CN205607539U - 温度感测装置以及空调系统 - Google Patents

Abstract

一种温度感测装置包含至少二个热电堆传感器以及一信号处理器。二个热电堆传感器感测一总合视角内的红外线以转换为一感测信号，其中热电堆传感器为一2维阵列传感器。信号处理器与二个热电堆传感器电性连接，其用以处理感测信号以产生一温度分布影像，并比较当前的温度分布影像以及前一个温度分布影像，以获得一静止热源区域以及一移动热源区域至少其中之一的一热源区域信息。同时亦揭露一种包含上述温度感测装置的空调系统。

Description

温度感测装置以及空调系统

【技术领域】

本实用新型是有关一种感测装置以及空调系统，特别是一种温度感测装置以及空调系统。

【背景技术】

节能减碳是目前人们所面临的共同课题。伴随着经济成长，家庭用电因照明、冰箱、空调系统的普及而成跳跃式的成长，其中，供应冷气及/或暖气的空调系统占家庭用电的比例高达45％。因此，开发节能的空调系统已刻不容缓。

目前业界已开发出可检测人体位置，再针对人体周围送风，或是依据人体活动而自动调整适当温度的空调系统。然而，已知的人体感测元件是采用焦电式(pyroelectric)红外线传感器，例如被动式(passive infrared sensor，PIR)红外线传感器。然而，焦电式红外线传感器只能检测移动中的人体，当人体静止不动时则无信号输出，因此，焦电式红外线传感器不适合应用于空调系统。此外，目前市场上未有2维阵列的大型焦电式红外线传感器，例如8x8、16x16或32x32像素，因此，传统方法是采用线性的红外线传感器(例如1x8像素)，再搭配马达等元件驱动来达到2维空间的人体感测功能。依据此结构，不仅结构较为复杂，且有成本较高以及反应速度较慢的问题。

综上所述，提供一种结构简单且反应时间较短的温度感测装置便是目前极需努力的目标。

【实用新型内容】

本实用新型提供一种温度感测装置以及空调系统，其包含至少二个2维阵列型式的热电堆传感器，以获得一温度分布影像，并比较不同时间的温度分布影像即可获得静止热源区域以及移动热源区域的热源区域信息，以据以调整空调系统的温度设定或风向。

本实用新型一实施例的温度感测装置包含至少二个热电堆传感器以及一信号处理器。二个热电堆传感器感测一总合视角内的红外线以转换为一感测信号，其中，热电堆传感器为一2维阵列传感器。信号处理器与二个热电堆传感器电性连接，其用以处理感测信号以产生一温度分布影像，并比较当前的温度分布影像以及前一个温度分布影像，以获得一静止热源区域以及一移动热源区域至少其中之一的一热源区域信息。

本实用新型另一实施例的空调系统包含一温度感测装置以及一空调主机。温度感测装置包含至少二个热电堆传感器以及一信号处理器。二个热电堆传感器感测一总合视角内的红外线以转换为一感测信号，其中，热电堆传感器为一2维阵列传感器。信号处理器与二个热电堆传感器电性连接，其用以处理感测信号以产生一温度分布影像，并比较当前的温度分布影像以及前一个温度分布影像，以获得一静止热源区域以及一移动热源区域至少其中之一的一热源区域信息。空调主机包含一摆叶以及一控制器。控制器与温度感测装置电性连接，并依据热源区域信息自动调整一温度设定或控制摆叶的角度，以调整空调主机的输出风向。

以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】

图1为一示意图，显示一空调空间的俯视图。

图2为一示意图，显示一空调空间的侧视图。

图3为一示意图，显示本实用新型一实施例的空调系统。

图4为一方块图，显示本实用新型一实施例的温度感测装置的热电堆传感器。

图5为一方块图，显示本实用新型一实施例的温度感测装置的信号处理器。

图6至图8为一示意图，显示本实用新型一实施例所获得及处理后的一温度分布影像。

【符号说明】

100 空调系统

101 人体

10 温度感测装置

11a、11b 热电堆传感器

111 透镜

112 热电堆阵列

113 地址控制器

114 行解码器

115 列解码器

116 直流放大器

12 信号处理器

121 多工器

122 模拟至数字转换器

123 处理单元

124 存储器

125 通信接口

12a 比较单元

12b 运算单元

12c 权重计算单元

20 空调主机

21 摆叶

22 控制器

B1-B4 区块

B17-B20 区块

Fa、Fb 温度分布影像

HS 热源区域信息

HS1-HS3 热源

IR 红外线

PSS 像素选择信号

TS 感测信号

θa-θd 视角

θ1、θ2 单一视角

θt 总合视角

【具体实施方式】

以下将详述本实用新型的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本实用新型亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本实用新型的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本实用新型有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本实用新型可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本实用新型形成不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

请参照图1以及图2，其显示长度以及宽度各为5公尺的一空调空间的俯视图以及侧视图，其中，空调系统100置中设置，且安装高度约为2公尺。为了监视图1以及图2所示的空调空间，人体传感器的水平视角约需100度至130度，如图1的角度θa、θb所示，而垂直视角约需55度至60度，如图2的角度θd所示。假设人体101的横幅宽度为0.3公尺，在相距5公尺的情况下，人体101充满空调系统100中的一个人体传感器像素所需的视角约为3.4度，如图1的角度θc所示。因此，在水平方向上，32个像素可以涵盖109度的视角，而在垂直方向上，16个像素可以涵盖55度的视角。换言之，32x16像素的人体传感器可以涵盖一个5x5公尺的空调空间的人体检测需求。

请参照图3，本实用新型的一实施例的空调系统包含一温度感测装置10以及一空调主机20。需注意的是，图3所示的示意图仅是为了说明本实用新型，而非限制温度感测装置10的设置位置。可以理解的是，温度感测装置10可整合于空调主机20内。空调主机20包含一摆叶21以及一控制器22。可以理解的是，空调主机20还包含压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等基本元件。上述空调主机20的基本元件为本实用新型所属技术领域中具有通常知识者所熟知，且非为本实用新型的技术特征，故在此不再赘述。控制器22与温度感测装置10电性连接。控制器22可依据温度感测装置10所输出的热源区域信息HS自动调整空调主机20的温度设定，例如无人时提高温度设定以节省能源，或者控制摆叶21的角度，以调整空调主机20的输出风向，例如跟随人体送风以在节能的情况下维持相对舒适的温度。于一实施例中，摆叶21包含沿水平方向摆动的第一摆叶，以调整空调主机20的水平输出风向，以及沿垂直方向摆动的第二摆叶，以调整空调主机20的垂直输出风向。可以理解的是，摆叶21可依实际需求而有不同的设计，例如仅具有第一摆叶或第二摆叶，而非同时具有第一摆叶以及第二摆叶。

温度感测装置10包含至少二个热电堆传感器11a、11b以及一信号处理器12。热电堆传感器11a、11b可分别感测单一视角θ1、θ2内的红外线，并转换为电性的一感测信号TS。可以理解的是，热电堆传感器11a、11b的感测范围(即总合视角θt)大于或等于单一视角θ1或视角θ2，且小于或等于单一视角θ1、θ2之和。举例而言，热电堆传感器11a、11b可分别朝向不同的感测方向，亦即热电堆传感器11a、11b的中心轴具有的大于零的夹角，以获得较大的总合视角θt。于一实施例中，热电堆传感器11a、11b可为2维阵列传感器，例如16x16像素的传感器，因此，二个热电堆传感器11a、11b可构成32x16像素的传感器。换言之，二个热电堆传感器11a、11b的总合视角θt可满足涵盖109度的水平视角以及55度的垂直视角的需求。可以理解的是，热电堆传感器11a、11b亦可为32x32像素或更大的传感器，以构成64x32像素的传感器，进而提高影像的解析度。相反的，亦可使用较小的传感器，以应用于较小的检测范围。

请参照图4，于一实施例中，热电堆传感器11a或11b包含一热电堆阵列112、一地址控制器113、一行解码器114、一列解码器115以及一直流放大器116。热电堆阵列112可感测红外线IR并转换为电性信号。地址控制器113依据一像素选择信号PSS控制行解码器114以及列解码器115来读取热电堆阵列112的电性信号，接着经由直流放大器116放大后输出感测信号TS。由于热电堆阵列112的信号很小，约5-30微伏特，较佳者，直流放大器116需具备低抵补电压以及低噪音的特性。一般而言，直流放大器116的直流增益大于或等于2000至12000倍。可以理解的是，直流放大器116可以与其它元件整合于单一热电堆传感器芯片中，但不限于此，直流放大器116亦可设置于热电堆传感器芯片之外部。

于一实施例中，热电堆传感器11a或11b更包含一透镜111，其设置热电堆传感器11a或11b的一接收端。透镜111可会聚一单一视角(如图3所示的单一视角θ1或θ2)内的红外线，并成像至热电堆传感器11a或11b。举例而言，单一视角θ1、θ2大于或等于45度。较佳者，二个热电堆传感器11a、11b的总合视角θt大于或等于100度。可以理解的是，透镜111的材料必须可透射红外线。于一实施例中，透镜111可为硅质透镜或锗质透镜。硅或锗可透射的红外线波长约为1-12μm。于一实施例中，透镜111可为硅质的菲涅耳透镜。

请再参照图3以及图5，信号处理器12与热电堆传感器11a、11b电性连接。信号处理器12处理热电堆传感器11a、11b所输出的感测信号TS以产生一温度分布影像。此外，信号处理器12可比较当前的温度分布影像以及前一个温度分布影像，以获得一静止热源区域以及一移动热源区域至少其中之一，以及其相关的热源区域信息HS，例如静止热源区域或移动热源区域于温度分布影像中的座标。空调主机20的控制器22即可依据热源区域信息HS自动调整空调主机20的温度设定或者控制摆叶21的角度以调整空调主机20的输出风向。

为了简化处理，于一实施例中，信号处理器12包含一比较单元12a。比较单元12a可将温度分布影像的每一像素的温度与一预设温度比较，以二值化处理温度分布影像。举例而言，比较单元12a将温度分布影像的每一像素的温度与预设温度比较后，若大于预设温度，则此像素的值设为1，若小于预设温度，则此像素的值设为0，其结果如图6所示。图6所示的温度分布影像Fa、Fb分别是由热电堆传感器11a、11b所感测的，且其角落标示温度分布影像Fa、Fb的像素座标。从温度分布影像Fa、Fb可以看出，在感测范围内有3个大于预设温度的热源HS1、HS2、HS3。需说明的是，温度分布影像Fa、Fb即使未经二值化处理，亦能够以原始的感测值找出感测范围内的热源。依据热源HS1、HS2、HS3的座标，空调主机20的控制器22即可自动调整空调主机20的温度设定或者控制摆叶21的角度以调整空调主机20的输出风向。

为了区分静止热源区域以及移动热源区域，于一实施例中，信号处理器12包含一运算单元12b。运算单元12b可比较当前的温度分布影像以及前一个温度分布影像以获得一温度上升区域以及一温度下降区域，并依据温度上升区域以及温度下降区域的重心计算移动热源区域的一移动向量。举例而言，图7显示当前的温度分布影像与前一个温度分布影像相减后的结果，其中，温度上升区域以加号表示，温度下降区域以减号表示，温度没有变化的区域则以圆圈表示。由图7所示的比较结果可以得知热源HS1、HS3为静止热源区域，而热源HS2为移动热源区域。而热源HS2的移动向量可利用温度上升区域以及温度下降区域的重心来求取。举例而言，分别求取温度上升区域(加号表示的区域)的X座标与Y座标的平均值作为温度上升区域的重心座标。同理，分别求取温度下降区域(减号表示的区域)的X座标与Y座标的平均值作为温度下降区域的重心座标。将温度上升区域的重心座标与温度下降区域的重心座标相减即可作为热源HS2的移动向量。可以理解的是，透过记录学习，空调主机20的控制器22可判断热源HS1、HS3为灯具或暖气片加以避开，而仅针对热源HS2送风，亦即控制摆叶21的角度以调整空调主机20将风向吹向热源HS2。

于一实施例中，信号处理器12包含一权重计算单元12c，其依据静止热源区域以及移动热源区域至少其中之一，计算并输出温度分布影像的一热源水平权重以及一热源垂直权重至少其中之一。以图8所示的温度分布影像Fa、Fb为例，在控制水平方向摆动的摆叶时，将温度分布影像中对应位置的垂直方向的像素值累加作为一热源水平权重，如此，空调主机20的控制器22即可依据此热源水平权重控制空调主机20的输出风向于此相对位置的停留时间或风力大小。举例而言，假设图8所示的热源HS4、HS5皆为关注的热源，例如人体的位置，其中热源HS4的分布范围为垂直方向，而热源HS5的分布范围为水平方向，因此，风向水平摆动至热源HS4会停留较长的时间，而风向摆水平摆动至热源HS5则停留的时间相对较热源HS4短。同理，在控制垂直方向摆动的摆叶时，将温度分布影像中对应位置的水平方向的像素值累加作为一热源垂直权重，如此，空调主机20的控制器22即可依据此热源垂直权重控制空调主机20的输出风向于此相对位置的停留时间或风力大小。同样以热源HS4、HS5为例，在垂直摆动的风向上，风向停留在热源HS4的时间较短，而停留在热源HS5的时间较长。

因空调系统的温度设定以及风向控制的精确度相对较低，因此，为了简化处理以及有利于空调主机20的控制器22，于一实施例中，信号处理器12可将二值化的温度分布影像划分成多个区块，例如图8所示的由上至下以及由左至右的区块B1-B32，其中，每一区块包含4x4像素。此时，权重计算单元12c可将垂直方向的多个区块内的每一像素的值加总以作为热源水平权重，以及将水平方向的多个区块内的每一像素的值加总作为热源垂直权重。

请参照图5，于一实施例中，信号处理器12包含一多工器121、一模拟至数字转换器(Analog-to-digital converter，ADC)122、一处理单元123、一存储器124以及一通信接口125。多工器121与热电堆传感器11a、11b电性连接，以选择性接收热电堆传感器11a、11b所输出的感测信号TS。举例而言，处理单元123输出像素选择信号PSS至热电堆传感器11a、11b以存取相对应地址的感测值。模拟至数字转换器122与多工器121电性连接，以转换多工器121所接收的感测信号为一数字感测信号。处理单元123与模拟至数字转换器122以及存储器124电性连接。处理单元123将数字感测信号处理后，产生温度分布影像并储存于存储器124。可以理解的是，存储器124包含随机存储器(RAM)以及非挥发性存储器。随机存储器提供处理单元123作为储存温度分布影像以及计算移动热源所需。而非挥发性存储器(例如Flash,EEPROM)可用以储存程序以及参数。通信接口125与处理单元123电性连接。处理单元123可将温度分布影像或热源区域信息HS经由通信接口125输出至一外部电子装置，例如空调主机20的控制器22。举例而言，通信接口125可为集成电路总线(Inter-IntegratedCircuit Bus，I²C)、通用非同步接收发送器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)、序列周边接口(Serial Peripheral Interface，SPI)以及通用序列总线(Universal Serial Bus，USB)等接口。

综合上述，本实用新型的温度感测装置以及空调系统包含至少二个2维阵列型式的热电堆传感器，以获得一温度分布影像。可以理解的是，2维阵列的热电堆传感器的取像速度快，且无需驱动组件(例如马达)驱动热电堆传感器扫描空调空间，因此元件寿命较长且可靠度较佳。此外，比较不同时间的温度分布影像即可获得静止热源区域以及移动热源区域的热源区域信息，亦即可以检测静止热源以及移动热源。较佳者，温度感测装置内的信号处理器可进一步处理温度分布影像，并输出所需的控制信息，例如温度分布影像、热源区域信息(例如座标或区块位置)、热源水平权重以及热源垂直权重等，以降低空调主机的控制器的运算负荷。

以上所述的实施例仅是为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本实用新型之内容并据以实施，当不能以的限定本实用新型的专利范围，即大凡依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本实用新型的专利范围内。

Claims (22)

1.一种温度感测装置，其特征在于，包含：

至少二个热电堆传感器，其感测一总合视角内的红外线以转换为一感测信号，其中，该热电堆传感器为2维阵列传感器；以及

一信号处理器，其与该二个热电堆传感器电性连接，其处理该感测信号以产生一温度分布影像，并比较当前的该温度分布影像以及前一个该温度分布影像，以获得一静止热源区域以及一移动热源区域至少其中之一的一热源区域信息。

2.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，每一该热电堆传感器包含一透镜，其设置该热电堆传感器的一接收端，以会聚一单一视角内的红外线至该热电堆传感器，其中，该单一视角大于或等于45度。

3.如权利要求2所述的温度感测装置，其特征在于，该透镜为硅质透镜或锗质透镜。

4.如权利要求2所述的温度感测装置，其特征在于，该透镜为硅质的菲涅耳透镜。

5.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，该二个热电堆传感器的中心轴具有大于零的一夹角。

6.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，该二个热电堆传感器的该总合视角大于或等于100度。

7.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，该信号处理器包含一比较单元，其用以将该温度分布影像的每一像素的温度与一预设温度比较，以二值化处理该温度分布影像。

8.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，该信号处理器包含一运算单元，其用以比较当前的该温度分布影像以及前一个该温度分布影像以获得一温度上升区域以及一温度下降区域，并依据该温度上升区域以及该温度下降区域的重心计算该移动热源区域的一移动向量。

9.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，该信号处理器包含一权重计算单元，其依据该静止热源区域以及该移动热源区域至少其中之一，计算并输出该温度分布影像的一热源水平权重以及一热源垂直权重至少其中之一。

10.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，该热电堆传感器包含一直流放大器，其具备低抵补电压以及低噪音的特性，且直流增益大于或等于2000至12000倍。

11.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于，该信号处理器包含：

一多工器，其与该二个热电堆传感器电性连接，以选择性接收该二个热电堆传感器所输出的该感测信号；

一模拟至数字转换器，其与该多工器电性连接，以转换该感测信号为一数字感测信号；

一存储器，其用以储存该温度分布影像；

一处理单元，其与该模拟至数字转换器以及该存储器电性连接，用以处理该数字感测信号以产生该温度分布影像并储存于该存储器；以及

一通信接口，其与该处理单元电性连接，用以输出该温度分布影像或该热源区域信息至一外部电子装置。

12.一种空调系统，其特征在于，包含：

一温度感测装置，其包含：

至少二个热电堆传感器，其感测一总合视角内的红外线以转换为一感测信号，其中，该热电堆传感器为2维阵列传感器；以及

一信号处理器，其与该二个热电堆传感器电性连接，其处理该感测信号以产生一温度分布影像，并比较当前的该温度分布影像以及前一个该温度分布影像，以获得一静止热源区域以及一移动热源区域至少其中之一的一热源区域信息；以及

一空调主机，其包含：

一摆叶，其用以控制该空调主机的一输出风向；以及

一控制器，其与该温度感测装置电性连接，并依据该热源区域信息自动调整一温度设定或控制该摆叶的角度，以调整该空调主机的该输出风向。

13.权利要求12所述的空调系统，其特征在于，每一该热电堆传感器包含一透镜，其设置该热电堆传感器的一接收端，以会聚一单一视角内的红外线至该热电堆传感器，其中，该单一视角大于或等于45度。

14.如权利要求13所述的空调系统，其特征在于，该透镜为硅质透镜或锗质透镜。

15.如权利要求13所述的空调系统，其特征在于，该透镜为硅质的菲涅耳透镜。

16.如权利要求12所述的空调系统，其特征在于，该二个热电堆传感器的中心轴具有大于零的一夹角。

17.如权利要求12所述的空调系统，其特征在于，该二个热电堆传感器的该总合视角大于或等于100度。

18.如权利要求12所述的空调系统，其特征在于，该信号处理器包含一比较单元，其用以将该温度分布影像的每一像素的温度与一预设温度比较，以二值化处理该温度分布影像。

19.如权利要求12所述的空调系统，其特征在于，该信号处理器包含一运算单元，其用以比较当前的该温度分布影像以及前一个该温度分布影像以获得一温度上升区域以及一温度下降区域，并依据该温度上升区域以及该温度下降区域的重心计算该移动热源区域的一移动向量。

20.如权利要求12所述的空调系统，其特征在于，该信号处理器包含一权重计算单元，其依据该静止热源区域以及该移动热源区域至少其中之一，计算并输出该温度分布影像的一热源水平权重以及一热源垂直权重至少其中之一。

21.如权利要求12所述的空调系统，其特征在于，该热电堆传感器包含一直流放大器，其具备低抵补电压以及低噪音的特性，且直流增益大于或等于2000至12000倍。

22.如权利要求12所述的空调系统，其特征在于，该信号处理器包含：

一多工器，其与该二个热电堆传感器电性连接，以选择性接收该二个热 电堆传感器所输出的该感测信号；

一模拟至数字转换器，其与该多工器电性连接，以转换该感测信号为一数字感测信号；

一存储器，其用以储存该温度分布影像；

一处理单元，其与该模拟至数字转换器以及该存储器电性连接，用以处理该数字感测信号以产生该温度分布影像并储存于该存储器；以及

一通信接口，其与该处理单元电性连接，用以输出该温度分布影像或该热源区域信息至一外部电子装置。