CN110940034B - 一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统及方法 - Google Patents

一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统及方法，涉及空调节能及智能控制技术领域，通过人体动态感知单元对人体温度和心跳和环境参数感知单元对所处环境温湿度等参数进行感知，空调智能控制单元根据人体舒适度需要对分体空调进行自适应温度设定和调节，以人体舒适需求为控制目标，避免了分体空调根据环节参数而调节的固化模式，导致能源浪费或人体舒适度偏差较大的情况。另一方面，实现了分体空调自适应控制，解决了当使用者由于进出房间或运动等行为导致体温、心跳身体参数短时间大幅度变化时，对空调设定参数进行频繁调整的需要，提高了空调使用的便捷性。

Description

一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统及方法
技术领域
本发明涉及空调节能及智能控制技术领域，尤其涉及一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统及方法。
背景技术
分体空调的应用场景十分广泛，在居民、商业、工业、教育、医疗等各领域都普遍使用，但与中央空调不同的是，分体空调往往缺少智能控制系统，一般由人工简单的对温度、模式、风速进行设置，存在较高能源浪费的同时，也不能满足人体的舒适度需求。
现有的分体空调设定参数及运行模式通常根据环境参数进行设置，空调设备根据设定温度与室内温度差值自动控制空调运行状态。但随着技术的发展，人们对分体空调智能控制的研究越来越多的放在了对人体舒适度的感知上，并在此基础上进行空调的自我调节和管控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统及方法，从而解决了现有使用者由于进出房间或运动等行为导致体温、心跳身体参数短时间大幅度变化时，对空调设定参数进行频繁调整的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统，包括：
人体动态感知单元，用于检测使用者的体温、心跳及所在位置的人体参数；
环境参数感知单元，用于检测分体空调所在环境的温湿度；
空调智能控制单元，用于根据所述人体动态感知单元和环境参数感知单元检测的数据进行舒适度计算，并根据所述舒适度的计算结果进一步算出空调温度和风速设定的目标值，且根据设定的目标值发送分体空调控制命令；以及
分体空调，用于根据所述分体空调控制命令调节所述分体空调的工作状态。
进一步的，还包括智能无线网关，分别与所述人体动态感知单元、环境参数感知单元及空调智能控制单元连接，用于将所述人体动态感知单元和环境参数感知单元检测的数据进行预处理后传送至空调智能控制单元。
进一步的，所述人体动态感知单元通过通讯模块与智能无线网关连接，所述环境参数感知单元通过通讯模块与智能无线网关连接。
进一步的，所述人体动态感知单元包括体温和心跳检测模块，用于检测人体体温和心跳。
进一步的，所述环境参数感知单元包括环境温度和环境湿度检测模块，用于检测温度和湿度。
进一步的，所述空调智能控制单元包括人体舒适度分析模块和自适应控制模块，所述人体舒适度分析模块用于根据所述人体动态感知单元和环境参数感知单元感应的数据进行舒适度计算，并根据舒适度计算结果算出空调设定温度和风速设定的目标值；所述自适应控制模块用于根据所述空调设定温度和风速设定的目标值发送分体空调控制命令。
进一步的，所述人体动态感知单元为穿戴式设备。
一种基于人体感知的分体空调自适应控制方法，包括以下步骤：
S1、设置采集人体参数及环境参数的频率并进行采集；
S2、对采集到的人体参数及环境参数数据进行预处理；
S3、根据所述S2处理完的人体参数及环境参数数据计算人体温度舒适需求值
Figure BDA0002318457020000021
和人体湿度舒适需求值
Figure BDA0002318457020000022
并保存计算结果；
S4、取一定时间内的多次人体温度舒适需求值
Figure BDA0002318457020000023
和人体湿度舒适需求值
Figure BDA0002318457020000024
计算出空调设定温度
Figure BDA0002318457020000025
和空调设定风速
Figure BDA0002318457020000026
S5、根据所述空调设定温度
Figure BDA0002318457020000027
和风速设定目标值
Figure BDA0002318457020000028
自动将空调温度设置为空调设定温度
Figure BDA0002318457020000029
将风速设置为空调设定风速
Figure BDA00023184570200000210
进一步的，所述S3包括以下步骤：
对人体温度
Figure BDA00023184570200000211
建立标准差模型，得到室内人体温度
Figure BDA00023184570200000212
室内环境温度
Figure BDA00023184570200000213
则k时刻人体温度舒适需求值为：
Figure BDA0002318457020000031
室内环境湿度R，结合室内环境温度
Figure BDA0002318457020000032
则k时刻人体湿度舒适需求值为：
Figure BDA0002318457020000033
式(1)和式(2)中，α为地区修正系数，南方地区α取1.2，中部地区α取1，北方地区α取0.8。
进一步的，所述空调设定温度为：
Figure BDA0002318457020000034
所述空调设定风速为：
Figure BDA0002318457020000035
进一步的，所述空调设定温度和空调设定风速的约束条件为：
空调设定温度和空调设定风速的取值范围：①
Figure BDA0002318457020000036
②
Figure BDA0002318457020000037
用户的约束条件：i＞0，当i为0时，空调自动关闭。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所提供的一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统，通过人体动态感知单元对人体温度和心跳和环境参数感知单元对所处环境温湿度等参数进行感知，空调智能控制单元根据人体舒适度需要对分体空调进行自适应温度设定和调节，以人体舒适需求为控制目标，避免了分体空调根据环节参数而调节的固化模式，导致能源浪费或人体舒适度偏差较大的情况。另一方面，实现了分体空调自适应控制，解决了当使用者由于进出房间或运动等行为导致体温、心跳身体参数短时间大幅度变化时，对空调设定参数进行频繁调整的需要，提高了空调使用的便捷性。
且本发明所提供的一种基于人体感知的分体空调自适应控制方法，通过对动态的人体数据进行监测和跟踪，并结合环境参数，综合计算空调温度和风速设定目标值，实现空调设定参数跟随室内人体参数变化而调整，改变传统的仅根据环境参数来调节空调温度和风速的固化模式，使得空调的运行更具舒适性。同时按需供能的控制策略，也在一定程度上具有节能效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于人体感知的分体空调自适应控制系统结构示意图；
图2是本发明基于人体感知的分体空调自适应控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的基于人体感知的分体空调自适应控制系统包括：人体动态感知单元、环境参数感知单元、空调智能控制单元以及分体空调；
人体动态感知单元，人体动态感知单元设置有体温和心跳检测模块，用于检测使用者的体温、心跳及所在位置的人体参数。人体动态感知单元为穿戴式设备。人体动态感知单元通过通讯模块将人体参数数据传送至智能无线网关；通讯模块采用LoRa通讯模块。
环境参数感知单元，包括环境温度和环境湿度检测模块，用于检测环境温湿度。
智能无线网关，分别与人体动态感知单元和环境参数感知单元连接，即分别与体温和心跳检测模块、环境温度和环境湿度检测模块连接，用于传输接收到的人体动态感知单元的检测的人体参数数据和环境参数感知单元检测的环境温湿度数据，此外，智能无线网关还对接收到的人体动态感知单元的检测的人体参数数据和环境参数感知单元检测的环境温湿度数据进行预处理，剔除异常数据，经过协议转换后传送至空调智能控制单元。
空调智能控制单元；与智能无线网连接，用于智能无线网关传送的人体动态感知单元的人家参数数据和环境参数感知单元的环境温度和环境湿度数据进行舒适度计算，并根据舒适度计算结果进一步算出空调温度和风速设定的目标值，并根据设定的目标值发送分体空调控制命令。
分体空调，与空调智能控制单元，用于接收空调智能控制单元发送的分体空调控制命令进行调整空调的温度、风速及开关模式等工作状况。
空调智能控制单元包括人体舒适度分析模块和自适应控制模块，人体舒适度分析模块用于根据人体动态感知单元的人体参数数据和环境参数感知单元的环境温度和环境湿度数据进行舒适度计算，并根据舒适度计算结果进一步算出空调温度和风速设定的目标值；自适应控制模块根据空调温度和风速设定的目标值发送分体空调控制命令。
基于人体感知的分体空调自适应控制系统的工作原理为：
人体动态感知单元通过LoRa通讯模块将获得的人体参数数据的传输至智能无线网关，再由智能无线网关将人体参数的数据进行协议转换后传送至空调智能控制单元；环境感知单元将实时监测的环境温度、湿度通过LoRa通讯模块传输至智能无线网关，再由智能无线网关进行协议转换后传送至空调智能控制单元；人体舒适度分析模块将获得的人体参数进行舒适度计算，并由计算结果进一步算出空调温度和风速设定的目标值，自适应控制模块将根据设定的目标值通过红外通讯对分体空调下发控制命令，从而实现对分体空调进行基于人体感知的自适应控制。
如图2所示，本发明所提供的基于人体感知的分体空调自适应控制方法包括以下步骤：
S1、设置人体动态感知单元采集人体参数及环境参数的频率；例如，人体感知单元每30s采集一次空调服务范围内i用户k时刻的人体温度
Figure BDA0002318457020000051
和心跳数据
Figure BDA0002318457020000052
以及室内温湿度。
S2、智能无线网关对采集到的人体参数及环境参数数据进行预处理，即剔除异常数据以及心跳数据ci＜60次/min或ci＞100次/min的人体参数数据。
S3、人体舒适度分析模块根据S2处理完的人体参数及环境参数数据计算人体温度舒适需求值
Figure BDA0002318457020000053
和人体湿度舒适需求值
Figure BDA0002318457020000054
并保存计算结果。
S3具体包括以下步骤：
对人体温度
Figure BDA0002318457020000061
建立标准差模型，得到室内人体温度
Figure BDA0002318457020000062
环境参数感知单元实测的室内环境温度
Figure BDA0002318457020000063
则k时刻人体温度舒适需求值为：
Figure BDA0002318457020000064
环境参数感知单元实测的环境湿度R，结合室内环境温度
Figure BDA0002318457020000065
则k时刻人体湿度舒适需求值为：
Figure BDA0002318457020000066
式(1)和式(2)中，α为地区修正系数，我国南方地区α取1.2，中部地区α取1，北方地区α取0.8。
S4、人体舒适度分析模块取2min内的4次
Figure BDA0002318457020000067
和
Figure BDA0002318457020000068
计算出空调设定温度
Figure BDA0002318457020000069
和空调设定风速
Figure BDA00023184570200000610
空调设定温度(℃)
Figure BDA00023184570200000611
空调设定风速(％)
Figure BDA00023184570200000612
空调设定温度和空调设定风速的取值范围：①
Figure BDA00023184570200000613
②
Figure BDA00023184570200000614
且用户的约束条件：i＞0，当i为0时，空调自动关闭。
S5、自适应控制模块根据空调设定温度
Figure BDA00023184570200000615
和风速设定目标值
Figure BDA00023184570200000616
自动将空调温度设置为
Figure BDA00023184570200000617
将风速设置为
Figure BDA00023184570200000618
即实现对分体空调进行基于人体感知的自适应控制。
综上，本发明一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统及方法，能够广泛的应用于家庭、办公、商业等领域，具有较强的适用性以及可扩展性。通过使用本发明，用户可以显著的减少空调设备的操作次数，并且更大程度上满足用户舒适度需要。另一方面，通过多个用户的人体参数综合计算，可以使空调自动运行在满足房间内大部分人需求的工况下，具有显著的节能效果。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于人体感知的分体空调自适应控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、设置采集人体参数及环境参数的频率并进行采集；
S2、对采集到的人体参数及环境参数数据进行预处理；
S3、根据所述S2处理完的人体参数及环境参数数据计算人体温度舒适需求值
Figure FDA0002809171590000011
和人体湿度舒适需求值
Figure FDA0002809171590000012
并保存计算结果；
S4、取一定时间内的多次人体温度舒适需求值
Figure FDA0002809171590000013
和人体湿度舒适需求值
Figure FDA0002809171590000014
计算出空调设定温度
Figure FDA0002809171590000015
和空调设定风速
Figure FDA0002809171590000016
S5、根据所述空调设定温度
Figure FDA0002809171590000017
和风速设定目标值
Figure FDA0002809171590000018
自动将空调温度设置为空调设定温度
Figure FDA0002809171590000019
将风速设置为空调设定风速
Figure FDA00028091715900000110
2.根据权利要求1所述的基于人体感知的分体空调自适应控制方法，其特征在于：所述S3包括以下步骤：
对人体温度
Figure FDA00028091715900000111
建立标准差模型，得到室内人体温度
Figure FDA00028091715900000112
室内环境温度
Figure FDA00028091715900000113
则k时刻人体温度舒适需求值为：
Figure FDA00028091715900000114
室内环境湿度R，结合室内环境温度
Figure FDA00028091715900000115
则k时刻人体湿度舒适需求值为：
Figure FDA00028091715900000116
式(1)和式(2)中，α为地区修正系数，南方地区α取1.2，中部地区α取1，北方地区α取0.8。
3.根据权利要求2所述的基于人体感知的分体空调自适应控制方法，其特征在于：所述空调设定温度为：
Figure FDA00028091715900000117
所述空调设定风速为：
Figure FDA00028091715900000118
4.根据权利要求3所述的基于人体感知的分体空调自适应控制方法，其特征在于：所述空调设定温度和空调设定风速的约束条件为：
空调设定温度和空调设定风速的取值范围：①
Figure FDA00028091715900000119
②
Figure FDA00028091715900000120
用户的约束条件：i＞0，当i为0时，空调自动关闭。
5.一种基于人体感知的分体空调自适应控制系统，所述分体空调自适应控制系统应用权利要求1所述的基于人体感知的分体空调自适应控制方法，其特征在于，包括：
人体动态感知单元，用于检测使用者的体温、心跳及所在位置的人体参数；
环境参数感知单元，用于检测分体空调所在环境的温湿度；
空调智能控制单元，用于根据所述人体动态感知单元和环境参数感知单元检测的数据进行舒适度计算，并根据所述舒适度的计算结果进一步算出空调温度和风速设定的目标值，且根据设定的目标值发送分体空调控制命令；以及
分体空调，用于根据所述分体空调控制命令调节所述分体空调的工作状态。
6.根据权利要求5所述的基于人体感知的分体空调自适应控制系统，其特征在于：还包括智能无线网关，分别与所述人体动态感知单元、环境参数感知单元及空调智能控制单元连接，用于将所述人体动态感知单元和环境参数感知单元检测的数据进行预处理后传送至空调智能控制单元。
7.根据权利要求6所述的基于人体感知的分体空调自适应控制系统，其特征在于：所述人体动态感知单元通过通讯模块与智能无线网关连接，所述环境参数感知单元通过通讯模块与智能无线网关连接。
8.根据权利要求5所述的基于人体感知的分体空调自适应控制系统，其特征在于：所述人体动态感知单元包括体温和心跳检测模块，用于检测人体体温和心跳。
9.根据权利要求5所述的基于人体感知的分体空调自适应控制系统，其特征在于：所述环境参数感知单元包括环境温度和环境湿度检测模块，用于检测温度和湿度。
10.根据权利要求5所述的基于人体感知的分体空调自适应控制系统，其特征在于：所述空调智能控制单元包括人体舒适度分析模块和自适应控制模块，所述人体舒适度分析模块用于根据所述人体动态感知单元和环境参数感知单元感应的数据进行舒适度计算，并根据舒适度计算结果算出空调设定温度和风速设定的目标值；所述自适应控制模块用于根据所述空调设定温度和风速设定的目标值发送分体空调控制命令。
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