CN203642334U - 一种新型的暖气设备自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种暖气设备自动控制装置，其特征在于，所述自动控制装置包括：安装在暖气设备上的供热量调节装置；环境因素监测装置，该环境因素监测装置包括摄像头、压力传感器和声音传感器；信号处理和控制系统，该信号处理和控制系统包括接收和处理来自所述环境因素监测装置的信号的信号处理子系统，以及包括对所述供热量调节装置发送指令以调节所述暖气设备的供热量的控制器；以及电源；其中，该信号处理子系统还包括图像处理装置，该图像处理装置连接至所述摄像头并且对摄像头所拍摄的影像进行处理；所述压力传感器安装在房间的出入门附近。

Description

一种新型的暖气设备自动控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能温度控制系统，更具体而言涉及用于取暖设备的自动控制装置。此外，本实用新型的自动控制装置还具有报警和防盗功能。

背景技术

在天气寒冷的地方或者在寒冷的时候，需要采用取暖设备来调节室内的温度。常见取暖设备一般分为集中供热式暖气设备和独立供暖式暖气设备。

例如在公共场所常见的暖气设备是以水作为供暖介质的暖气设备，这些暖气设备与供热锅炉连接，供热锅炉通过管道将热量以水为介质进行传输。但是，在目前的学校，公司等办公区，以及家庭内，屋内的暖气设备存在大量的能源浪费。例如对于办公区域供热时，有些办公室或者学校的教室有人，而有些办公室或者教室没人，目前对于没有人的房间，仍然进行着持续的供暖。而且，对于一个办公室或者教室而言，也会存在没有人的情况发生，但目前对于没有人的房间内仍然是持续供暖的。上述这些情况对于热能是极大的浪费。在一些居住场所，例如学生宿舍、家庭住宅也同样存在上述没人的情况下仍然持续供暖的情况。对于采取自供暖的房间内，也同样存在以上的能源浪费的情况。

由此可见，目前的供暖系统缺乏有效的动态管理机制，这与我国大力倡导的建设资源节约型社会是背道而驰的。此外，在同一供热系统中往往存在不同的用户，每一个人对于温度的要求都不一样，供热系统缺乏灵活的控制手段，造成了资源的大量浪费。

此外，在一些安装暖气的场所，例如办公场所、学校或居民住宅内，有时会发生盗窃的事情，这是由于室内缺乏有效的安全保护措施，造成了室内财产的大量丢失，给人们带来了很大的麻烦。

综上所述，急需一种用于室内安装暖气设备的自动控温装置，该自动控温装置不仅能够安全、快捷和智能化地控制室内温度，而且该装置具有报警功能，这对于控制室内的温度、保护室内的财产起到了很好的效果。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提出了一种基于室内环境因素的暖气设备自动控制装置。

根据本实用新型的第一方面，提出了一种基于室内环境因素的暖气设备自动控制装置，所述自动控制装置包括：安装在暖气设备上的供热量调节装置；环境因素监测装置，该环境因素监测装置包括摄像头、压力传感器和声音传感器；信号处理和控制系统，该信号处理和控制系统包括接收和处理来自所述环境因素监测装置的信号的信号处理子系统，以及包括对所述供热量调节装置发送指令以调节所述暖气设备的供热量的控制器；以及电源；其中，该信号处理子系统还包括图像处理装置，该图像处理装置连接至所述摄像头并且对摄像头所拍摄的影像进行处理。

根据本实用新型的第二方面，在所述暖气设备自动控制装置中，所述的供热量调节装置可以是安装在暖气设备的供热管的流量调节器。

根据本实用新型的第三方面，在所述暖气设备自动控制装置中，所述供热量调节装置可以是安装在暖气设备的热源发生器上的功率调节装置。

根据本实用新型的第四方面，在本实用新型的是一个实施方式中，所述电源包括光储能电源，所述流量调节装置包括安装在暖气设备的供热管上的流量阀和驱动流量阀的、根据所述控制器的输出端信号变化来改变转速和方向的步进马达。

根据本实用新型的第五方面，在本实用新型的暖气设备自动控制装置的一个实施方式中，所述暖气设备是水暖设备，所述供热量调节装置是供水管的水量调节阀以及该水量调节阀上安装的步进马达；水暖设备的暖气片和所述控制器之间设置有测温装置；所述信号处理和控制系统设置有显示装置。

根据本实用新型的第六方面，在本实用新型的一个实施方式中，所述暖气设备自动控制装置还包括自供电装置，所述自供电装置包括所述光储能电源，所述光储能电源在内部具有能量转化模块；所述自供电装置还包括位于所述步进马达内的发电模块。

根据本实用新型的第七方面，在所述暖气设备自动控制装置中的一个实施方式中，所述控制器是51单片机，并且该51单片机带有无线通讯模块。

根据本实用新型的第八方面，在所述暖气设备自动控制装置中的一个实施方式中，所述压力传感器设置在出入门附近的入口通道处，并且具有能够检测人员进入房间所引起的第一压力变化以及人员离开房间所引起的第二压力变化的传感器组件。

根据本实用新型的第九方面，在所述的暖气设备自动控制装置中，所述图像处理设备还具有人脸辨识模块，所述人脸识别模块连接至报警装置。

根据本实用新型的第十方面，在所述的暖气设备自动控制装置中，所述显示装置具有显示当前室内温度和/或报警信息的显示屏，同时所述报警装置的所述警告信号是图像信号、光信号、声音信号、手机短信、电子邮件等信号中的至少一种。

本实用新型的有益之处至少在于以下方面：

通过利用本实用新型，能够更好的节约能源，有效地控制室内的温度变化。同时根据本实用新型的自动控制装置还具有防盗和报警的功能。

附图说明

参考附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，附图中：

图1示意性示出了根据本实用新型的一个实施方式的示意图。

图2示意性示出了根据本实用新型的一个实施方式的原理图。

图3示意性示出了根据本实用新型的暖气设备自动控制装置的一个实施方式的结构图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。

根据本实用新型，提出了一种基于室内环境因素的暖气设备的自动控温装置，该自动控温装置可以实现对于暖气设备的动态管理，有效避免能源的浪费。下文中，以水作为供热介质来说明本实用新型的自动控温装置，但是本领域普通技术人员可以理解，本实用新型同样可以应用于其他供热介质，例如导热油、蒸汽、高温水等的流体类供热介质。

图1至图3示出了本实用新型的示意图。图1概括地出了根据本实用新型的原理图。图2示意性示出了根据本实用新型的一个实施方式的原理图，其中供热量调节装置是安装在暖气设备的供热管的流量调节器。

图1示出了本实用新型的用于暖气设备的自动控温装置1000。该控温装置包括：安装在暖气设备400上的供热量调节装置300、环境因素监测装置100、信号处理和控制系统200以及电源900。环境因素监测装置100包括摄像头140、压力传感器170和声音传感器180等。该信号处理和控制系统200包括接收和处理来自所述环境因素监测装置的信号的信号处理子系统，以及包括对所述供热量调节装置发送指令以调节所述暖气设备的供热量的控制器。其中，该信号处理子系统还包括图像处理装置，该图像处理装置连接至所述摄像头并且对摄像头所拍摄的影像进行处理。

信号处理子系统接收和处理来自环境因素监测装置100的信号，然后将处理后的信息发送给控制器。控制器然后对供热量调节装置300发送指令，以调节暖气设备400的供热量。

信号处理子系统还包括图像处理装置250（如图2所示），该图像处理装置250连接至摄像头140，对摄像头140所拍摄的影像进行处理，从而判断室内是否有人。图像处理装置将所获得的室内有人或者无人的状态信息V发送给控制器。

压力传感器170安装在房间的出入门附近，用于检测出入门附近的压力变化，并且将检测到的压力变化信号P发送至信号处理子系统。

声音传感器180将检测到的声音信号S发送至信号处理子系统。

信号处理子系统根据来自摄像头140、压力传感器170和声音传感器180的信号来判断室内是否有人，并将上述判断结果发送至控制器。

当信号处理子系统判定室内有人时，控制器则对所述供热量调节装置300发出增大供热量的指令；当信号处理子系统判定室内无人时，控制器则对热量调节装置300发出减小供热量或者关闭供热的指令。供热量调节装置300根据来自控制器的指令来调节供热量，从而实现对于暖气设备400的温度的自动调节，有效避免了能源的浪费。

在本实用新型的一个实施方式中，供热量调节装置可以是安装在暖气设备的供热管的流量调节器。可选地，例如对于自供暖的居民供暖设备，供热量调节装置也可以是安装在暖气设备的热源发生器上的功率调节装置。该功率调节器例如可以是对燃气炉的燃烧功率、电热率的发热功率等进行调节的调节器。

优选地，在暖气设备自动控制装置中，电源包括光储能电源901。该光储能电源可以为控制器以及其他部件提供电力。

在本实用新型的一个实施方式中，流量调节装置300包括安装在供热管上的流量阀330和驱动该流量阀的步进马达320。在对室内是否有人做出判定后，控制器（例如单片机210）根据判定结果发送控制信号至步进马达320，控制器通过输出端信号的变化来改变步进马达320的转速和方向，进而控制流量阀330的开闭状态和开启程度，从而控制供热介质的流量。

在本实用新型的一个优选实施方式中，根据本实用新型的暖气设备自动控制装置可以用于水暖设备，供热量调节装置300是安装在供水管的水量调节阀330以及该水量调节阀上安装的步进马达320。控制器，在该实施方式中可以是单片机210。该单片机210通过改变步进马达320的输入电流的大小和方向来改变步进马达320的转轴旋转的速度和方向，从而达到控制水量调节阀330的快慢以及开关状态。

水暖设备的暖气片410和控制器之间设置有测温装置110，使得对于控制系统构成闭环，通过检测暖气温度的变化来影响控制器的输入，避免温度变化幅度过大，使得温度维持在相对稳定的数值上；

控制器上还可以设置显示装置211，该显示装置显示检测到的当前室内的温度值，控制器在室内温度高于或者低于预定值时通过警报装置（未示出）发出警报。

优选地，在根据本实用新型的暖气设备自动控制装置中，还包括自供电装置，该自供电装置包括光储能电源901，所述光储能电源在内部具有能量转化模块，通过该模块使光能转化成电能，并进行存储。此外，自供电装置还可以包括位于步进马达内的发电模块。在本实用新型中，步进马达的工作模式可以分为“发电”模式和“用电”模式，步进马达根据水流调节阀转动方向的不同所引起的步进马达转轴的相应旋转的方向而处于的上述的两种工作模式之一。当步进马达处于“发电模式”时，水量调节阀的转动通过发电模块转化成电能并且储存电能。

在一个实施方式中，控制器可以是51单片机，并且该51单片机带有无线通讯模块，例如红外线、蓝牙、Wifi等无线模块。通过51单片机输出的脉冲的变化，进而控制步进马达一步步旋转从而控制水量调节阀的旋转程度。通过无线通讯模块，用户可通过配对的遥控器来控制控制器对供热量调节装置所发送的指令，从而改变室内温度。该无线通讯模块可以与其它房间内的自动控温装置的无线通讯装置相互通讯，从而实现信息共享和统一控制。

根据本实用新型的暖气设备自动控制装置1000还可以通过压力传感器170来判断室内是否有人。压力传感器170可以设置在房间的入口通道处，例如布置在通道的地毯上。压力传感器可以通过检测人员进入房间所引起压力变化。例如，在通道的地毯或者地砖上布置多个压力传感器。人员在经过通道时，进入到室内的人员会先引起室外的压力传感器变化，然后才引起室内的压力传感器变化。将上述人员进入房间所引起的压力变化标记为第一压力变化。而外出的人员在经过通道时，会先引起室内的传感器压力变化，然后引起室外的压力变化。将离开房间所引起的压力变化标记为第二压力变化。

压力传感器将检测信号发送给信号处理和控制系统。该系统中的信号处理器统计压力传感器所检测到的第一压力变化和第二压力变化的次数。当第一压力变化的次数大于第二压力变化的次数时，则判定室内有人，控制器由此向供热量调节装置发送增大供热量的指令；当第一压力变化次数等于第二压力变化的次数时，所述信号处理和控制系统则判定室内无人，所述控制器则向所述热量调节装置发送减小供热量的指令。

在其它的实施方式中，压力传感器也可以布置在房门上，根据房门开关所引起的压力的变化来判断室内是否有人（下文描述）。

此外，图像处理设备还可以具有人脸辨识模块。该人脸识别模块对摄像头所拍摄到的人脸图像进行处理，判断室内的人的面孔是否是预储存的用户面孔，当判定为室内的人是新面孔时，则驱动报警装置（未示出）发出警告信号。

优选地，显示装置可以具有显示当前室内温度和/或报警信息的显示屏。报警装置的警告信号可以是图像信号、光信号、声音信号、手机短信、电子邮件等信号中的至少一种。

图3示意性示出了根据本实用新型的暖气设备自动控制装置的一个实施方式的结构图。下面结合图2和图3来说明一种用于水暖暖气设备的根据本实用新型的自动控温装置。

在图3所示的实施方式中，在水量调节阀330的上面连接有步进马达320，步进马达320根据输入电流的大小和方向来改变自身转轴旋转的速度和方向，从而控制水量调节阀的快慢以及开关状态。具体而言，步进马达320是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件。在非超载的情况下，马达的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给马达加一个脉冲信号，马达则转过一个步距角，从而达到稳定的控制水量调节阀330的快慢以及开关状态。

控制器（51单片机210）由光储能电源901提供能量，输入端连接信号处理器260、图像处理设备250和测温装置110的输出，通过三者信号的改变影响51单片机210的输入端。

光储能电源901为控制器等提供电能，在光储能电源901内部安装有太阳能电池，通过吸收光照为自己充电，同时该电源内部安装有转化电路，也可以将步进马达320传输的电能存储。

单片机210的输入端连接信号处理器260、图像处理设备250和测温装置110的输出。通过三者信号的变化影响单片机的输入端，输入端在信号发生变化下改变单片机中的控制电路和时钟电路的电压脉冲，进而改变单片机的输出电路电压信号。单片机210的输出端连接步进马达320。由于控制器采用传统的51单片机，这使得输出为脉冲信号，通过输出端脉冲信号的变化从而改变步进马达320的转速和方向，

在控制器的输入端还连接有摄像头140，该摄像头可以通过红外线捕捉室内的人的图像并且首先将图像数字化，然后将输入信息信号输入到图像处理装置250中的人脸识别系统，输入信号在人脸识别系统中经过人脸捕获与跟踪模块、人脸识别比对模块、人脸检索模块和图像质量检测模块的判断，以判断室内是否有人以及该人是否为陌生人，从而通过控制器决定暖气设备处于开通还是关闭状态。

在控制器输入端连接有压力传感器170和声音传感器180。

当门开通或者关闭时，在压力传感器170中的片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号，通过电信号的变化情况判断室内的门处于开通或者关闭的状态。压力传感器170同时具有计数功能，根据所得压力变化次数是奇数还是偶数，可以判断出人是在屋内还是在屋外。

例如，在一个实施方式中，压力传感器170具有计数功能，通过感知室内门附近压力变化的次数，从而判断变化次数是奇数还是偶数，当是奇数时，表示室内有人，压力传感器信号影响控制器，使得室内温度逐渐升高，当是偶数时，则执行相反的操作。

同时，当门开通与关闭以及人在室内走动时，都会发出声音，声音传感器180通过声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换（数字模拟信号转换）被数据采集器接受，并传送给控制器以变化判断室内是否有人。

通过上述三种传感器的信号相互配合，能够达到控制室内暖气设备温度的效果。

另外，测温装置110通过使用温度传感器连接于暖气片410和控制器之间，使得控制系统构成闭环。通过检测暖气温度的变化，从而影响温度传感器的输入和输出，最终影响控制器的输入，从而避免温度变化幅度过大，使得温度维持在相对稳定的数值上。

在控制器上还可以安装有小液晶显示器211，其内部安装有喇叭、放大电路和报警电路。该显示器211显示当前室内的温度值，并且当室内温度过高、过低时以及室内有陌生人进入时，进行报警。

步进马达320同时还具有发电模块，在水流调节阀转动的过程中，分为“发电”模式和“用电”模式，由步进马达转轴旋转的方向决定采用哪种模式。在马达轴正转的情况下，步进马达320通过光储能电源901消耗电能转动，在反转的情况下步进马达320将自己转动的机械能转化为电能，存储在光储能电源901里面，实现循环利用能量。

控制器由典型的51单片机组成，并且带有蓝牙功能。通过单片机输出的脉冲的变化，进而控制步进马达一步步旋转；应用蓝牙功能，用户可通过遥控器控制控制器的输出信号，以改变室内温度；同时不同室内的蓝牙拥有共享功能，当室内没有人时，蓝牙信息相互沟通，起到统一控制效果。

图像处理设备250不仅具有处理图像的能力，还具有人脸辨识的能力。该图像处理设备根据拍摄的图像判断屋内是否有人，更重要的是判断进来的人是熟悉的人还是陌生人，当是陌生人时，会驱动小液晶显示器进行报警。

光储能电源901可以具有自给自足的能力，在电源内部具有能量转化模块，通过模块使光能转化成电能，并进行存储；同时当步进马达反转时，也能通过转化电路储存电能。

小液晶显示器211，通过和控制器连接具有显示当前室内温度的功能，同时在显示器内部安装有喇叭、放大电路和报警电路，能发出报警声，具有报警功能。

本领域普通技术人员可以理解的是，虽然上述的示例性实施方式是以水暖暖气设备为例来说明的，但本实用新型同样可以应用于自取暖的家用式暖气设备，而且也可以应用于采用其他供热介质例如蒸汽、导热油等的暖气设备。

本实用新型的保护范围不限于上述实施方式，凡是依据本实用新型技术原理所作的显而易见的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。实用新型的范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种暖气设备自动控制装置，其特征在于，所述自动控制装置包括： 

安装在暖气设备上的供热量调节装置； 

环境因素监测装置，该环境因素监测装置包括摄像头、压力传感器和声音传感器； 

信号处理和控制系统，该信号处理和控制系统包括接收和处理来自所述环境因素监测装置的信号的信号处理子系统，以及包括对所述供热量调节装置发送指令以调节所述暖气设备的供热量的控制器；以及 

电源； 

其中，该信号处理子系统还包括图像处理装置，该图像处理装置连接至所述摄像头并且对摄像头所拍摄的影像进行处理。 

2.根据权利要求1所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于，所述的供热量调节装置是安装在暖气设备的供热管的流量调节器。 

3.根据权利要求1所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于，所述的供热量调节装置是安装在暖气设备的热源发生器上的功率调节装置。 

4.根据权利要求2所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于， 

所述电源包括光储能电源， 

所述流量调节装置包括安装在暖气设备的供热管上的流量阀和驱动流量阀的、根据所述控制器的输出端信号变化来改变转速和方向的步进马达。 

5.根据权利要求1、2和4中之一所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于， 

所述暖气设备是水暖设备，所述供热量调节装置是供水管的水量调节阀以及该水量调节阀上安装的步进马达； 

水暖设备的暖气片和所述控制器之间设置有测温装置； 

所述信号处理和控制系统设置有显示装置。 

6.根据权利要求5所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于， 

所述暖气设备自动控制装置还包括自供电装置，所述自供电装置包括所述光储能电源，所述光储能电源在内部具有能量转化模块； 

所述自供电装置还包括位于所述步进马达内的发电模块。 

7.根据权利要求5所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于， 

所述的控制器是51单片机，并且该51单片机带有无线通讯模块。 

8.根据权利要求5所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于， 

所述压力传感器设置在出入门附近的入口通道处，并且具有能够检测人员进入房间所引起的第一压力变化以及人员离开房间所引起的第二压力变化的传感器组件。 

9.根据权利要求5所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于， 

所述图像处理设备还具有人脸辨识模块，所述人脸识别模块连接至报警装置。 

10.根据权利要求9所述的暖气设备自动控制装置，其特征在于，所述显示装置具有显示当前室内温度和/或报警信息的显示屏，同时所述报警装置的警告信号是图像信号、光信号、声音信号、手机短信、电子邮件信号中的至少一种。 

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