CN111868489B - 红外线传感器模块、空调机和空调机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能够估计背景与红外线传感器之间的空间的温度分布的红外线传感器模块。为了实现该目的，本发明具有：红外线传感器(3)，用于检测红外线并输出热图像；温度传感器(4)，用于检测红外线传感器(3)的温度；以及处理器(5)，用于处理红外线传感器(3)和温度传感器(4)的输出信号，处理器(5)被配置为根据所述热图像的背景温度和红外线传感器(3)的温度来估计红外线传感器(3)与红外线传感器(3)的检测方向上的背景(9)之间的空间中的温度分布。

Description

红外线传感器模块、空调机和空调机控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于检测红外线的红外线传感器模块、根据该红外线传感器模块的输出进行控制的空调机、以及空调机控制系统。

背景技术

已知被配置为检测红外线并获取检测方向上的热图像的红外线传感器，并且还已知基于由红外线传感器获取的热图像进行控制的空调机(专利文献1和2)。

然而，专利文献1和2中的每一个中的红外线传感器仅感测背景温度，而无法检测背景与红外线传感器之间的空间中的温度。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP 2016-065848 A

专利文献2：JP 6167305 B2

发明内容

本公开的目的是提供一种红外线传感器模块，该红外线传感器模块解决了上述问题，并且被配置为估计红外线传感器与红外线传感器的检测方向上的背景之间的空间中的温度分布。

为了解决上述问题，本发明的红外线传感器模块包括：红外线传感器，被配置为检测红外线并输出热图像；温度传感器，被配置为检测红外线传感器的温度；以及至少一个处理器，被配置为处理红外线传感器和温度传感器的输出信号。该至少一个处理器被配置为根据热图像的背景温度和红外线传感器的温度来估计红外线传感器与红外线传感器的检测方向上的背景之间的空间中的温度分布。

此外，本公开的空调机包括：红外线传感器模块；吹风机，被配置为吹风；以及控制器，被配置为基于红外线传感器模块的输出来控制来自吹风机的风的风向和风量中的至少之一。该控制器被配置为基于红外线传感器与背景之间的空间中的温度分布来控制来自吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

此外，本公开的空调机控制系统包括：红外线传感器模块；信息处理设备，被配置为处理红外线传感器模块的输出结果；以及空调机。该空调机包括：吹风机，被配置为吹风；以及控制器，被配置为基于信息处理设备的处理结果来控制来自吹风机的风的风向和风量中的至少之一。红外线传感器模块包括：红外线传感器，被配置为检测红外线并输出热图像；温度传感器，被配置为检测红外线传感器的温度；以及至少一个处理器，被配置为处理红外线传感器和温度传感器的输出信号。红外线传感器模块被配置为将热图像的背景温度和红外线传感器的温度从至少一个处理器输出到信息处理设备。信息处理设备被配置为估计红外线传感器与红外线传感器的检测方向上的背景之间的空间中的温度分布。控制器被配置为基于温度分布来控制来自吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

附图说明

图1是示出了实施例的红外线传感器模块和包括该红外线传感器模块的空调机的结构的示图；

图2是示出了红外线传感器模块的红外线传感器的截面图；

图3是示出了热图像的示例的示图；

图4是示出了温度分布的显示示例的示图；

图5是示出了地板与红外线传感器之间的温度分布的示例的示图；

图6是示出了红外线传感器模块的变型例的示图；以及

图7是示出了第二实施例的空调机控制系统的结构的示图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述实施例的红外线传感器模块、空调机和空调机控制系统。注意，在每个附图中，同样的组件由相同的附图标记表示，并且将省略其描述。此外，实施例中的组件可以在不矛盾的范围内彼此相应地组合。

此外，根据另一方面，通过信息处理设备来处理从红外线传感器模块输出的信号，并且基于处理结果来控制空调机，这使得能够以更高的精度控制空调机。

(实施例)

下面将参考附图来描述实施例的红外线传感器模块和空调机。

图1是示出了实施例的红外线传感器模块和包括该红外线传感器模块的空调机的结构的示图。图2是示出了红外线传感器模块的红外线传感器的截面图。图3是示出了热图像的示例的示图。图4是示出了温度分布的显示示例的示图。图5是示出了地板与红外线传感器之间的温度分布的示例的示图。具体地，图5示出了通过设置在房间的天花板上的红外线传感器模块估计的、在房间的地板与红外线传感器之间的空间中的温度分布。

红外线传感器模块1设置在空调机2中。红外线传感器模块1设置成面向地板。空调机2设置在天花板上。

首先，将描述红外线传感器模块1。

红外线传感器模块1包括：红外线传感器3，被配置为输出热图像；温度传感器4，被配置为检测红外线传感器3的温度；以及处理器5，被配置为处理红外线传感器3和温度传感器4的输出信号的。

红外线传感器3包括基板6、红外线检测元件7、处理电路8和外壳11。红外线检测元件7和处理电路8设置在基板6上。红外线检测元件7和处理电路8容纳在外壳11中。具体地，红外线检测元件7和处理电路8容纳在由基板6和外壳11构成的壳体中。

红外线检测元件7包括其中嵌入了温度传感器的热红外线检测器。作为温度传感器，使用了热电转换器。热电转换器包括热电堆，该热电堆被配置为将来自从检测对象发射出的红外线的热能转换成电能。此外，红外线传感器3包括温度传感器、包括用于取出温度传感器的输出电压的MOS晶体管在内的a×b个像素部分(非接触式红外线传感器元件)、以及半导体基板。a×b个像素部分在半导体衬底的一个表面上被布置为“a”行和“b”列的二维阵列。红外线传感器3具有8×8个像素部分。注意，像素部分不限于8×8个像素部分，而可以例如是16×4或16×16个像素部分。在假设红外线传感器3被固定的情况下进行了描述，但是红外线传感器3的朝向可以是能通过电机等来改变的。此外，可以通过电机等来移动红外线传感器3。

可以根据红外线检测元件7的类型等相应地设计处理电路8的电路结构。处理电路8的电路结构可以是包括例如以下组件的电路结构：控制电路，被配置为控制红外线检测元件7；放大电路，被配置为放大红外线检测元件7的输出电压；以及复用器，被配置为选择性地将针对多个输入设置的焊盘的输出电压输入到放大电路，这些焊盘电连接到针对红外线检测元件7的多个输出设置的焊盘。处理电路8生成热图像，并且从红外线传感器3输出热图像。处理电路8从热图像中检测诸如地板之类的背景9和诸如人之类的测量对象10。在此，处理电路8例如提取与示出预定温度范围的像素组相对应的区域作为测量对象10。预定温度范围例如是与作为测量对象10的人的温度相对应的温度范围。处理电路8提取不存在测量对象10且对应于剩余像素组的区域作为背景9。可以设定多个预定温度范围。

外壳11由诸如SUS的金属材料或镀有镍的镀铁形成。注意，外壳11可以由陶瓷材料制成。外壳11具有开口，该开口位于红外线检测元件7的前方，并且在该开口处设置有透镜12。

作为温度传感器4，使用了热敏电阻。热敏电阻设置在红外线传感器3附近。温度传感器4被配置为检测红外线传感器3的温度。由于设置有红外线传感器3的空调机2位于天花板上，因此假设温度传感器4检测天花板的温度。注意，温度传感器4不限于热敏电阻。例如，可以在红外线传感器3的基板6上设置二极管，并且该二极管可以用作温度传感器4。该结构使得能够高精度地检测红外线传感器3的温度，并且能够使得红外线传感器模块1小型化。

作为处理器5，使用了微控制器。处理器5接收红外线传感器3和温度传感器4的输出信号。处理器5包括存储装置(未示出)。存储装置例如是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。存储装置存储背景温度、红外线传感器3的温度、以及背景9与红外线传感器3之间的空间中的温度分布。存储装置存储用于估计温度分布的算法。该算法是根据从实验中获得的数据而获得的。在该实验中，例如，红外线传感器3的安装位置和房间的温度被不同地改变，并且在每种情况下，获得温度分布、地板温度和红外线传感器3的温度之间的关系。图5示出了基于该算法得出的温度分布，其中红外线传感器3设置在2.5m的高度，地板温度是19摄氏度，并且红外线传感器3的温度是20.7摄氏度。在图5中，示出了该条件下的竖直方向上的0.5m的间隔的温度。当红外线传感器3的安装位置、地板温度和/或红外线传感器3的温度改变时，温度分布改变。

处理器5从红外线传感器3的输出信号中获取热图像的背景温度，并且根据温度传感器4的输出信号来检测红外线传感器3的温度。预先在处理器5中设定设置红外线传感器3的高度。处理器5基于设置红外线传感器3的高度来选择要读取的温度分布。根据该选择的结果，基于存储在存储装置中的温度分布来估计测量时的背景9与红外线传感器3之间的温度分布。这使得处理器5能够估计预定高度的温度并输出该温度。当设定高度(要估计温度的高度)为1.5m时，在图5的示例中，温度被估计为20.1摄氏度，并且从红外线传感器模块输出表示估计结果的信号。在相同空间中，温度取决于距地板的高度而变化。随着距地板的高度增加，温度升高。然而，如图5中所示，温度在地板与天花板之间不会线性变化。因此，通过基于存储在存储装置中的温度分布来估计设定高度的温度，使得能够高精度地估计设定高度的温度。此外，在宽阔的空间的情况下，温度取决于距墙壁的距离而变化。因此，通过基于存储在存储装置中的温度分布来估计设定高度的温度，使得能够以更高的精度检测要检测温度的位置的温度。也就是说，背景9包括地板，并且处理器5检测(估计)整个空间中地板上方的区域中的温度，因此，即使当安装有红外线传感器模块1的空间为较大空间的情况下，处理器5也可以高精度地检测与检测对象相对应的区域中的温度。

将进一步描述处理器5所执行的处理。处理器5的存储装置存储多条关于温度分布的信息，这些信息分别与背景温度和红外线传感器3的温度相关联，并且是背景9与红外线传感器3之间的空间中的温度分布。处理器5从存储装置中提取与从红外线传感器3的输出信号中获取的热图像的背景温度和从温度传感器4的输出信号中获得的红外线传感器3的温度相对应的温度分布。例如，每条关于温度分布的信息与背景温度的值和红外线传感器3的温度的值相关联。因此，处理器5从存储装置中提取温度分布，该温度分布的关联值最接近于从红外线传感器3的输出信号中获取的热图像的背景温度的值和从温度传感器4的输出信号中获得的红外线传感器3的温度的值。处理器5将所提取的温度分布作为背景9与红外线传感器3之间的空间中的温度分布的估计结果。

此外，记录在存储装置中的与背景9与红外线传感器3之间的空间中的温度分布有关的信息包括与该空间中距背景9的高度的温度分布有关的信息。也就是说，如图5中所示，关于温度分布的信息包括与距背景9不同高度的多个区域中的温度有关的信息。处理器5估计这样的温度分布。也就是说，处理器5估计与距背景9的每个高度相关联的温度分布。处理器5至少估计作为背景9与红外线传感器3之间的空间的一部分的空间中的温度分布，该部分空间距背景9的高度对应于预定高度(设定高度，稍后将进行描述)。

接下来，将描述包括红外线传感器模块1的空调机2的结构。

空调机2包括：红外线传感器模块1；控制器13，被配置为根据红外线传感器模块1的输出来控制空调机2；以及输出器14，被配置为输出空间中的温度分布。

控制器13接收由红外线传感器模块1执行的估计的结果，并且根据由红外线传感器模块1执行的估计的结果，控制器13控制设置在空调机2中的百叶窗15、压缩机16和风扇17中的至少之一。控制器13控制百叶窗15、压缩机16和/或风扇17以控制空调机2的风向或风量。百叶窗15和风扇17对应于被配置为吹风的吹风机。

输出器14是显示器。输出器14连接到处理器5。输出器14显示空间中的温度分布。图4示出了显示在输出器14上的空间中的温度分布的示例。在图4中，随着温度升高，颜色被显示为更暗。可以相应地设置显示方式。由于空间中的温度分布被三维显示，因此可以清楚地显示由于空间中的位置和/或高度而引起的温度差异。

在空调机2中设定要控制温度的高度。在此，执行控制，使得距地板1.5m的高度的温度对应于空调机2中的设定温度。在该高度是设定高度的假设下进行描述。也就是说，设定高度是距背景9(地板)的预定高度。控制器13使用通过对设定高度的红外线传感器3的检测范围内的设定高度的温度进行平均而获得的温度。也就是说，控制器13将通过对红外线传感器3的检测范围内距地板的高度是设定高度的水平面上的区域中的温度进行平均而获得的温度用作“设定高度的温度”，该“设定高度的温度”作为控制对象。控制器13控制空调机2的风向或风量，使得从红外线传感器模块1输出的设定高度的温度对应于在空调机2中设定的设定温度。例如，假设当在空调机2中设定的设定温度为21摄氏度时，获得如图5中所示的温度分布。在此示例中，设定高度的温度为20.1摄氏度。也就是说，设定高度的温度低于作为设定高度的温度的目标值的设定温度(21摄氏度)。因此，空调机2输出暖风以使空间变暖。也就是说，在这种情况下，从空调机2输出的风的温度升高。注意，维持在空调机2中设定的设定温度。当距地板设定高度的温度达到21摄氏度时，调节空调机2的风向或风量，以维持温度。也就是说，调节空调机2的风向或风量，使得设定高度的温度(根据温度分布估计的温度)保持在21摄氏度。此时，地板的温度低于距地板设定高度的温度，但是由于设定高度的温度为21摄氏度，因此人们可以在该空间中度过舒适的时光。

如上所述，本实施例的红外线传感器模块1被配置为高精度地估计期望高度的温度，并且空调机2包括红外线传感器模块1，这使得能够控制空调以增加人们的舒适度。

(实施例的变型例)

下面将参考附图来描述红外线传感器模块和空调机的变型例。

图6是示出了红外线传感器模块的变型例的示图。图7是示出了包括红外线传感器模块的空调机的第二实施例的示图。

红外线传感器模块1不必包括第一实施例的所有元件，而至少被配置为从红外线传感器3输出的热图像中检测背景温度，根据温度传感器4来检测红外线传感器3的温度，并且基于背景温度与红外线传感器3的温度来估计背景9与红外线传感器3之间的空间中的温度分布。

此外，空调机2不必具有第一实施例的所有元件，只要基于红外线传感器模块1的输出来控制空调机2即可。此外，空调机2不必设置在天花板上。

红外线传感器模块1被设置为面向地板，但是可以被安装为使得在背景9中包括墙壁。

在实施例中，要作为背景9的对象是室内对象。然而，要作为背景9的对象不限于该示例，而可以例如是室外墙壁或地板。

基于从处理器5输出的温度分布，控制器13通过使用在空调机2中设定的设定高度的温度来控制空调机2，但是处理器5可以估计设定高度的温度并将陔温度输出到控制器13。此外，设定高度为1.5m，但不限于该示例，并且设定高度可以为1m。而且，设定高度可以由人自由设定。以这种方式，例如，关心脚的寒冷的人可以将设定高度设置为例如0.3m的低高度，从而提高舒适度。

处理器5或控制器13可以被配置为根据热图像来确定人的头部并输出人的头部高度的温度。以这种方式，能够根据人的头部高度来调节温度，而无需预先在空调机2中对设定高度进行设定。由此，使得能够输出与人感到的温度接近的温度。此外，这使得不仅当人站立时而且当人坐下时都能够根据人的头部高度来控制空调机2。

在有多个人的情况下，控制器13可以针对每个人单独地控制空调机2，或者可以通过对多个人周围的设定高度的温度进行平均来控制空调机2。也就是说，控制器13可以基于通过对多个人周围的设定高度的温度进行平均而获得的温度来控制空调机2。

此外，控制器13不仅可以基于人的头部高度的温度而且可以基于人的头部高度的温度与背景温度的组合来控制空调机2。这样，可以控制空调机2，使得人感到更舒适。

控制器13对整个空间中的设定高度的温度进行平均以获得平均温度，并且使用该平均温度来控制空调机2，但是不限于该示例。控制器13可以执行控制，使得人周围的设定高度的温度对应于设定温度。这样，可以进一步提高人的舒适性。此外，控制器13可以根据空间的中央的设定高度的温度来控制空调机2。这使得能够控制空间中的温度，同时减小来自墙壁的辐射的影响。

控制器13可以控制风向和风量两者。也就是说，控制器13控制风向和风量中的至少之一。

输出器14不必显示空间中的温度分布。输出器14可以仅显示人向空调机2请求的位置的温度。而且，输出器14不必是显示器，而是可以包括例如扬声器，并且该扬声器可以被配置为通知预定位置的温度。

已描述了包括设置在空调机2中的红外线传感器模块1的结构，但是红外线传感器模块1和空调机2可以设置在不同的位置，并且可以基于无线通信或有线通信将红外线传感器模块1的输出信号发送到空调机2。

在输出器14设置在空调机2中的假设下进行了描述，但是可以将输出器14与空调机2分开。

已描述了仅包括一个红外线传感器3的结构，但是这不应被解释为限制性的。如图6中所示，多个红外线传感器3可以设置在同一房间中，并且红外线传感器模块18可以被配置为将多个红外线传感器3的输出信号彼此组合以获得该同一房间中的温度分布。在图6中，未示出温度传感器4，但是温度传感器4与红外线传感器3中的每一个一体地进行设置。在这种情况下，多个红外线传感器3经由开关19连接到处理器5。处理器5连接到通信器20。通信器20将检测结果发送到空调机2。也就是说，多个红外线传感器3与空调机2分离。与仅设置一个红外线传感器3的情况相比，设置多个红外线传感器3使得能够获得较宽的范围的温度分布。设置多个红外线传感器3是有效的，因为随着房间的大小增大，墙壁附近的温度与房间中央的温度之差增大。

实施例的温度传感器4检测红外线传感器3附近的温度作为红外线传感器3的温度，但不限于该示例，温度传感器4可以检测红外线传感器3本身的温度。

(第二实施例)

下面将参考附图来描述第二实施例的空调机控制系统。

图7是示出了空调机控制系统的结构的示图。

在空调机控制系统21中，红外线传感器模块18连接到诸如个人计算机之类的信息处理设备22，信息处理设备22连接到服务器23和空调控制器24，并且控制信号从空调控制器24发送到空调机25。也就是说，空调控制器24用作被配置为基于空间中的温度分布的估计结果来控制风向或风量的控制器。红外线传感器模块18将诸如人的位置和数量、温度等的数据发送到信息处理设备22。该信息累积在服务器23上。在这种情况下，服务器23作为设置在实施例中所描述的处理器5中的存储装置。也就是说，红外线传感器模块18仅输出地板温度和红外线传感器3的温度，并且服务器23基于存储在服务器23上的算法来估计温度分布。该结构使得能够累积更多的数据并以更高的精度进行控制，因此，即使在较大的房间中也可以精密地控制空调机25。

处理器5估计空间中的温度分布，但是这不应被解释为限制性的。例如，信息处理设备22可以估计空间中的温度分布。

工业实用性

本公开使得能够估计诸如地板之类的背景与红外线传感器之间的空间中的温度分布，因此对于控制空调机是有用的。

附图标记列表

1、18 红外线传感器模块

2、25 空调机

3 红外线传感器

4 温度传感器

5 处理器

6 基板

7 红外线检测元件

8 处理电路

9 背景

10 测量对象

11 外壳

12 透镜

13 控制器

14 输出器

15 百叶窗

16 压缩机

17 风扇

19 开关

20 通信器

21 空调机控制系统

22 信息处理设备

23 服务器

24 空调控制器。

Claims (14)

1.一种红外线传感器模块，包括：

红外线传感器，被配置为检测红外线并输出热图像；

温度传感器，被配置为检测所述红外线传感器的温度；以及

至少一个处理器，被配置为处理所述红外线传感器和所述温度传感器的输出信号，

所述至少一个处理器包括存储装置，所述存储装置记录与高度的温度分布有关的多条信息，

所述至少一个处理器被配置为：从所述存储装置提取与所述热图像的背景温度和所述红外线传感器的温度相对应的温度分布，并且将提取的温度分布定义为所述红外线传感器与所述红外线传感器的检测方向上的背景之间的空间中的温度分布的估计结果。

2.一种空调机，包括：

根据权利要求1所述的红外线传感器模块；

吹风机，被配置为吹风；以及

控制器，被配置为基于所述红外线传感器模块的输出来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一，

所述控制器被配置为：基于所述红外线传感器与所述背景之间的空间中的所述温度分布，来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

3.一种空调机，被配置为连接到根据权利要求1所述的红外线传感器模块，所述空调机包括：

吹风机，被配置为吹风；以及

控制器，被配置为基于所述红外线传感器模块的输出来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一，

所述控制器被配置为：基于所述红外线传感器与所述背景之间的空间中的所述温度分布，来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

4.根据权利要求2或3所述的空调机，还包括：

输出器，被配置为输出所述红外线传感器与所述背景之间的空间中的所述温度分布。

5.根据权利要求2或3所述的空调机，其中，

所述至少一个处理器被配置为根据所述热图像来估计作为测量对象的人的头部高度，以及

所述控制器被配置为基于所述人的头部高度的温度来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

6.根据权利要求5所述的空调机，其中，

所述控制器被配置为：基于所述背景温度和所述人的头部高度的温度，来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

7.根据权利要求2或3所述的空调机，其中，

所述控制器被配置为：基于所述温度分布来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一，使得距所述背景的高度为预定高度的空间中的温度被调节为预定的设定温度。

8.根据权利要求2或3所述的空调机，其中，

所述红外线传感器模块包括连接到所述至少一个处理器的多个所述红外线传感器，所述至少一个处理器仅包括一个处理器。

9.一种空调机控制系统，包括：

红外线传感器模块；

信息处理设备，被配置为处理所述红外线传感器模块的输出结果；以及

空调机，

所述空调机包括：

吹风机，被配置为吹风；以及

控制器，被配置为基于所述信息处理设备的处理结果来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一，

所述红外线传感器模块包括：

红外线传感器，被配置为检测红外线并输出热图像；

温度传感器，被配置为检测所述红外线传感器的温度；以及

至少一个处理器，被配置为处理所述红外线传感器和所述温度传感器的输出信号，

所述红外线传感器模块被配置为将所述热图像的背景温度和所述红外线传感器的温度从所述至少一个处理器输出到所述信息处理设备，

所述至少一个处理器包括存储装置，所述存储装置记录与高度的温度分布有关的多条信息，

所述信息处理设备被配置为从所述存储装置提取与所述热图像的所述背景温度和所述红外线传感器的温度相对应的温度分布，并且将提取的温度分布定义为所述红外线传感器与所述红外线传感器的检测方向上的背景之间的空间中的温度分布的估计结果，

所述控制器被配置为基于所述温度分布来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

10.根据权利要求9所述的空调机控制系统，还包括：

输出器，被配置为输出所述红外线传感器与所述背景之间的空间中的所述温度分布。

11.根据权利要求9或10所述的空调机控制系统，其中，

所述至少一个处理器被配置为根据所述热图像来估计作为测量对象的人的头部高度，以及

所述控制器被配置为基于所述人的头部高度的温度来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

12.根据权利要求11所述的空调机控制系统，其中，

所述控制器被配置为基于所述背景温度和所述人的头部高度的温度来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一。

13.根据权利要求9或10所述的空调机控制系统，其中，

所述控制器被配置为：基于所述温度分布来控制来自所述吹风机的风的风向和风量中的至少之一，使得距所述背景的高度为预定高度的空间中的温度被调节为预定的设定温度。

14.根据权利要求9或10所述的空调机控制系统，其中，

所述红外线传感器模块包括连接到所述至少一个处理器的多个所述红外线传感器，所述至少一个处理器仅包括一个处理器。