智慧眼感應在智能空調中的設計與實現(xiàn)

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，當前國際能源緊缺，國內(nèi)電力能源也處于緊缺狀態(tài)，用戶對智能家居產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保性能越來越重視，對空調這類高能耗產(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感，同時在使用方面缺乏人性化設計，比如樓宇辦公區(qū)域的空調設備使用時基本處于常開狀態(tài)，即使無人時也是處于開機狀態(tài)，人員數(shù)量相當較少時，空調風量依然是一樣大小，同時空調吹風方向并不能隨著人流量多少的相對位置變化而變化，這勢必會造成大量的能源浪費，針對現(xiàn)存問題本文提出了一種基于紅外感應的智能化空調設計方案，有效的克服了上述問題，全面提升了空調的使用價值，創(chuàng)造出滿足用戶需求的智能節(jié)能空調。

1 空調智慧眼概述

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

智慧眼空調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，模塊可以利用紅外線傳感器檢測出房間內(nèi)人員的分布、活動狀態(tài)等關鍵信息，并將關鍵信息傳遞給主控板，主控板分析處理并智能控制空調的出風方向、出風大小、出風溫度、設定溫度、環(huán)境體感溫度等，解決了空調風向偏離、溫度不適、吹風不暢的問題，給用戶帶來更為舒適的體驗，實現(xiàn)了空調舒適和節(jié)能運行。

圖1 空調智慧眼面板

智慧眼模塊包含智慧眼控制板與智慧眼檢測板。智慧眼控制板以擴展板角色通過內(nèi)機主控板接入到機組通訊網(wǎng)絡，并控制智慧眼檢測板、步進電機動作，主控板根據(jù)智慧眼檢測板的檢測數(shù)據(jù)，以及顯示終端設備設置的需求功能，智能控制空調掃風板角度，掃風大小以及空調啟停狀態(tài)，實現(xiàn)風隨人、風避人及無人節(jié)能等智能控制。

顯示及控制終端設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 空調智慧眼硬件設計方案（圖2）

圖2 空調智慧眼硬件設計方案

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板。智慧眼控制板包含主控電路、電源轉換電路、485通訊電路以及信息存儲電路，主控電路CPU選用NXP的LPC系列；電源轉換電路采用DC/DC芯片，可實現(xiàn)12 V轉5 V及5 V轉3.3 V，滿足主芯片、存儲芯片、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)行動作保持一致；存儲電路用于記憶用戶設置的空調掃風板角度，掃風大小及空調啟停狀態(tài)，確保用戶設置狀態(tài)的穩(wěn)定性。

此外智慧眼檢測板包含核心的熱電堆傳感器，用于檢測室內(nèi)溫度及人員分布、活動狀態(tài)等關鍵信息。熱電堆傳感器不需要冷卻，在整個溫度測量范圍內(nèi)能達到±1 ℃的精度，對于比較窄的體溫測量，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構，這種結構的設計確保了冷端和測溫端的溫度差，當各個熱電偶測溫端溫度上升時，熱電偶相互之間就會產(chǎn)生熱電動勢，因此在輸出端就可以獲得它們的電壓之和。

圖3 空調智慧眼熱電堆傳感器

智慧眼控制板與智慧眼檢測板采用IIC通訊，智慧眼檢測板利用紅外線傳感器檢測出房間內(nèi)人員分布、活動狀態(tài)等關鍵信息，將檢測到的信息發(fā)送給智慧眼控制板，智慧眼控制板與空調內(nèi)機采用485通訊，并與電機控制端子連接，智慧眼控制板將接收到的檢測信息與空調實際運行狀態(tài)進行對比分析，最終實現(xiàn)智慧眼的聯(lián)動控制，如圖4所示。

圖4 空調智慧眼面板

3 空調智慧眼軟件設計方案

智慧眼模塊可檢測房間4個面的基本信息，每個面檢測90 °達到360 °全方位的一個檢測視野，以機組面板智慧眼為中心，按導風板方向劃分區(qū)域范圍，根據(jù)不同的環(huán)境因素，智慧眼檢測不同區(qū)域，實現(xiàn)智能的風隨人、風避人及無人節(jié)能控制。

如圖5所示，顯示及控制終端設備（遙控器、線控器或集中控制器）開啟空調并設置空調所需要的運行模式后，智慧眼連續(xù)15 min以內(nèi)檢測到房間無人，初步判處房間為無人狀態(tài)，控制空調以當前運行模式工作；從15 min以后至連續(xù)檢測1 h以內(nèi)檢測到房間無人，再次判斷房間為無人狀態(tài)，空調以節(jié)能模式運行；從檢測到房間無人開始計時，到連續(xù)4 h仍然檢測到房間無人，并最終判斷為房間確實無人，此期間空調會自動停機，若此期間某個時刻檢測到房間有人，空調會以之前設置的運行模式重新啟動工作；從檢測到房間無人開始，4 h后人仍檢測到房間無人，空調會自動關機，此時之前的終端設備設置的運行模式無效，需要手動重新設置空調運行模式，空調才會再次開啟，實現(xiàn)智能的無人節(jié)能控制。

圖5 空調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板的檢測數(shù)據(jù)判斷人體所在位置，并控制電機動作，確保出風口對準人體所在位置；如圖6所示，智慧眼檢測板通過熱電堆傳感器檢測室內(nèi)溫度，并進行溫度自動調節(jié)，最終滿足房間人員的空調冷量需求。

圖6 空調智慧眼面板輻射圖

4 結語

本文提出了一種空調智慧眼的控制方式，主控板通過分析智慧眼檢測板的檢測數(shù)據(jù)，以及顯示終端設備設置的功能，自動調整空調掃風板角度，掃風大小及空調啟停狀態(tài)，實現(xiàn)風隨人、風避人及無人節(jié)能等智能控制。通過理論分析及實驗測試結果證明，本文設計的方案具有很高的有效性、可靠性及實用性，能很好的實現(xiàn)空調的智慧控制，滿足用戶對智能空調的強烈需求，同時對智慧空調的發(fā)展奠定的堅實的基礎。