紅外測溫系統(tǒng)在空調(diào)中的應(yīng)用

摘要:為實現(xiàn)空調(diào)的自動調(diào)溫，給普通的空調(diào)添加自動調(diào)溫控制系統(tǒng)，實現(xiàn)空調(diào)自動感應(yīng)人體的溫度，及時調(diào)整室內(nèi)溫度，從而達到人體的最適溫度，使空調(diào)顯的人性化。

關(guān)鍵詞:空調(diào);自動控溫;紅外測溫

中圖分類號:TP311文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)14-3802-02

Infrared Temperature Measurement System's Application In Air Conditioning

WU Chuan1， YIN Xue-xia2

(1.Institute of Mechanical and Electronic Information， China University of Geosciences， Hubei 430074， China; 2.Faculty of Information Engineering， ChangjiangEngineering Vocational College， Wuhan 430212， China)

Abstract: This paper research， design and realize A new type of air-conditioning， which was based on the traditional air-conditioning. An automatic temperature control system was installed on the traditional air-conditioning，which can sensors to the body's temperature and automatic change the room's temperature. So， this air-conditioning can made the temperature fit the human's body.

Key words: air-conditioning; automatic control temperature; infrared temperature measurement system

1 常用空調(diào)的控溫原理

一般空調(diào)是由四大件組成:壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器，根據(jù)控制或是使用需要，中間可以選擇安裝壓力控制器、溫度控制器、干燥過濾器等輔助器件，但四大件是必不可少的。空調(diào)器通電后，制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機吸入并壓縮為高溫高壓蒸汽后排至冷凝器(散熱)。同時軸流風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高溫高壓制冷劑蒸汽凝結(jié)為高壓液體。高壓液體經(jīng)過過濾器、節(jié)流機構(gòu)(毛細管)后噴入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)(膨長吸熱)，吸取周圍的熱量。同時貫流風(fēng)扇使空氣不斷進入蒸發(fā)器的肋片間進行熱交換，并將放熱后變冷的空氣送向室內(nèi)。如此室內(nèi)空氣不斷循環(huán)流動，達到降低溫度的目的。

熱泵制熱是利用制冷系統(tǒng)的壓縮冷凝器來加熱室內(nèi)空氣?？照{(diào)器在制冷工作時，低壓制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱而高溫高壓制冷劑在冷凝器內(nèi)放熱冷凝。熱泵制熱是通過電磁換向，將制冷系統(tǒng)的吸排氣管位置對換。原來制冷工作蒸發(fā)器的室內(nèi)盤管變成制熱時的冷凝器，這樣制冷系統(tǒng)在室外吸熱向室內(nèi)放熱，實現(xiàn)制熱的目的。制冷制熱的轉(zhuǎn)換是通過“四通閥”來實現(xiàn)的。制冷狀況下，壓縮機吸入低溫低壓的氣體，經(jīng)壓縮后，變?yōu)楦邷馗邏旱娘柡蜌怏w，送入冷凝器(熱交換器);高溫高壓的飽和氣體在冷凝器中經(jīng)過冷卻，保持壓力不變，向外放出熱量，從而凝結(jié)為低溫高壓的液體;從冷凝器中排出，經(jīng)過制冷節(jié)流元件(通常為節(jié)流閥或毛細管)，因受阻而使壓力下降，導(dǎo)致部分制冷劑液體變?yōu)闅怏w，同時吸收氣化潛熱，使其本身溫度也降低，成為低溫低壓的濕蒸氣;進入蒸發(fā)器(圖中的室內(nèi)機)，在蒸發(fā)器中，制冷劑液體在壓力不變的情況下，吸收空氣中的熱量，使周圍空氣變冷，同時通過風(fēng)機將冷空氣吹入房間內(nèi)，達到房間內(nèi)制冷的效果。制熱狀態(tài)，其實就是通過四通閥，將制冷劑的流向進行轉(zhuǎn)換，使得原來的蒸發(fā)器變?yōu)槔淠?，原來的冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器。其原理還是一樣的。

2 問題的提出及解決方案

2.1 問題的提出

由其工作原理可以看出，空調(diào)大多只是由人設(shè)定某一溫度值，然后便會機械化的將室溫一直都保持在這一溫度，不能實現(xiàn)人性化的自動調(diào)節(jié)溫度。尤其是當(dāng)人們在夏天進入睡眠狀態(tài)的時候，就不能實現(xiàn)對空調(diào)的控制。這樣往往一覺醒來，會影響身體舒適，甚至著涼，感冒等。給人們帶來極大的不便。

基于此，我們決定設(shè)計出一種可以感應(yīng)人體溫度，自動及時調(diào)整室內(nèi)溫度的智能空調(diào)來使人們更好的享受生活。

2.2 問題的解決

該產(chǎn)品主要是對傳統(tǒng)空調(diào)進行改進，使其更加的人性化。基本思路是在傳統(tǒng)的空調(diào)上添加新型的自動控溫系統(tǒng)。用戶可以選擇打開該自動控溫系統(tǒng)，使空調(diào)實現(xiàn)人性化的自動控溫，也可以選擇關(guān)閉，使空調(diào)處于常規(guī)模式。流程圖如圖1所示。

工作原理簡介:由紅外測溫系統(tǒng)檢測人體體表溫度，然后將檢測到的溫度值傳輸給單片機，當(dāng)單片機對該溫度值進行分析處理后，通過控制溫度控制器，再由溫度控制器控制空調(diào)主機，從而達到智能化的調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，使人體處于最適溫度范圍內(nèi)。

3 具體設(shè)計

3.1 紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計

設(shè)溫度為T的物體，其輻出度M(輻射源在單位面積上向半球空間發(fā)射的總輻射功率，單位為W/cm2)由溫度T決定。根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，輸出度M由下式求出:

M =e.s.T 4

式中:s——斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù);e——物體表面的發(fā)射率;T——物體熱力學(xué)溫度。

由上式可知輻射出射度隨溫度的增加而迅速增大是很明顯的，這個增加與絕對溫度的四次方成正比。故相當(dāng)小的溫度變化，就會引起輻射出射度很大的變化。因此人體所發(fā)出的紅外輻射能量的強度與其溫度成比例。人體溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能量越強。所以，可以根據(jù)人體的紅外輻射能量的強度來推算出人體的溫度。紅外探測器經(jīng)匯聚的紅外光照射后產(chǎn)生信號，該信號傳到處理電路，處理電路對其進行處理并計算出物體的溫度。

紅外測系統(tǒng)溫儀由光學(xué)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)致的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。

選擇紅外測溫儀主要考慮:溫度范圍:人體的舒適溫度范圍為23～28℃。

目標(biāo)尺寸:測溫時，人體應(yīng)小于測溫儀的視場，否則測量有誤差。調(diào)整測試儀視場，使其覆蓋整個人體的50%。

光學(xué)分辨率(D:S):即測溫儀探頭到人體所處目標(biāo)直徑之比。調(diào)整測溫儀，使測溫儀探頭到人體所處目標(biāo)直徑之比滿足光學(xué)分辨率要求，如果不能滿足要求，則應(yīng)選擇高分辨率的測溫儀。

紅外自動測溫系統(tǒng)的原理圖如下所示:經(jīng)聚焦后的紅外輻射被調(diào)制后間斷地入射到探頭上，輸出信號經(jīng)前置放大，后級放大、濾波，積分后恢復(fù)為探頭所接收的紅外輻射功率曲線，再經(jīng)絕對值電路、峰值保持電路檢測出紅外輻射的最大功率，與補償?shù)陌雽?dǎo)體熱敏傳感器所測斬波片的功率，雙道緩沖后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，由CPU處理，執(zhí)行顯示被測物的攝氏溫度。

3.2 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)的核心是單片機。自動控制系統(tǒng)連接于紅外測溫系統(tǒng)和空調(diào)的溫度控制器之間。測溫裝置感知人體表面皮膚溫度曲線隨時間變化，把信號傳輸?shù)浇邮湛刂蒲b置。然后接收控制裝置通過分析是否滿足人體適宜溫度范圍，發(fā)出信號指令，調(diào)整空調(diào)的風(fēng)向和風(fēng)速，直到滿足人體舒適需要為止。當(dāng)溫度處于舒適范圍的時候不需要發(fā)送指令調(diào)整空調(diào)。當(dāng)溫度處于人體舒適溫度范圍之外的時候，及時發(fā)送指令調(diào)整風(fēng)向和風(fēng)速，直至人體恢復(fù)舒適為止。

在單片機內(nèi)植入相應(yīng)的程序便可實現(xiàn)自動控制的功能。程序流程圖如圖4所示。

紅外測溫系統(tǒng)將檢測到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給單片機后，單片機進行如下操作:設(shè)單片機接受到的溫度數(shù)據(jù)為a，則:

1) 當(dāng)a>28時，單片機通過控制溫度控制器進而控制控制空調(diào)機的運轉(zhuǎn)，將溫度控制在28度以下，使a的值小于28。

2) 當(dāng)a<=28且a>=23時，單片機不做任何的操作;

3) 當(dāng)a<23時，單片機通過控制溫度控制器進而控制控制空調(diào)機的運轉(zhuǎn)，將溫度控制在23度以上，使a的值大于23。為此，可在單片機內(nèi)植入up()函數(shù)，1()函數(shù)，down()函數(shù)。其中up()函數(shù)的作用是使得空調(diào)溫度控制器將溫度提高;down()函數(shù)的作用是使得空調(diào)溫度控制器將溫度降低;1()函數(shù)不做任何改變。

當(dāng)a>28時，執(zhí)行down()函數(shù);當(dāng)a<=28且a>=23時。執(zhí)行1()函數(shù);當(dāng)a<23時，執(zhí)行up()函數(shù)。

4 產(chǎn)品的優(yōu)越性

該產(chǎn)品采用紅外測溫裝置，使溫度的感應(yīng)更加準(zhǔn)確，相對于傳統(tǒng)的熱電偶和熱電阻溫度感應(yīng)器需要接觸測溫，效果明顯更加優(yōu)越。同時也克服了普通空調(diào)的人性化不足的問題。通過安裝溫度測試儀，及時反映人體的溫度變化，調(diào)整空調(diào)，使空調(diào)的功能達到極致。

5 應(yīng)用前景

溫感自動智能空調(diào)適用于普通家庭，學(xué)校宿舍等地方，可以為人們帶來舒適的生活。并且隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭，公共場所等都需要人性化的服務(wù)，所以溫感自動智能空調(diào)市場前景很廣。相信如果將該產(chǎn)品投入市場，肯定會受到消費者的歡迎。

參考文獻:

[1] 秦曾煌.電工學(xué)[M].6版.北京:高等教育出版社，2004.

[2] 趙春云.空調(diào)器原理安裝及維修實用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2006.

[3] 張小松，杜塏.制冷空調(diào)學(xué)科教學(xué)研究進展[M].南京:東南大學(xué)出版社，2006.

[4] 田國良.熱紅外遙感[M].北京:電子工業(yè)出版社，2006.

[5] 王俊峰，薛鴻德，現(xiàn)代遙控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，2005.

[6] 李全利，仲偉峰，徐軍，單片機原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2006.

[7] 李建忠.單片機原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[8] 沃克(美).熱力學(xué)[M].6版.北京:清華大學(xué)出版社，2006.