CN203274125U - 一种随身感空调 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于空调技术领域，提供一种随身感空调，所述随身感空调包括至少一个风门，每个风门连接有风门驱动器，所述空调还包括：红外温度传感器、超声波传感器、转动装置和微处理器，所述微处理器接分别与所述红外温度传感器、超声波传感器、转动装置和风门驱动器连接，所述微处理器根据接收到的数据确定风门角度，并向所述对应风门驱动器输出控制命令以控制风门转动。本实用新型技术方案在红外温度传感器的基础上增加了超声波传感器，红外温度传感器和超声波传感器结合定位人体更为精确，使得空调具有很好的随身感效果。

Description

一种随身感空调

技术领域

本实用新型属于空调技术领域，尤其涉及一种随身感空调。

背景技术

空调随身感技术就是在一个房间内，人走到那里，空调风口始终吹向人体，使人快速取暖或降温；或者控制风口避开人体，避免由于直接吹风造成的人体不适，相比用户手动设定送风范围的方式，随身感空调更为智能化，送风范围更集中，可以更省电，送风范围以使用者为中心，感觉更舒适。

空调随身感技术的关键是准确识别人体和定位人体所在位置，然后控制风门的角度，通常随身感空调都是通过红外测温定位实现，即通过分区定位的方式把房间分为多个区域，然后检测区域内的温度判断区域内是否有人体，然后确定决定送风范围。红外测温可以判断出区域内是否有人体存在，但人体定位精度就比较差，误差一般有2米左右，很难达到随身感效果

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种随身感空调，旨在解决现有的随身感空调定位误差大、效果不佳的技术问题。

所述随身感空调包括至少一个风门，每个风门连接有风门驱动器，所述空调还包括：

用于测量区域内温度分布并输出温度数据的红外温度传感器；

用于测量物体距离并输出距离数据的超声波传感器；

用于驱动所述红外温度传感器和超声波传感器转动扫描，并输出转动角度数据的转动装置；

用于接收所述红外温度传感器输出的温度数据、所述超声波传感器输出的距离数据、所述转动装置输出的转动角度数据的微处理器，所述微处理器根据所述温度数据、距离数据、转动角度数据以及转动装置与风门中心距离确定风门角度，并向所述对应风门驱动器输出控制命令以控制风门转动，所述微处理器分别与所述红外温度传感器、超声波传感器、转动装置和风门驱动器连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型技术方案在红外温度传感器的基础上增加了超声波传感器，微处理器根据所述红外温度传感器输出的温度数据、所述超声波传感器输出的距离数据、所述转动装置输出的转动角度数据以及转动装置与风门中心距离来确定风门角度，进而根据所述风门角度控制对应的风门转动，将风门对准人体或避开人体，由于本实用新型增加了超声波传感器，红外温度传感器和超声波传感器结合定位人体更为精确，使得空调具有很好的随身感效果。

附图说明

图1是单风门空调和左右风门空调示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的随身感空调的结构示意图；

图3是转动角度-温度关系图和转动角度-距离关系图；

图4是微处理器结构方框图；

图5是人体距离、转动装置与风门中心距离、偏角以及风门角度的几何关系图；

图6是转动转置与风门中心点重合时的随身感空调的结构示意图；

图7是外温度传感器与超声波传感器的中心不重合的位置关系图；

图8是本实用新型第二实施例提供的空调风门控制方法的流程图；

图9是图8中步骤S82的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

空调通常包括一个风门1，如图1a所示的单风门空调，但也存在一些多风门空调，如图1b所示的左右风门空调，但不管怎样，每个风门都是由独立的风门驱动器驱动，所述各个风门驱动器在所述微处理器的控制下控制风门转动。本实用新型是通过增加超声波传感器来实现人体精确定位，进而控制风门转动，为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图2示出了本实用新型第一实施例提供的随身感空调的示意结构，为了便于说明仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

本实施例提供的随身感空调至少一个风门1，每个风门连接有风门驱动器（图中未示出），每个风门都是独立控制，所述空调还包括：

用于测量区域内温度分布并输出温度数据的红外温度传感器2；

用于测量物体距离并输出距离数据的超声波传感器3；

用于驱动所述红外温度传感器和超声波传感器转动，并输出转动角度数据的转动装置4；

用于接收所述红外温度传感器输出的温度数据、所述超声波传感器输出的距离数据、所述转动装置输出的转动角度数据的微处理器（图中未示出），所述微处理器分别与所述红外温度传感器2、超声波传感器3、转动装置4和风门驱动器连接，所述微处理器根据所述温度数据、距离数据、转动角度数据以及转动装置与风门中心距离确定风门角度，并向所述对应风门驱动器输出控制命令控制风门转动。为了方便描述，上述图2中红外温度传感器2和超声波传感器3的中心重合（当然也可以不重合），在图2中，转动装置设在风门轴线上的任一位置，假设转动装置的中心点A与风门中心点F之间的距离为D。

在工作时，转动装置每隔一定时间控制红外温度传感器和超声波传感器转动扫描一次，实际情况下空调风门具有一定的摆动角度范围，假设以风门轴线右方向为X轴，风门的摆动角度范围为30°～150°，那么转动转置每隔一定时间控制红外温度传感器和超声波传感器从30°方向至150°方向扫描一次，或者从150°方向至30°方向扫描一次。在每次扫描过程中，所述红外温度传感器可以检测出房间内各个方向区域的温度，并且输出一组连续的温度数据，所述超声波传感器发出超声波信号，超声波遇到障碍物返回，超声波传感器接收到返回信号，根据发送超声波信号和接收到返回信号的时间间隔，就可以计算出障碍物的距离，因此超声波在扫描过程中也会输出一组连续的距离数据，同时所述转动装置在转动过程中同样会输出一组转动角度数据，作为一种优选方式，所述转动装置为步进电机驱动组件，包括步进电机及其外围组件，所述步进电机通过外围组件驱动所述红外温度传感器和超声波传感器转动，所述步进电机可以正转或反转，根据步进电机正转或反转的步进数目就可以输出一组转动角度数据，所述转动角度数据可以表述当前转动装置所处的角度方向，比如假设步进电机从30°方向开始转动扫描，此时步进电机输出的转动角度数据为30°，当步进电机电机正向转过10°后，那么步进电机输出的转动角度数据为40°，因此步进电机可以输出一组连续的转动角度数据。因此在每次扫描过程中，就可以得到转动角度-温度关系图和转动角度-距离关系图，分别如图3a和图3b所示。

作为一种优选实现方式，如图4所示，所述微处理器包括：

数据获取模块51，用于获取所述红外温度传感器输出的温度数据、所述超声波传感器输出的距离数据、所述转动装置输出的转动角度数据，以及转动装置与风门中心距离；

边界确定模块52，用于根据所述温度数据和转动角度数据确定人体边界范围；

距离角度确定模块53，用于根据所述距离数据确定在所述人体边界范围内的人体距离，并将所述人体距离对应的转动角度作为人体相对空调的偏角，所述偏角为人体与超声波传感器之间的连线与风门轴线的夹角；

命令生成输出模块54，用于根据所述人体距离、转动装置与风门中心的距离以及所述偏角确定风门角度，并根据所述风门角度向对应的风门驱动器输出控制命令以控制风门转动。

人体正常体温平均在36～37℃之间，考虑各种意外情况和测量中不可避免的存在误差，设定32～40℃之间为人体体温，超出这部分物体判断为非人体，假设经红外温度传感器扫描后得到的转动角度-温度关系图如图3a所示，当红外温度传感器扫描到人体时，输出温度数据为房间内36℃，扫描到其他方位时，输出的温度数据为24℃，边界确定模块将满足32～40℃范围内的温度数据对应的转动角度作为人体边界范围，即图3a所示的70°～90°，这表明红外温度传感器发现人体在其转动角度为70°～90°的范围之内（如图2所示的大扇形区域），若扫描不成功，没有发现房间中存在人体，则按照空调默认方式处理。假设经超声波传感器扫描后得到的转动角度-距离关系图如图3b所示，距离角度确定模块在所述人体边界范围（即转动角度为70°～90°的范围）确定人体距离L，所述人体距离L为人体与超声波传感器之间的距离，并将所述人体距离对应的转动角度作为人体相对空调的偏角β，所述偏角β为人体与超声波传感器之间的连线与风门轴线的夹角。

由于人体在房间内可以被红外温度传感器检测出来，那么人体不会被其他物体所挡，因此优选的，所述距离角度确定模块将在所述人体边界范围内的最短距离作为人体距离L，比如图3b中，在70°～90°范围内最短距离为2.87m，此时L=2.87m，进一步的，由于人体不是一个点，因此所述人体距离（即人体边界范围内的最短距离）对应的转动角度为一连续角度范围，如图3b所示的78°～82°范围，在此范围内，最短距离均为2.87m，此时作为优选方式，将所述连续角度范围的中间值作为偏角，即偏角β=80°，最后命令生成输出模块根据所述人体距离L、转动装置与风门中心的距离D以及偏角β确定风门角度α，并根据所述风门角度α向对应的风门驱动器输出控制命令以控制风门转动。

当D不为0时，即所述转动装置安装于非风门中心位置，如图2所示的风门中心F左侧的A点，参照图5所示的几何关系来确定风门角度α：

（1）当D=L*Cos(β)时，如图5b所示，此时风门角度α=90°；

（2）当D<L*Cos(β)时，如图5a所示，AF边上高h=L*Sin(β)，由公式(L*Cos(β)-D)/h=Cot(α)得出， $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{arcCot}\frac{L*\mathrm{Cos}\left(\mathrm{\&beta;}\right)-D}{L*\mathrm{Sin}\left(\mathrm{\&beta;}\right)};$

（3）当D>L*Cos(β)时，如图5c所示，AF边上高h=L*Sin(β)，由公式(D-L*Cos(β))/h=Cot(π-α)=-Cotα，所以Cotα=(L*Cos(β)-D)/h，

因此， $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{arcCot}\frac{L*\mathrm{Cos}\left(\mathrm{\&beta;}\right)-D}{L*\mathrm{Sin}\left(\mathrm{\&beta;}\right)};$

综上，此种情况下 $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{arcCot}\frac{L*\mathrm{Cos}\left(\mathrm{\&beta;}\right)-D}{L*\mathrm{Sin}\left(\mathrm{\&beta;}\right)}.$

当D为0时，即所述转动装置安装于风门中心位置，此时A点与F点重合，如图6所示，此时α=β。

因此无论D为何值，均有风门角度 $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{arcCot}\frac{L*\mathrm{Cos}\left(\mathrm{\&beta;}\right)-D}{L*\mathrm{Sin}\left(\mathrm{\&beta;}\right)}.$

由于转动装置是每隔一定时间扫描一次，因此如果人体移动了，那么每次扫描后得到的人体距离L和偏角β可能不同，此时重新计算风门角度α，然后调整对应风门转动。

以上均是在所述红外温度传感器与超声波传感器的中心重合的情况下计算的，但如果所述红外温度传感器与超声波传感器的中心不重合，如图7所示，此时红外温度传感器与超声波传感器的中轴之间存在一相对角度γ，因此所述距离角度确定模块在得到人体边界范围后还需进行修正，假设人体边界范围为[A1，A2]，此时对所述人体边界范围修正为[A1-γ，A2-γ]，并在[A1-γ，A2-γ]范围内确定人体距离L和偏角β。

需要说明的是，在实际处理过程中，微处理器不需要把转动角度-温度关系图和转动角度-距离关系图都测量出来，可以根据实际情况有选择的测量，并简化计算，比如红外温度传感器在扫描过程中，在检测到温度符合人体温度的开始时刻和结束时刻分别对应开启和关闭超声波传感器，超声波传感器直接将在启动期间所检测的最短距离作为人体距离，所述人体距离对应的转动角度作为偏角，这样可以简化计算。

这里将一套红外温度传感器、超声波传感器和转动装置称为一套组合装置，当空调具有多个风门时，可以为每个风门设置一套组合装置，微处理器根据接受到各套组合装置返回的数据控制对应风门转动，当然为了降低成本和减少计算量，也可以仅设置一套组合装置，数据获取模块获取转动装置相对于不同风门与风门中心距离D，距离角度确定模块再获取对应的偏角β，人体距离L是一致的，命令生成输出模块再计算得到风门角度α，并通过对应的风门驱动器控制风门转动。

实施例二：

图8示出了本实用新型第二实施例提供的空调风门控制方法的流程，为了便于说明仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

本实施例提供的空调风门控制方法适用于实施例一所述的随身感空调，所述方法包括：

步骤S81、控制红外温度传感器和超声波传感器转动扫描，并接收所述红外温度传感器输出的温度数据、所述超声波传感器输出的距离数据、所述转动装置输出的转动角度数据，以及获取转动装置与风门中心距离。

可以通过微处理器设定转动装置的扫描频率，比如可以设定每隔15秒转动转置转动扫描一次，由于红外温度传感器和超声波传感器受所述转动转置驱动，因此所述红外温度传感器和超声波传感器也可以按设定的扫描频率扫描，在扫描过程中，所述红外传感器会输出一组连续的温度数据，所述超声波传感器会输出一组连续的距离数据，所述转动转置会输出一组连续的转动角度数据，微处理器接收这些数据，可以得到转动角度-温度关系图和转动角度-距离关系图。若转动转置设置在风门的非中心处，那么还需获取转动转置与风门中心的距离D。

步骤S82、根据所述温度数据、距离数据、转动角度数据，以及转动装置与风门中心距离确定风门角度，并向所述对应风门驱动器输出控制命令以控制风门转动。

微处理器根据所述转动角度-温度关系图和转动角度-距离关系图以及转动装置与风门中心距离确定风门角度，具体的，如图9所示，所述步骤S82包括：

步骤S821、根据所述温度数据和转动角度数据确定人体边界范围。

红外温度传感器在扫描过程中，在检测到温度符合人体温度时可以判断当前区域中存在人体，并获取符合人体温度时对应的转动角度作为人体边界范围，如图3a所示的70°～90°范围。

步骤S822、根据所述距离数据确定在所述人体边界范围内的人体距离，并将所述人体距离对应的转动角度作为人体相对空调的偏角，所述偏角为人体与超声波传感器之间的连线与风门轴线的夹角。

由于检测到人体边界范围内存在人体，因此人体不会被障碍物遮挡，因此作为优选方式，本步骤中将人体边界范围内的最短距离作为人体距离L，如图3b所示的2.87m，由于人体不是一个点，因此所述人体距离对应的转动角度为一连续角度范围，如图3a所示的78°～82°，优选的，将所述连续角度范围的中间值作为偏角β，即偏角为80°。

步骤S823、根据所述人体距离、转动装置与风门中心的距离以及所述偏角确定风门角度，并根据所述风门角度向对应的风门驱动器输出控制命令以控制风门转动。

当述红外温度传感器与超声波传感器的中心重合时，参照实施例一中几何分析可知，风门角度

若转动装置设在风门轴线中心位置，那么D=0，此时α=β。但如果所述红外温度传感器与超声波传感器的中心不重合，存在一相对角度γ，

微处理器再根据所风门角度输出控制命令，通过驱动风门驱动器控制对应风门转动，若需要将风口对准人体，则控制风门转动使其角度方向为80°，若需要将风口避开人体，风门的动角度范围为30°～150°，则控制风门使其在30°～80°或80°～150°范围内摆动。此时需要对人体边界范围进行修正，假设人体边界范围为[A1，A2]，此时对所述人体边界范围修正为[A1-γ，A2-γ]，并在[A1-γ，A2-γ]范围内确定人体距离L和偏角β。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种随身感空调，包括至少一个风门，每个风门连接有风门驱动器，其特征在于，所述空调还包括：

用于测量区域内温度分布并输出温度数据的红外温度传感器；

用于测量物体距离并输出距离数据的超声波传感器；

用于驱动所述红外温度传感器和超声波传感器转动扫描，并输出转动角度数据的转动装置；

用于接收所述红外温度传感器输出的温度数据、所述超声波传感器输出的距离数据、所述转动装置输出的转动角度数据的微处理器，所述微处理器根据所述温度数据、距离数据、转动角度数据以及转动装置与风门中心距离确定风门角度，并向所述对应风门驱动器输出控制命令以控制风门转动。

2.如权利要求1所述的随身感空调，其特征在于，所述微处理器包括：

数据获取模块，用于获取所述红外温度传感器输出的温度数据、所述超声波传感器输出的距离数据、所述转动装置输出的转动角度数据，以及转动装置与风门中心距离；

边界确定模块，用于根据所述温度数据和转动角度数据确定人体边界范围；

距离角度确定模块，用于根据所述距离数据确定在所述人体边界范围内的人体距离，并将所述人体距离对应的转动角度作为人体相对空调的偏角，所述偏角为人体与超声波传感器之间的连线与风门轴线的夹角；

命令生成输出模块，用于根据所述人体距离、转动装置与风门中心的距离以及所述偏角确定风门角度，并根据所述风门角度向对应的风门驱动器输出控制命令以控制风门转动。

3.如权利要求2所述的随身感空调，其特征在于，所述转动转置为步进电机驱动组件。

4.如权利要求3所述的随身感空调，其特征在于，所述转动装置设在所述风门轴线任一位置处。

5.如权利要求4所述的随身感空调，其特征在于，所述红外温度传感器与超声波传感器的中心重合。

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