CN103982939B - 一种基于人体感应的供暖节能控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于人体感应的供暖节能控制装置及方法，供暖节能控制装置包括电动调节阀和人体感应智能控制模块。其中人体感应智能控制模块包括数据处理中心以及与数据处理中心连接的人体感应探头、温度检测单元、通讯接口单元、电源单元、输出控制电路、操作面板、红外线通讯模块，其中的输出控制电路与所述的电动调节阀连接，电动调节阀与散热器开关端相连，操作面板为射频遥控终端，通过红外无线技术与数据处理中心实时通信。本发明装置能够统计人的行为规律、分析不同时刻人的供热需求，并以此控制家用采暖系统。

Description

一种基于人体感应的供暖节能控制方法及装置

技术领域

本发明涉及供暖系统技术领域，尤其涉及一种基于人体感应的供暖节能控制方法及装置。

背景技术

目前国内主要供暖方式依然为集中供暖，但进行集中供暖的地区往往都未考虑用户需求，盲目粗放式供热，不分时不分地区地进行供热、供热需求不平衡，同时用户端不能智能控制室温，暖气全天供应，温度时常很高，通风开窗，热量浪费严重。市场上常见的室内采暖控制装置有暖气阀、温控阀。暖气阀需用户手动控制，大部分情况下只是置于开、关状态，操作不便又难以实现节能效果。而温控阀则能自动调节暖气流量，很好地将室温控制在一定范围内，但其未能解决室内无人暖气照样供应造成的极大浪费，不符合当今社会节能减排的发展趋势。

一种新型办公室节能供暖装置（专利号：CN 202485102 U）依据办公室内是否有人以及人的工作时间段来控制暖气片进口三通电磁阀，提前供暖或延长供暖，但不能满足不同用户的需求以及个人作息规律发生改变的情况。而本发明不仅仅统计了室内是否有人，还统计了室内人员1~2周的活动规律、暖气使用习惯、最佳供暖温度，以此来控制房间暖气管道入口的电动执行器和流量调节阀，调节热水的流量和流速；同时人员作息规律发生改变时，系统也会作相应调整，始终满足人的供暖需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于人体感应的供暖节能控制方法及装置,该方法能够统计人的行为规律、分析不同时刻人的供热需求，并以此控制家用采暖系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于人体感应的供暖节能控制装置,包括暖气流量调节阀和人体感应智能控制模块，所述人体感应智能控制模块包括：

中央处理单元，用于对接收到的温度信号和室内人员信息进行分析处理，并输出控制命令；

人体感应探头，用于感应室内人员信息，包括人员数量和人员进出房间信息；

温度检测单元，用于向中央处理单元传送温度信号；

通讯接口单元，用于提供用户与中央处理单元的交互，向用户远程提供供暖情况和接收用户的远程控制命令；

输出控制电路，用于接收中央处理单元输出的控制命令，控制暖气流量调节阀；

操作面板，通过红外通讯模块与中央处理单元通信，用于接收用户的现场控制命令；

时钟电路，用于向中央处理单元提供工作频率；

存储单元，用于存储比较温度、人员进出房间时间段和供热使用量数据。存储单元还存储用户的操作以及操作时间。

按上述方案，所述人体感应智能控制模块还包括外围电路和为控制模块供电的电源单元。

按上述方案，所述操作面板为射频遥控终端。

按上述方案，所述温度检测单元为室内温度传感器，包括温度变送装置和热敏电阻。

按上述方案，所述中央处理单元作为该供暖节能控制装置的数据处理中心，用于对接收到的温度信号与放在存储单元内的预设温度进行比较，然后按照比较结果输出控制命令，切换供暖模式；以及根据接收到的室内人员信息和接收操作面板发出用户的现场控制命令信息分析用户作息规律和暖气使用习惯。

本发明还提供一种基于人体感应的供暖节能控制方法，可以使用上述装置，包括以下步骤：

1）采集人体感应信号和检测室内温度；

2）根据人体感应信号判断室内是否有人以及是否有人进出房间，若有人进出房间，则跳至步骤4）；

3) 根据控制终端判断室内供暖状态是否被用户切换,若没有进行切换，则跳至步骤9）；供用户切换的供暖状态包括：特需模式、经济模式、夜间模式和防冻模式；

4）记录当前t_n、房间供热温度T_n、人员进出房间动作以及室内人数；

5）以时间为标签将上述记录数据送入数据处理中心，并对同一时间点数据进行算术平均；

6）根据数据更新当天房间有人/无人状态与时间曲线，以及室内温度与时间曲线；初始曲线为空；

7）人员一天不同时刻供暖需求变化，绘制当天满足人员需求的理想温度与时间曲线；并生成一个预设时间间隔周期的理想温度与时间曲线；

8）系统按预设时间间隔进行数据库更新，检查更新时刻是否到来，若更新时刻到来，则系统更新理想温度与时间曲线，否则直接进入步骤9；

9）根据数据处理中心输出的控制信号，驱动电动阀调节暖气量；

9.1）确定当前时刻t,找到数据库中对应相等的时刻；

9.2）查找以为标签的数据记录温度和人员动作；

9.3）比较当前时刻人员动作IO和历史这一时刻人员动作是否相等，若相等则根据理想温度--时间曲线将历史同一时刻的供暖温度置为当前预设温度，跳入步骤9.8）；否则执行步骤9.4）。

9.4）数据处理中心根据历史行为习惯统计数据库智能分析这一时刻人员供热需求，确定预设温度和，同时将这现在一时刻的人员动作IO记录下来，以为时间标签送入存储单元，与历史数据作统计平均。

9.5）判断当前室温是否处于预设温度区间内；

9.6）若室温处于预设温度范围内，则PWM输出为0，阀门大小不变；

9.7）若室温不在预设范围内，则系统根据模糊PID算法控制PWM输出信号，驱动阀门大小随室温、暖气流量自适应变化至室温回到预设温度范围内为止；

9.8）系统未结束工作周期前重复执行步骤9.1）至9.7）。

按上述方案，步骤7中）在用户控制习惯改变的情况下，根据用户的偏好进行相适应的调整，包括如下步骤：

7.1）电动调节阀在接收数据处理中心传输的自动控制信号的同时，也接收用户通过操作面板发出的新的手动控制信号；

7.2）操作面板将新的手动控制信号传输至数据处理中心，数据处理中心对新的手动控制信号的种类及时间点进行统计；

7.3）在设定的周期时间段内，若新的手动控制信号的种类及时间点达到设定的次数，则数据处理中心记录该新的控制信号的种类及时间点；并将该点更新在理想温度与时间曲线上。

本发明产生的有益效果是：

1. 本发明方法不仅仅统计了室内是否有人，还统计了室内人员在设定周期内的活动规律、暖气使用习惯、最佳供暖温度，以此来控制房间暖气的供应；同时人员作息规律发生改变时，系统也会作相应调整，始终满足人的供暖需求。

2.使用本方法，用户在通过控制节点控制家用暖气运行状态时，控制节点将用户的手动控制信号传输至数据控制单元，由数据控制单元对用户的操作进行存储统计，当用户的控制行为符合统计学的条件时，中央控制器记录这个习惯，并在以后的时间内，按这个习惯自动控制家用暖气运行，真正做到了暖气按需供应，大大减少了不必要的暖气消耗，同时使用户对家庭采暖系统供热情况的管理更为便捷。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明的控制方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于人体感应的供暖节能控制装置，图1为供暖节能控制装置的结构示意图，暖气流量调节阀和人体感应智能控制模块，所述人体感应智能控制模块包括：

中央处理单元，用于对接收到的温度信号和室内人员信息进行分析处理，并输出控制命令；

人体感应探头，用于感应室内人员信息，包括人员数量和人员进出房间信息；

温度检测单元，用于向中央处理单元传送温度信号；

通讯接口单元，用于提供用户与中央处理单元的交互，向用户远程提供供暖情况和接收用户的远程控制命令；

输出控制电路，用于接收中央处理单元输出的控制命令，控制暖气流量调节阀；

操作面板，通过红外通讯模块与中央处理单元通信，用于接收用户的现场控制命令；

时钟电路，用于向中央处理单元提供工作频率；

存储单元，用于存储比较温度、人员进出房间时间段和供热使用量数据。存储单元还存储用户的操作以及操作时间。

人体感应智能控制模块还包括外围电路和为控制模块供电的电源单元。

暖气流量调节阀为电动调节阀，电动调节阀与散热器开关端相连，操作面板为射频遥控终端。

温度检测单元作为室内温度值测量的传感器，向中央处理单元传送温度信号，中央处理单元将此信号与所存储的预设温度进行对比。温度检测单元包括温度变送装置和热敏电阻，温度变送装置将热敏电阻的温度信号传输到所述的中央处理器。温度变送装置一般采用DSP数据处理模块，接收热敏电阻传送的温度模拟信号，然后将模拟信号进行放大、处理成数字信号给中央处理单元。

通讯接口单元是中央处理单元与用户进行交互的单元，通过通讯接口单元，用户可以远程了解系统供暖的运行情况，通过通讯接口单元，用户可以手动输入控制信号，控制供暖系统的运行模式。

存储单元与中央处理单元连接，存储单元内存储比较温度、人员进出房间时间段、供热使用量等预设数据。中央处理单元对接收到的温度与放在存储单元内的预设温度进行比较，然后按照比较结果输出控制命令，切换供暖模式。同时系统存储的各种信息数据用于中央处理单元分析用户作息规律和暖气使用习惯，进行节能导航分析。

时钟电路向中央处理单元提供工作频率，外围电路为整个电路中所需的外接电路，电源提供各个模块的工作电压。

人体感应探头的工作原理如下：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就 是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的 红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热 释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。

1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。

2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

3) 被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

4) 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

5) 菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

本发明还提供一种基于人体感应的供暖节能控制方法，图2是本发明的控制方法流程示意图，该方法可以使用上述装置，包括以下步骤：

1）采集人体感应信号和检测室内温度；

2）根据人体感应信号判断室内是否有人以及是否有人进出房间，若有人进出房间，则跳至步骤4）；

3) 根据控制终端判断室内供暖状态是否被用户切换,若没有进行切换，则跳至步骤9）；供用户切换的供暖状态包括：特需模式、经济模式、夜间模式和防冻模式，对应预设温度区间分别为t_1a至t_1b，t_2a至t_2b，t_3a至t_3b，t_4a至t_4b，；区间t_1a至t_1b，t_2a至t_2b，t_3a至t_3b，t_4a至t_4b，为预设值。

4）记录当前t_n、房间供热温度T_n、人员进出房间动作以及室内人数；

5）以时间为标签将上述记录数据送入数据处理中心，并对同一时间点数据进行算术平均；

6）根据数据更新当天房间有人/无人状态与时间曲线，以及室内温度与时间曲线；初始曲线为空；

7）根据人员一天不同时刻供暖需求变化，绘制当天满足人员需求的理想温度与时间曲线；并生成一个预设时间间隔周期的理想温度与时间曲线；

步骤7中）在用户控制习惯改变的情况下，根据用户的偏好进行相适应的调整，包括如下步骤：

7.1）电动调节阀在接收数据处理中心传输的自动控制信号的同时，也接收用户通过操作面板发出的新的手动控制信号；

7.2）操作面板将新的手动控制信号传输至数据处理中心，数据处理中心对新的手动控制信号的种类及时间点进行统计；

7.3）在设定的周期时间段内，若新的手动控制信号的种类及时间点达到设定的次数，则数据处理中心记录该新的控制信号的种类及时间点；并将该点更新在理想温度与时间曲线上；以便在以后到达该时间点，数据处理中心向电动调节阀发出新的自动控制信号，调整暖气供应量。

8）系统按预设时间间隔进行数据库更新，检查更新时刻是否到来，若更新时刻到来，则系统更新理想温度与时间曲线，否则直接进入步骤9；

9）根据数据处理中心输出的控制信号，驱动电动阀调节暖气量；

9.1）确定当前时刻t,找到数据库中对应相等的时刻；

9.2）查找以为标签的数据记录温度和人员进出动作；

9.3）比较当前时刻人员进出动作IO和历史这一时刻人员进出动作是否相等，若相等则根据理想温度--时间曲线将历史同一时刻的供暖温度置为当前预设温度，跳入步骤9.8）；否则执行步骤9.4）。

9.4）数据处理中心根据历史行为习惯统计数据库智能分析这一时刻人员供热需求，确定预设温度和，同时将这现在一时刻的人员进出动作IO记录下来，以为时间标签送入存储单元，与历史数据作统计平均；

9.5）判断当前室温是否处于预设温度区间内；

9.6）若室温处于预设温度范围内，则PWM输出为0，阀门大小不变；

9.7）若室温不在预设范围内，则系统根据模糊PID算法控制PWM输出信号，驱动阀门大小随室温、暖气流量自适应变化至室温回到预设温度范围内为止；

9.8）系统未结束工作周期前重复执行步骤9.1）至9.7）。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于人体感应的供暖节能控制装置, 其特征在于，包括暖气流量调节阀和人体感应智能控制模块，所述人体感应智能控制模块包括：

中央处理单元，用于对接收到的温度信号和室内人员信息进行分析处理，并输出控制命令；

所述中央处理单元具体的工作步骤如下：

1）采集人体感应信号和检测室内温度；

2）根据人体感应信号判断室内是否有人以及是否有人进出房间，若有人进出房间，则跳至步骤4）；

3) 根据控制终端判断室内供暖状态是否被用户切换,若没有进行切换，则跳至步骤9）；供用户切换的供暖状态包括：特需模式、经济模式、夜间模式和防冻模式，分别对应不同供暖温度区间；

4）记录当前时刻t_n、房间供热温度T_n、人员进出房间动作以及室内人数；

5）以时间为标签将上述记录数据送入数据处理中心，并对同一时间点数据进行算术平均；

6）根据数据更新当天房间有人/无人状态与时间曲线，以及室内温度与时间曲线；初始曲线为空；

7）根据人员一天不同时刻供暖需求变化，绘制当天满足人员需求的理想温度与时间曲线；并生成一个预设时间间隔周期的理想温度与时间曲线；

8）系统按预设时间间隔进行数据库更新，检查更新时刻是否到来，若更新时刻到来，则系统更新理想温度与时间曲线，否则直接进入步骤9）；

9）根据数据处理中心输出的控制信号，驱动电动阀调节暖气量；

9.1）确定当前时刻t,找到数据库中对应相等的时刻；

9.2）查找以为标签的数据记录温度和人员动作；

9.3）比较当前时刻人员动作IO和历史这一时刻人员动作是否相等，若相等则根据理想温度--时间曲线将历史同一时刻的供暖温度置为当前预设温度，跳入步骤9.8）；否则执行步骤9.4）；

9.4）数据处理中心根据历史行为习惯统计数据库智能分析这一时刻人员供热需求，确定预设温度和，同时将这现在一时刻的人员动作IO记录下来，以为时间标签送入存储单元，与历史数据作统计平均；

9.5）判断当前室温是否处于预设温度区间内；

9.6）若室温处于预设温度范围内，则PWM输出为0，阀门大小不变；

9.7）若室温不在预设范围内，则系统根据模糊PID算法控制PWM输出信号，驱动阀门大小随室温、暖气流量自适应变化至室温回到预设温度范围内为止；

9.8）系统未结束工作周期前重复执行步骤9.1）至9.7）；

人体感应探头，用于感应室内人员信息，包括人员数量和人员进出房间信息；

温度检测单元，用于向中央处理单元传送温度信号；

通讯接口单元，用于提供用户与中央处理单元的交互，向用户远程提供供暖情况和接收用户的远程控制命令；

输出控制电路，用于接收中央处理单元输出的控制命令，控制暖气流量调节阀；

操作面板，所述操作面板通过红外通讯模块与中央处理单元通信，用于接收用户的现场控制命令；

时钟电路，用于向中央处理单元提供工作频率；

存储单元，用于存储比较温度、人员进出房间时间段和供热使用量数据。

2.根据权利要求1所述的供暖节能控制装置，其特征在于，所述人体感应智能控制模块还包括外围电路和为控制模块供电的电源单元。

3.根据权利要求1所述的供暖节能控制装置，其特征在于，所述操作面板为射频遥控终端。

4.根据权利要求1所述的供暖节能控制装置，其特征在于，所述温度检测单元为室内温度传感器，包括温度变送装置和热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的供暖节能控制装置，其特征在于，所述中央处理单元作为该供暖节能控制装置的数据处理中心，用于对接收到的温度信号与放在存储单元内的预设温度进行比较，然后按照比较结果输出控制命令，切换供暖模式；以及根据接收到的室内人员信息和接收操作面板发出用户的现场控制命令信息分析用户作息规律和暖气使用习惯。

6.一种基于人体感应的供暖节能控制方法，包括以下步骤：

1）采集人体感应信号和检测室内温度；

2）根据人体感应信号判断室内是否有人以及是否有人进出房间，若有人进出房间，则跳至步骤4）；

3) 根据控制终端判断室内供暖状态是否被用户切换,若没有进行切换，则跳至步骤9）；供用户切换的供暖状态包括：特需模式、经济模式、夜间模式和防冻模式，分别对应不同供暖温度区间；

4）记录当前时刻t_n、房间供热温度T_n、人员进出房间动作以及室内人数；

5）以时间为标签将上述记录数据送入数据处理中心，并对同一时间点数据进行算术平均；

6）根据数据更新当天房间有人/无人状态与时间曲线，以及室内温度与时间曲线；初始曲线为空；

7）根据人员一天不同时刻供暖需求变化，绘制当天满足人员需求的理想温度与时间曲线；并生成一个预设时间间隔周期的理想温度与时间曲线；

8）系统按预设时间间隔进行数据库更新，检查更新时刻是否到来，若更新时刻到来，则系统更新理想温度与时间曲线，否则直接进入步骤9）；

9）根据数据处理中心输出的控制信号，驱动电动阀调节暖气量；

9.1）确定当前时刻t,找到数据库中对应相等的时刻；

9.2）查找以为标签的数据记录温度和人员动作；

9.3）比较当前时刻人员动作IO和历史这一时刻人员动作是否相等，若相等则根据理想温度--时间曲线将历史同一时刻的供暖温度置为当前预设温度，跳入步骤9.8）；否则执行步骤9.4）；

9.4）数据处理中心根据历史行为习惯统计数据库智能分析这一时刻人员供热需求，确定预设温度和，同时将这现在一时刻的人员动作IO记录下来，以为时间标签送入存储单元，与历史数据作统计平均；

9.5）判断当前室温是否处于预设温度区间内；

9.6）若室温处于预设温度范围内，则PWM输出为0，阀门大小不变；

9.7）若室温不在预设范围内，则系统根据模糊PID算法控制PWM输出信号，驱动阀门大小随室温、暖气流量自适应变化至室温回到预设温度范围内为止；

9.8）系统未结束工作周期前重复执行步骤9.1）至9.7）。