CN110513765A - 智能恒温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能恒温系统，包括恒温器、执行器以及制热装置，所述恒温器和执行器通信连接，所述执行器用于控制制热装置。本发明具有使用执行器来控制制热装置，这就不要求制热装置本身带有信号收发功能，也无需考虑制热装置升级带来的维护问题和兼容性问题；使用执行器能检测发热温度、控制制热装置的输出功率、检测泄露电流，保证用电安全的优点。

Description

智能恒温系统
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，尤其涉及智能恒温系统。
背景技术
目前市面上的智能恒温系统主要采用以下方案：
在具有信号收发功能的恒温器上设定目标温度，或在移动终端上设置目标温度并通过服务平台控制恒温器，使恒温器实现控制已有的制热装置（如空调、电暖器等）来改变室内温度，这些系统要求取暖设备本身带有信号收发功能，并能与恒温器兼容。
现有技术通过恒温器与制热装置的信号收发来控制制热装置，这就要求不 同制热装置本身带有信号收发功能，且必须与恒温器兼容，对制热装置的要求 过高导致选择性较少，后期因设备升级带来的维护问题也不可控。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了智能恒温系统。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：智能恒温系统，包括恒温器、 执行器以及制热装置，所述恒温器和执行器通信连接，所述执行器用于控制制 热装置。
本发明的工作原理：恒温器检测周围环境温度的变化产生对应的控制信号 并将控制信号发送至执行器，执行器接收控制信号后控制制热装置执行相关操 作。
所述恒温器内部集成有传感器模块。
所述传感器模块包括温湿度传感模块、光照传感模块、红外热释电传感模 块、微波传感模块中的一种或多种。
所述恒温器包括无线通信模块、语音识别模块、触屏模块、语音播放模块 中的一种或多种。
所述执行器包括温度传感模块、蓝牙模块、功率计量模块、电流检测模块、 继电器模块以及可控硅模块中的一种或多种。
所述恒温器内设有存储模块，所述存储模块用于记录用户的日常作息习惯、 温度喜好和室内环境并生成智能模式。
所述智能恒温系统还包括移动控制端，所述移动控制端包括软件应用和数 据管理后台，所述数据管理后台用于软件应用和恒温器之间的数据交换。
所述恒温器上设有复位按钮，所述复位按钮设计为针孔式。
所述执行器通过PID控制方式对制热装置进行控制。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、使用执行器来控制制热装置，这就不要求制热装置本身带有信号收发功 能，也无需考虑制热装置升级带来的维护问题和兼容性问题。
2、使用执行器能检测发热温度、控制制热装置的输出功率、检测泄露电流， 保证用电安全。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中，1、恒温器；2、执行器；3、制热装置；4、移动控制端；11、无线 通信模块；12、语音识别模块；13、触屏模块；14、控制单元；15、语音播放 模块；21、温度传感模块；22、蓝牙模块；23、功率计量模块；24、电流检测 模块；25、继电器模块；26、可控硅模块；41、软件应用；42、数据管理后台； 51、温湿度传感模块；52、光照传感模块；53、红外热释电传感模块；54、微 波传感模块。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的 描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，智能恒温系统，包括恒温器1、执行器2以及制热装置3，恒 温器1和执行器2通信连接，执行器2用于控制制热装置3，制热装置3包括墙 暖和地暖，恒温器1内集成有控制单元14，控制单元(ControlUnit)负责程 序的流程管理。
进一步细说，恒温器1内部集成有传感器模块，传感器(transducer/sensor) 是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律 变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、 显示、记录和控制等要求，恒温器1通过内部集成的多路传感器同时通过与执 行器2的信号收发，以此决定是否开启加热系统、何时开启加热系统、合理调 节加热功率，从而智能、安全地达到调节室温的目的。
进一步细说，传感器模块包括温湿度传感模块51、光照传感模块52、红外 热释电传感模块53、微波传感模块54中的一种或多种，传感器测得的传感信号 通过电连接传输给控制单元14。
温湿度传感模块51采用温湿度传感器，温湿度传感器只是传感器其中的一 种而已，只是把空气中的温湿度通过一定检测装置，测量到温湿度后，按一定 的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足用户需求。
光照传感模块52采用光照传感器，光照传感器是一种传感器，用于检测光 照强度，简称照度，工作原理是将光照强度值转为电压值。
红外热释电传感模块53采用热释电红外传感器，热释电红外传感器在结构 上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号， 并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型 场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、 干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚 度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成 了热释电探测元。
微波传感模块54采用微波传感器，微波传感器是利用微波特性来检测一些 物理量的器件。
进一步细说，恒温器1包括无线通信模块11、语音识别模块12、触屏模块 13、语音播放模块15中的一种或多种，无线通信模块11包含Wi-Fi模块和蓝 牙模块，其中Wi-Fi通信模块在网络配置时通过无线信号与用户手机通信，在 正常工作时通过无线信号与数据管理后台通信，蓝牙模块主要实现恒温器1与 执行器2之间的通信连接；语音识别模块12可以识别语音输入并转化为电信号 传输给控制单元14，控制单元14分析语义后，控制语音播放模块15播放相应 应答语音。
语音识别模块12，语音识别模块是在一种基于嵌入式的语音识别技术的模 块，主要包括语音识别芯片和一些其他的附属电路，能够方便的与主控芯片进 行通讯，开发者可以方便的将该模块嵌入到自己的产品中使用，实现语音交互 的目的。
触屏模块13为安装于恒温器1表面的触摸显示屏，触摸显示屏上可显示当 前时间、天气、网路状态、当前室温、工作模式以及模式切换按钮和设置按钮， 通过点击模式切换按钮可以切换恒温器的工作模式，通过点击设置按钮可以进 入设置菜单，进行更多内容的设置。
进一步细说，恒温器1上设有复位按钮，复位按钮设计为针孔式，针孔式 设计可防止用户误触，故障情况下使用工具按下后可使恒温器恢复出厂设置。
进一步细说，执行器2包括温度传感模块21、蓝牙模块22、功率计量模块 23、电流检测模块24、继电器模块25以及可控硅模块26中的一种或多种，温 度传感模块21、蓝牙模块22、功率计量模块23、电流检测模块24、继电器模 块25以及可控硅模块26均与控制单元14电连接，控制墙暖的执行器内置继电 器模块，控制地暖的执行器内置可控硅模块，执行器2通过连接线与制热装置3 相连，执行器2的温度传感模块21能检测制热装置3的发热温度，超过安全温 度后会自动断电，功率计量模块23能检测制热装置3的能耗，电流检测模块24 能检测制热装置3的泄露电流，实现安全用电，执行器2通过控制继电器模块 的通断来控制墙暖开关，通过PWM控制可控硅模块输出电压控制地暖输出，从 而实现节能控制；执行器2通过内部的蓝牙模块22实现与恒温器1的无线通信；
温度传感模块21采用温度传感器，温度传感器(temperaturetransducer) 是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
蓝牙模块22，蓝牙模块是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，用于无线 网络通讯。
功率计量模块23采用市面上直接购买得到的JSY-MK-182无线电能计量模 块。
电流检测模块24采用电参数测量模块，WZ625型电参数测量模块，该模块 是三相电参数数据的综合采集设备，负责接收测控主机指令，完成相关电参数 的采集和传送。
可控硅模块通常被称之为功率半导体模块(semiconductormodule)，具有 体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好、便于维修和 安装；结构重复性好，装置的机械设计可以简化，价格比分立器件低等诸多优 点
继电器模块25采用继电器，继电器是一种电控制器件，是当输入量(激励 量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化 的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路) 之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控 制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转 换电路等作用。
进一步细说，执行器2表面安装有复位按键，故障情况下按下后可使执行 器恢复出厂设置。
进一步细说，恒温器1内设有存储模块55，所述存储模块55用于记录用户 的日常作息习惯、温度喜好和室内环境并生成智能模式，本实施例中在存储模 块55中预设智能算法以便于实现此目的，智能模式使加热系统除人为干预，还 可以自动运行，同时用户还能接收到能耗统计数据和用电建议，不仅增加了交 互体验感，也最大限度做到节能控制，因此本系统更加智能化。
进一步细说，恒温器还有恒温模式和日程模式，恒温模式下，用户通过小 程序或恒温器的触控屏幕或语音交互功能，都能直接设置想要的室内目标温度； 日程模式下，恒温系统会根据用户设置的日程来执行温度调节，用户需要先在 小程序上设置恒温器的日程，包括需要执行的目标温度和持续的时间段。
进一步细说，智能恒温系统还包括移动控制端4，移动控制端4包括软件应 用41和数据管理后台42，数据管理后台42用于软件应用41和恒温器1之间的 数据交换，本实施例中，软件应用41采用小程序应用，用户在手机上安装微信 后授权运行恒温系统的小程序，通过网络与数据管理后台通信。小程序将命令 请求发送到数据管理后台，数据管理后台再通过网络发送给恒温器。恒温器将 需要上报的信息通过网络发送到数据管理后台，数据管理后台再将数据通过网 络发送到小程序端显示。
进一步细说，执行器2通过PID控制方式对制热装置3进行控制，PID控制 算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在、将来的主要信息，而且其配置几乎最 优。其中，比例(P)代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。 微分(D)在信号变化时有超前控制作用，代表将来的信息。在过程开始时强迫过 程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过 渡过程。积分(I)代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统的静态特性。 此3种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，得到良好的效果。PID 控制适应性好，有较强的鲁棒性，对各种工业场合，都可在不同的程度上应用。 特别适于“一阶惯性环节+纯滞后”和“二阶惯性环节+纯滞后”的过程控制对 象。PID算法简单明了，各个控制参数相对较为独立，参数的选定较为简单，形 成了完整的设计和参数调整方法，很容易为工程技术人员所掌握。PID控制根据 不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID算法。 例如，为了克服微分带来的高频干扰的滤波PID控制；为克服大偏差时出现饱 和超调的PID积分分离控制；为补偿控制对象非线性因素的可变增益PID控制 等。这些改进算法在一些应用场合取得了很好的效果。同时当今智能控制理论 的发展，又形成了许多智能PID控制方法。
本发明的具体工作原理：使用时，小程序需要先扫恒温器上的二维码，添 加恒温器并指向具体应用场景，然后再扫执行器上的二维码，将执行器与恒温 器绑定。一个恒温器最多可以绑定几个执行器。
小程序不同页面能够显示由数据管理后台发送的恒温器和执行器的工作状 态、时间、室内温湿度、当地天气、目标温度和工作模式，在小程序端可以添 加或删除恒温器和执行器，可以开关恒温器和执行器，可以设置恒温器和执行 器的工作模式，可以调节恒温器的音量和屏幕显示信息，可以展示用户某段时 间的能耗情况和用电建议。
系统工作时，恒温器能够检测室内温湿度、判断白天夜晚、室内有无人员 及人员状态(运动、静止、睡眠)，执行器能够检测电暖器的温度和工作电流 并通过蓝牙发送给恒温器，恒温器通过自身检测到的周围环境情况和执行器发 送的电暖器状态，启动算法来决定是否开启加热系统、何时开启加热系统、合 理调节加热功率，并将相应的命令通过蓝牙发送给执行器，由执行器来控制电 暖器工作。
本发明的技术方案的有益效果在于：
1.多种设置方式：设备自身的触控屏幕、可移动控制终端的小程序、语音 控制，多种方式都可以对温度进行调节。
2.更好的交互体验：带图形用户界面且可触摸控制的屏幕，智能的语音交 互，移动端可用的小程序，提供多种用户与设备的交互方式，简单易操作。
3.智能化：支持多种工作模式，无需等待回家后手动开启供暖，可以人为 地通过小程序手动远程控制，可以提前设定日程，也可以使用设备自主学习后 的智能模式，实现家庭供暖系统的高度智能化。
4.高度集成：多路传感器和通信模块、功能单元集成在内部，无需额外接 线，安装方便。
5.节能环保：通过继电器或可控硅控制电暖器开关，避免了全天候开启供 暖系统或单一温度造成的高消耗，并且能提供一段时间内的能耗统计信息和用 电提醒，帮助用户有效节能。
6.安全性：能检测发热温度，超过限温自动停止加热，能检测工作电流， 有泄露电流启动短路保护，小程序上能显示设备的告警信息，使用更加安全。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属 技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采 用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定 义的范围。
尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这 些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种 附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.智能恒温系统，其特征在于：包括恒温器(1)、执行器(2)以及制热装置(3)，所述恒温器(1)和执行器(2)通信连接，所述执行器(2)用于控制制热装置(3)。
2.根据权利要求1所述的智能恒温系统，其特征在于：所述恒温器(1)内部集成有传感器模块。
3.根据权利要求2所述的智能恒温系统，其特征在于：所述传感器模块包括温湿度传感模块(51)、光照传感模块(52)、红外热释电传感模块(53)、微波传感模块(54)中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的智能恒温系统，其特征在于：所述恒温器(1)包括无线通信模块(11)、语音识别模块(12)、触屏模块(13)、语音播放模块(15)中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的智能恒温系统，其特征在于：所述执行器(2)包括温度传感模块(21)、蓝牙模块(22)、功率计量模块(23)、电流检测模块(24)、继电器模块(25)以及可控硅模块(26)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的智能恒温系统，其特征在于：所述恒温器(1)内设有存储模块(55)，所述存储模块(55)用于记录用户的日常作息习惯、温度喜好和室内环境并生成智能模式。
7.根据权利要求1所述的智能恒温系统，其特征在于：所述智能恒温系统还包括移动控制端(4)，所述移动控制端(4)包括软件应用(41)和数据管理后台(42)，所述数据管理后台(42)用于软件应用(41)和恒温器(1)之间的数据交换。
8.根据权利要求1所述的智能恒温系统，其特征在于：所述恒温器(1)上设有复位按钮，所述复位按钮设计为针孔式。
9.根据权利要求1所述的智能恒温系统，其特征在于：所述执行器(2)通过PID控制方式对制热装置(3)进行控制。
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