王志華 劉泉洲 李志逢

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

前言

眾所周知，當(dāng)前國(guó)際能源緊缺，國(guó)內(nèi)電力能源也處于緊缺狀態(tài)，用戶對(duì)智能家居產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保性能越來越重視，對(duì)空調(diào)這類高能耗產(chǎn)品也提出更高的節(jié)能環(huán)保要求。目前市面上的傳統(tǒng)空調(diào)產(chǎn)品控制過程繁瑣，需要用戶借助遙控器、線控器等終端設(shè)備發(fā)出控制指令才能執(zhí)行用戶所需要的功能，極大的影響了用戶的使用體驗(yàn)感，同時(shí)在使用方面缺乏人性化設(shè)計(jì)，比如樓宇辦公區(qū)域的空調(diào)設(shè)備使用時(shí)基本處于常開狀態(tài)，即使無人時(shí)也是處于開機(jī)狀態(tài)，人員數(shù)量相當(dāng)較少時(shí)，空調(diào)風(fēng)量依然是一樣大小，同時(shí)空調(diào)吹風(fēng)方向并不能隨著人流量多少的相對(duì)位置變化而變化，這勢(shì)必會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)，針對(duì)現(xiàn)存問題本文提出了一種基于紅外感應(yīng)的智能化空調(diào)設(shè)計(jì)方案，有效的克服了上述問題，全面提升了空調(diào)的使用價(jià)值，創(chuàng)造出滿足用戶需求的智能節(jié)能空調(diào)。

1 空調(diào)智慧眼概述

不言而喻，空調(diào)智慧眼控制就是在傳統(tǒng)空調(diào)的基礎(chǔ)上開發(fā)一種更為智能的檢測(cè)控制技術(shù)，使得空調(diào)可以根據(jù)外界不同環(huán)境、不同場(chǎng)景、不同因素自動(dòng)判斷分析并輸出所需的控制方式及冷熱能力。

智慧眼空調(diào)的核心部件是智慧眼模塊，如圖1所示，智慧眼模塊采用的是紅外傳感技術(shù)，模塊可以利用紅外線傳感器檢測(cè)出房間內(nèi)人員的分布、活動(dòng)狀態(tài)等關(guān)鍵信息，并將關(guān)鍵信息傳遞給主控板，主控板分析處理并智能控制空調(diào)的出風(fēng)方向、出風(fēng)大小、出風(fēng)溫度、設(shè)定溫度、環(huán)境體感溫度等，解決了空調(diào)風(fēng)向偏離、溫度不適、吹風(fēng)不暢的問題，給用戶帶來更為舒適的體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)舒適和節(jié)能運(yùn)行。

圖1 空調(diào)智慧眼面板

智慧眼模塊包含智慧眼控制板與智慧眼檢測(cè)板。智慧眼控制板以擴(kuò)展板角色通過內(nèi)機(jī)主控板接入到機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)，并控制智慧眼檢測(cè)板、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，主控板根據(jù)智慧眼檢測(cè)板的檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及顯示終端設(shè)備設(shè)置的需求功能，智能控制空調(diào)掃風(fēng)板角度，掃風(fēng)大小以及空調(diào)啟停狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)隨人、風(fēng)避人及無人節(jié)能等智能控制。

顯示及控制終端設(shè)備采用的是具有人感功能的遙控器、線控器及集中控制器。

2 空調(diào)智慧眼硬件設(shè)計(jì)方案（圖2）

圖2 空調(diào)智慧眼硬件設(shè)計(jì)方案

智慧眼模塊采用直流12 V供電，總功率小于2 W，智慧眼模塊包含智慧眼控制板與智慧眼檢測(cè)板。智慧眼控制板包含主控電路、電源轉(zhuǎn)換電路、485通訊電路以及信息存儲(chǔ)電路，主控電路CPU選用NXP的LPC系列；電源轉(zhuǎn)換電路采用DC/DC芯片，可實(shí)現(xiàn)12 V轉(zhuǎn)5 V及5 V轉(zhuǎn)3.3 V，滿足主芯片、存儲(chǔ)芯片、通訊電路的電源需求；485通訊電路用于主控板與智慧控制板之間的數(shù)據(jù)傳輸及指令解析，確保需求功能與執(zhí)行動(dòng)作保持一致；存儲(chǔ)電路用于記憶用戶設(shè)置的空調(diào)掃風(fēng)板角度，掃風(fēng)大小及空調(diào)啟停狀態(tài)，確保用戶設(shè)置狀態(tài)的穩(wěn)定性。

此外智慧眼檢測(cè)板包含核心的熱電堆傳感器，用于檢測(cè)室內(nèi)溫度及人員分布、活動(dòng)狀態(tài)等關(guān)鍵信息。熱電堆傳感器不需要冷卻，在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)能達(dá)到±1 ℃的精度，對(duì)于比較窄的體溫測(cè)量，精度可以更高。熱電堆紅外傳感器具有非常低的溫度靈敏系數(shù)，極好的光電特性，確保了自身的長(zhǎng)期可靠性工作。如圖3所示，熱電堆傳感器輻射接收面分為若干塊，每塊連接一個(gè)熱電偶，并把它們串聯(lián)起來。熱電堆傳感器被紅外線照射的吸收膜是一種熱容量小、溫度容易上升的薄膜，在緊靠襯板中央的下部為一空洞結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)確保了冷端和測(cè)溫端的溫度差，當(dāng)各個(gè)熱電偶測(cè)溫端溫度上升時(shí)，熱電偶相互之間就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，因此在輸出端就可以獲得它們的電壓之和。

圖3 空調(diào)智慧眼熱電堆傳感器

智慧眼控制板與智慧眼檢測(cè)板采用IIC通訊，智慧眼檢測(cè)板利用紅外線傳感器檢測(cè)出房間內(nèi)人員分布、活動(dòng)狀態(tài)等關(guān)鍵信息，將檢測(cè)到的信息發(fā)送給智慧眼控制板，智慧眼控制板與空調(diào)內(nèi)機(jī)采用485通訊，并與電機(jī)控制端子連接，智慧眼控制板將接收到的檢測(cè)信息與空調(diào)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，最終實(shí)現(xiàn)智慧眼的聯(lián)動(dòng)控制，如圖4所示。

圖4 空調(diào)智慧眼面板

3 空調(diào)智慧眼軟件設(shè)計(jì)方案

智慧眼模塊可檢測(cè)房間4個(gè)面的基本信息，每個(gè)面檢測(cè)90 °達(dá)到360 °全方位的一個(gè)檢測(cè)視野，以機(jī)組面板智慧眼為中心，按導(dǎo)風(fēng)板方向劃分區(qū)域范圍，根據(jù)不同的環(huán)境因素，智慧眼檢測(cè)不同區(qū)域，實(shí)現(xiàn)智能的風(fēng)隨人、風(fēng)避人及無人節(jié)能控制。

如圖5所示，顯示及控制終端設(shè)備（遙控器、線控器或集中控制器）開啟空調(diào)并設(shè)置空調(diào)所需要的運(yùn)行模式后，智慧眼連續(xù)15 min以內(nèi)檢測(cè)到房間無人，初步判處房間為無人狀態(tài)，控制空調(diào)以當(dāng)前運(yùn)行模式工作；從15 min以后至連續(xù)檢測(cè)1 h以內(nèi)檢測(cè)到房間無人，再次判斷房間為無人狀態(tài)，空調(diào)以節(jié)能模式運(yùn)行；從檢測(cè)到房間無人開始計(jì)時(shí)，到連續(xù)4 h仍然檢測(cè)到房間無人，并最終判斷為房間確實(shí)無人，此期間空調(diào)會(huì)自動(dòng)停機(jī)，若此期間某個(gè)時(shí)刻檢測(cè)到房間有人，空調(diào)會(huì)以之前設(shè)置的運(yùn)行模式重新啟動(dòng)工作；從檢測(cè)到房間無人開始，4 h后人仍檢測(cè)到房間無人，空調(diào)會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，此時(shí)之前的終端設(shè)備設(shè)置的運(yùn)行模式無效，需要手動(dòng)重新設(shè)置空調(diào)運(yùn)行模式，空調(diào)才會(huì)再次開啟，實(shí)現(xiàn)智能的無人節(jié)能控制。

圖5 空調(diào)智慧眼軟件控制流程圖

智慧眼控制板通過算法分析智慧眼檢測(cè)板的檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷人體所在位置，并控制電機(jī)動(dòng)作，確保出風(fēng)口對(duì)準(zhǔn)人體所在位置；如圖6所示，智慧眼檢測(cè)板通過熱電堆傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度，并進(jìn)行溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，最終滿足房間人員的空調(diào)冷量需求。

圖6 空調(diào)智慧眼面板輻射圖

4 結(jié)語

本文提出了一種空調(diào)智慧眼的控制方式，主控板通過分析智慧眼檢測(cè)板的檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及顯示終端設(shè)備設(shè)置的功能，自動(dòng)調(diào)整空調(diào)掃風(fēng)板角度，掃風(fēng)大小及空調(diào)啟停狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)隨人、風(fēng)避人及無人節(jié)能等智能控制。通過理論分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的方案具有很高的有效性、可靠性及實(shí)用性，能很好的實(shí)現(xiàn)空調(diào)的智慧控制，滿足用戶對(duì)智能空調(diào)的強(qiáng)烈需求，同時(shí)對(duì)智慧空調(diào)的發(fā)展奠定的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。