿上工作服才可以测量其周边的环境温度，在工作服的前部、后部和两个衣袖上各装有一个热电阻温度传感器或热电偶传感器，当需要检测目标周边的环境温度时，工作服上的4个传感器同时工作检测环境温度，将得到的结果取平均即为环境温度；
所述加热装置为红外灯或热风口，加热装置位置保持不变，根据需要，将n个加热装置布置在一定高度处，需要工作的加热装置执行加热策略；
当加热装置为红外灯时，某点接收到的红外灯辐射照度值q与该点到红外灯轴线距离r和加热电流I有关，某点处接收到的红外灯辐射照度值：
q＝f(r,I)；
当加热装置为热风口时，某点接收到的单位面积加热功率P与该点到热风口的距离l，出风速度v和出风温度t有关，某点处接收的单位面积加热功率：
p＝f(l,v,t)；
协调控制系统的作用是接收位置信息和温度信息，制定控制策略控制相应的加热装置给目标供热；当一个或多个目标处于加热区域中时，需要使各个目标处的辐射照度值或单位面积加热功率达到一定值；当有区域中有m个目标时，为了达到供热要求，协调控制系统制定控制策略，并将控制策略传给需要工作的加热装置；控制策略包括控制哪几个加热装置工作和加热装置以多大的功率进行加热；
具体的控制策略如下：
在存在多个加热装置时，具体加热装置的供热数量及每个加热装置的供热热量的决策方法如下：假设有n个加热装置，编号为：1,L,n；每个加热装置的功率为Oi，其中Oi>0：共有m个需要供热的位置，编号为：1,L,m，第j个受热源单位时间内需要提供的热量为Qj以维持或达到其需要的温度tj，其中j＝1,L,m且Qj>0，加热装置i对受热源j单位时间内可提供的热量为Pij；
Step1：对每个加热装置i计算
Figure BDA0001742387610000091
根据
Figure BDA0001742387610000092
的值从小到大重新排列对应决策变量xi其中，
Figure BDA0001742387610000093
的值最小的xi变为x1，值最大的xi变为xn，决策方案用一个二进制数X＝(x1x2L xn)2表示，如X＝(00L 01)2表示重新排列后的第n个加热装置打开，其余的关闭；
Step2：设Y＝∞，
Figure BDA0001742387610000101
当前采取的方案为X＝(x1x2L xn)2＝(00L 1)2；根据Qj的值从大到小对其约束条件进行排序，即Qj值最大的设为第一个约束，次大的设为第二个约束，…，最小的设为最后一个约束；
Step3：计算当前方案的目标函数值
Figure BDA0001742387610000102
如目标函数值小于Y，则设置第一个约束为当前约束，否则转到Step6；
Step4：根据当前方案X＝(x1x2L xn)2判断当前约束条件是否满足，如果满足则转到Step5，否则转到Step6；
Step5：判断是否还有约束没有检查，如有则取下一个约束作为当前约束，转到Step4；否则更新最优决策方案
Figure BDA0001742387610000103
为当前方案X，令Y为当前决策方案X的目标函数值，转到Step6；
Step6：判断X+1≤(11L 1)2是否满足，如满足则取下一个方案，即令X＝X+1作为当前方案，转到Step3；否则转到Step7；
Step7：算法结束，输出最优决策方案
Figure BDA0001742387610000104
及对应的最优值Y，若Y＝∞，
Figure BDA0001742387610000105
则表明问题无可行解；
其中，xi是决策变量，0或1中0表示第i个加热装置关闭，开1表示第i个加热装置打开；
Figure BDA0001742387610000106
j＝1,L,m和xi＝0or 1作为约束条件，其中
Figure BDA0001742387610000107
为目标函数，即最小化总能耗、j＝1,L,m表示各个加热源对受热源提供的热源要大于等于其需要量；和xi＝0or1表示决策变量的取值范围。
所述定位装置工作包括两个阶段，离线采样阶段和实时定位阶段，离线采样阶段的目标是构建一个关于信号强度与采样点位置间关系的数据库，也就是位置指纹的数据库或无线电地图；为了生成该数据库，操作人员需要在被定位环境里确定若干采样点，然后遍历所有采样点，记录下在每个采样点测量的无线信号特征，即来自所有接入点的信号强度，最后将每个采样点测量的无线信号特征保存在数据库中；在实时定位阶段，当用户移动到某一位置时，根据蓝牙局域网接入点实时收到的信号强度信息，利用定位算法将其与位置指纹数据库中的信息匹配、比较，计算出该用户的位置。
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 (2)

1.一种利用测温衣的加热方法，其特征在于：包括如下步骤：定位装置实时对目标进行定位，将位置信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据目标的位置信息控制需要工作的一个或者几个加热装置运动到指定位置；温度测量装置实时测量目标周围环境温度，将温度信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据当前温度调整加热装置的工作功率；
所述定位装置采用蓝牙通讯进行定位，定位装置在室内安装若干蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，即配置成局域网模式，蓝牙局域网接入点为该局域网的主设备，任何进入室内的人员都持有集成蓝牙功能的终端设备，在进入室内时保持终端设备的蓝牙功能处于开启状态，室内的蓝牙局域网接入点通过检测蓝牙信号强度既可获得用户的位置信息；
所述温度测量装置采用接触式测量法对目标环境温度进行测量，将热电阻温度传感器或热电偶传感器装在工作服上，目标需要穿上工作服才可以测量其周边的环境温度，在工作服的前部、后部和两个衣袖上各装有一个热电阻温度传感器或热电偶传感器，当需要检测目标周边的环境温度时，工作服上的4个传感器同时工作检测环境温度，将得到的结果取平均即为环境温度；
所述加热装置为红外灯或热风口，加热装置位置保持不变，根据需要，将n个加热装置布置在一定高度处，需要工作的加热装置执行加热策略；
当加热装置为红外灯时，某点接收到的红外灯辐射照度值q与该点到红外灯轴线距离r和加热电流I有关，某点处接收到的红外灯辐射照度值：
q＝f(r,I)；
当加热装置为热风口时，某点接收到的单位面积加热功率P与该点到热风口的距离l，出风速度v和出风温度t有关，某点处接收的单位面积加热功率：
p＝f(l,v,t)；
协调控制系统的作用是接收位置信息和温度信息，制定控制策略控制相应的加热装置给目标供热；当一个或多个目标处于加热区域中时，需要使各个目标处的辐射照度值或单位面积加热功率达到一定值；当有区域中有m个目标时，为了达到供热要求，协调控制系统制定控制策略，并将控制策略传给需要工作的加热装置；控制策略包括控制哪几个加热装置工作和加热装置以多大的功率进行加热；
具体的控制策略如下：
在存在多个加热装置时，具体加热装置的供热数量及每个加热装置的供热热量的决策方法如下：假设有n个加热装置，编号为：1,…,n；每个加热装置的功率为Oi，其中Oi＞0：共有m个需要供热的位置，编号为：1,…,m，第j个受热源单位时间内需要提供的热量为Qj以维持或达到其需要的温度tj，其中j＝1,…,m且Qj＞0，加热装置i对受热源j单位时间内可提供的热量为Pij；
Step1：对每个加热装置i计算
Figure FDA0003064415450000021
根据
Figure FDA0003064415450000022
的值从小到大重新排列对应决策变量xi其中，
Figure FDA0003064415450000023
的值最小的xi变为x1，值最大的xi变为xn，决策方案用一个二进制数X＝(x1x2…xn)2表示，如X＝(00…01)2表示重新排列后的第n个加热装置打开，其余的关闭；
Step2：设Y＝∞，
Figure FDA0003064415450000024
当前采取的方案为X＝(x1x2…xn)2＝(00…1)2；根据Qj的值从大到小对其约束条件进行排序，即Qj值最大的设为第一个约束，次大的设为第二个约束，…，最小的设为最后一个约束；
Step3：计算当前方案的目标函数值
Figure FDA0003064415450000025
如目标函数值小于Y，则设置第一个约束为当前约束，否则转到Step6；
Step4：根据当前方案X＝(x1x2…xn)2判断当前约束条件是否满足，如果满足则转到Step5，否则转到Step6；
Step5：判断是否还有约束没有检查，如有则取下一个约束作为当前约束，转到Step4；否则更新最优决策方案
Figure FDA0003064415450000035
为当前方案X，令Y为当前决策方案X的目标函数值，转到Step6；
Step6：判断X+1≤(11…1)2是否满足，如满足则取下一个方案，即令X＝X+1作为当前方案，转到Step3；否则转到Step7；
Step7：算法结束，输出最优决策方案
Figure FDA0003064415450000031
及对应的最优值Y，若Y＝∞，
Figure FDA0003064415450000032
则表明问题无可行解；
其中，xi是决策变量，0或1中0表示第i个加热装置关闭，开1表示第i个加热装置打开；
Figure FDA0003064415450000033
j＝1,…,m和xi＝0 or 1作为约束条件，其中
Figure FDA0003064415450000034
为目标函数，即最小化总能耗、j＝1,…,m表示各个加热源对受热源提供的热源要大于等于其需要量；和xi＝0or 1表示决策变量的取值范围。
2.根据权利要求1所述的利用测温衣的加热方法，其特征在于：所述定位装置工作包括两个阶段，离线采样阶段和实时定位阶段，离线采样阶段的目标是构建一个关于信号强度与采样点位置间关系的数据库，也就是位置指纹数据库；为了生成该数据库，操作人员需要在被定位环境里确定若干采样点，然后遍历所有采样点，记录下在每个采样点测量的无线信号特征，最后将每个采样点测量的无线信号特征保存在数据库中；在实时定位阶段，当用户移动到某一位置时，根据蓝牙局域网接入点实时收到的信号强度信息，利用定位算法将其与位置指纹数据库中的信息匹配、比较，计算出该用户的位置。
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