CN202582608U - 一种室内热舒适度检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种室内热舒适度检测仪，其特征设置检测系统包括：由温湿度采集模块、空气流速采集模块和黑球温度采集模块构成的传感器模块、单片机最小系统、显示模块、报警模块和按键模块。本实用新型能有效采集室内热环境参数，集成化程度高、实用性强，能全面客观地反应出室内热环境舒适度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种环境检测设备，更具体的说是一种室内热环境的检测系统。
背景技术
室内环境是人类居住环境的重要组成部分，包括热环境、空气环境、光环境和声环境。其中室内热环境（主要环境因素包括室内空气温度、平均辐射温度、空气相对湿度和空气流速等）对室内人员的舒适性、工作效率和健康状况有着巨大的影响，因而有关室内环境热舒适性方面的测试与评价研究尤为重要。
室内热环境的质量一般用“热舒适”来表示。热舒适是人们对热环境的主观感觉，美国ASHRAE标准推荐7级标尺：-3—+3，分别对应人体的冷、凉、微凉、中性、微暖、暖、热这7种感觉。自20世纪后期以来世界上广泛接受的是Fanger教授提出的预计平均热感觉投票(Predicted Mean Vote,简称PMV)。PMV将四个热环境变量（空气温度、空气相对湿度、空气流速和平均辐射温度）和两个人为因素(人体新陈代谢率和服装热阻)综合成一个能预测热舒适的指标值，对应ASHRAE标准的7级标尺。同时由于体质强弱和耐热耐寒能力的不同，有少数人对舒适的室内环境仍感到不适应。为了说明这种差别，Fanger教授又提出了PPD（Predicted Percentage of Dissatisfied）指标，以预测人们对热环境的不满意百分数。
ISO及ASHRAE等组织依据广泛认可的Fanger教授的PMV-PPD热环境舒适度指标，规定室内热环境的舒适标准为：-0.5<PMV<0.5，相应的PPD为：PPD<10%。而我国很多学者认为，上述指标要求太高，在我国大部分地区难以实现，所以一般国内认可的可以接受的热环境舒适度为：-1.0<PMV<1.0，相应的PPD为：PPD<26%。
目前，现有的对室内环境的检测一般只采集较易获得的温度或湿度值来评判室内热环境情况，通常为检测方便而不考虑其他环境因素，如美德时温湿度计等，往往不能真实和客观地反映室内热环境情况，从而阻碍了对室内热环境舒适度的准确评价。
发明内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种多参数检测且集成化程度高的室内热环境检测系统，以期能全面客观的测量出室内热环境各参数值，同时整个仪器可以方便携带，达到实时检测的使用目的。
本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
本实用新型一种室内热舒适度检测仪的特点是：
设置所述检测仪包括：由温湿度采集模块、空气流速采集模块和黑球温度采集模块构成的传感器模块、单片机最小系统、显示模块、报警模块和按键模块；
由所述传感器模块获得室内环境采集信号，包括：由所述温湿度采集模块分别获得的室内空气温度检测信号和空气相对湿度检测信号、由所述空气流速采集模块获得的空气流速检测信号和由所述黑球温度采集模块获得的黑球温度检测信号；
由所述单片机对来自传感器模块的室内环境采集信号控制所述显示模块进行显示，并对所述室内环境采集信号和来自所述按键模块的相应的设定信号进行比较，对于超过所述设定信号范围的室内环境采集信号通过所述报警模块发出警报。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
1、本实用新型通过传感器模块能有效地检测出各种室内热环境参数，从而客观全面的反应出室内热环境舒适度情况。
2、本实用新型集成化程度高、实用性强、制作成本低，同时方便随身携带随时检测，达到实时测量评价的使用目的。
3、本实用新型通过对四个热环境变量和两个人为因素采用神经网络建立仿真评价模型，从而智能化地评价室内热环境舒适度。
附图说明
图1为本实用新型系统结构框图；
图2为本实用新型单片机控制器芯片图；
图3为本实用新型温湿度采集模块电路图；
图4为本实用新型风速调理电路图；
图5为本实用新型声光报警模块电路图；
图6为本实用新型液晶显示模块电路图。
具体实施方式
本实施例中，参见图1，设置室内热舒适度检测仪的组成包括：由温湿度采集模块、空气流速采集模块和黑球温度采集模块构成的传感器模块、单片机最小系统、显示模块、报警模块和按键模块；
具体实施中，单片机最小模块采用TI公司的超低功耗的16位MSP430F149作为舒适度评价系统的核心控制器，如图2所示，MSP430F149单片机内部集成了12位200Ksps的A/D转换器，两条可用于异步或同步模式的串行通信接口；6个8位的并行端口，多达60KB的FLASH ROM和2KB的RAM，整个开发、编译和调试都可以在一个软件集成环境中进行，具有运行稳定可靠、集成度高、廉价实用等优点。
由传感器模块获得室内环境采集信号，包括：由温湿度采集模块分别获得的室内空气温度检测信号和空气相对湿度检测信号、由空气流速采集模块获得的空气流速检测信号和由黑球温度采集模块获得的黑球温度检测信号；
如图3所示，具体实施中，温湿度采集模块采用的瑞士SENSIRION公司出品的SHT11温湿度传感器，测量相对湿度的范围是0～100%，测量精度为±4.5RH；测量温度的范围是-40～+123.8℃，测温精度为0.5℃，正是一款适合于室内温湿度检测的智能集成传感器；温湿度传感器SHT11的DATA和SCK分别和MSP430F149单片机的第59引脚和第60引脚即P6.0和P6.1相连接，将采集到的室内空气温度和空气相对湿度传送给单片机。
为了实现该仪器的便携性，减少外围设备和本身仪器的体积，采用脉冲式风速测量传感器作为空气流速采集模块的传感器元件，脉冲式风速测量传感器的优点是体积小、质量小，同时原理简单，能利用风速带动感应元件——叶片的转动引发光电编码器输出脉冲信号，将风速模拟量直接转换成脉冲信号，从而计算出风速，计算公式为V=0.88f，其中V为风速，f为输出脉冲，频率随着风速的增大而线性增加。省去了A/D转换模块而大大提高了仪器的携带性。为了减小干扰，过滤毛刺干扰，给出了风速调理电路如图4所示：其中Vin引脚接入脉冲信号，Fout接MSP430F149单片机的第51引脚。图4中的TLP521作为可控制的光电耦合部件，用于电路之间的信号传输，能够使其前端风速测量传感器与负载完全隔离，目的在于增加电路的安全性，减小电路干扰。
黑球温度是一个体感温度，包括了周围的气温、热辐射等综合因素，在相同的体感之下可比空气温度高2~3℃，在医学上间接地表示了人体对周围环境所感受辐射热的状况。黑球温度采集模块采用JTR04型黑球温度传感器，可同时检测黑球辐射温度及室内空气温度，其测量范围是-5℃～120℃，测量精度为±0.5℃，广泛适用于建筑、暖通空调、环境温度及人体舒适度指标等的测量，其中所采集到的室内空气温度可以与温湿度采集模块所采集的室内空气温度作为互相校准使用，当室内空气温度出现误差时，取其平均值。测得的黑球温度信号和室内空气温度信号分别接入MSP430F149单片机的第56引脚和57引脚。
由MSP430F149单片机对来自传感器模块的室内环境采集信号控制所述显示模块进行显示，并对室内环境采集信号和来自按键模块的相应的设定信号进行比较，对于超过所述设定信号范围的室内环境采集信号通过报警模块发出警报。
参见图5，报警模块由发光二极管和蜂鸣器组成，晶体管Q1起开关作用，当测试仪测量得到的舒适度指标超过国内认可的舒适度范围时，P1.0输出低电平，经过1K限流电阻分压后电流使得晶体管Q1导通，发光二极管闪烁，蜂鸣器发声，提醒用户注意调节空调温度或者开窗通风，也可适当注意衣着，从而达到声光报警的效果。
显示模块选用的是型号为YM12864R的汉字图形点阵液晶显示模块，内藏ST7920控制器，可以实时显示出传感器所采集到的环境参。如图6所示，YM12864R液晶显示模块与MSP430D149单片机的具体连接情况为：VSS和背光LED_K接地；由于本设计中只使用并行数据传输模式，所以PSB与VDD和LED_A一起接高电平；控制信号RS、R/W、EN分别连接到MSP430F149单片机的P5.5至P5.7端口，复位引脚/RET连接到单片机的P5.0端口作为YM12864R控制信号的输入端；DB0～DB7则连接到单片机的P4.0～P4.7端口作为并行数据总线。
具体实施中，通过按键模块设定符合我国热环境舒适度标准的温度值区间在19℃-25℃范围内；湿度值在40%-75%之间；空气流速不超过0.23m/s；黑球温度值一般比室内温度高2℃-3℃；当检测系统实际测量到的数据超过任何一个范围之外，则MSP430F149单片机立刻发出声光报警信号，同时利用显示模块显示所检测到的超出设定值范围的环境因素，提醒人们注意适当改善室内环境。
具体应用中，利用采集到的室内环境参数，还可以按照如下方法建立室内热环境评价系统：利用MSP430F149单片机根据所述黑球温度检测信号通过式（1）计算出平均辐射温度值tr；
tr=tg+2.4v0.5(tg-ta) （1）
其中，tg为黑球温度（℃），v为空气流速（m/s），ta为室内空气温度（℃）
将室内环境采集信号、平均辐射温度值以及通过按键模块输入的人体新陈代谢率和服装热阻值代入公认的Fanger教授提出的PMV-PPD热环境舒适度指标式计算出热环境舒适度指标值。其中，四个环境参数可以通过传感器模块采集，两个人为因素分别是通过查取人体活动与新陈代谢率对照表和人体服装与热阻值对照表的经验数据估算而得的，分别如表1和表2所示；在ASHRAE标准和ISO标准中都制定了相关的查阅表格。本实施例中，人体新陈代谢率取值为1Met，也就是58W/m2，服装热阻取值范围夏季在0.35clo—0.6clo之间，冬季在0.8clo—1.2clo之间。
表1人体活动与新陈代谢率对照表
表2人体服装与热阻值对照表
以YM12864R液晶显示模块实时显示出传感器模块所采集到的四个环境参数和按键模块输入的两个人体参数，同时将MSP430D149单片机计算出的PMV-PPD热环境舒适度指标值和所在7级标尺-3到3之间的区域范围用条形图直观的显示出来，给出冷、凉、微凉、中性、微暖、暖、热这7种感觉评价。以声光报警模块在PMV-PPD热环境舒适度指标超出舒适度范围时发出警报。本检测仪的电源可以采用常规设置的电池或电源适配器。
Claims (1)
1.一种室内热舒适度检测仪，其特征是：
设置所述检测仪包括：由温湿度采集模块、空气流速采集模块和黑球温度采集模块构成的传感器模块、单片机最小系统、显示模块、报警模块和按键模块；
由所述传感器模块获得室内环境采集信号，包括：由所述温湿度采集模块分别获得的室内空气温度检测信号和空气相对湿度检测信号、由所述空气流速采集模块获得的空气流速检测信号和由所述黑球温度采集模块获得的黑球温度检测信号；
由所述单片机对来自传感器模块的室内环境采集信号控制所述显示模块进行显示，并对所述室内环境采集信号和来自所述按键模块的相应的设定信号进行比较，对于超过所述设定信号范围的室内环境采集信号通过所述报警模块发出警报。
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