一种基于人行为特征的智能温度控制系统
技术领域
本发明属于温度自动控制领域，具体涉及一种基于人行为特征的家用地暖智能温度控制系统。
背景技术
随着生活水平的提高，消费者的价值观也随之而改变。在安装地暖时他们不仅仅满足于地暖的制热功能，越来越多的消费者倾向于科技含量高、操作方便、人性化、智能化的地暖。这种顺应趋势发展的地暖自然成为技术发展的主流。目前电地暖日益普及，大部分仍采用传统控制方法，耗电量大，用户的电费支出巨大，因此节省电能是一个亟待解决的问题。目前家用地暖的流行趋势：一是人性化设计，控制简单、使用方便；二是高效节能，安全舒适；三是健康环保，安全性高。地暖在设计时要考虑节能，在运行时也要考虑节能，采取一定的技术措施能够使地暖的运行适应负荷条件的变化，尽量避免不必要的能耗，如人少功率大的时候造成额外的能耗，这是地暖节能的重要方面。近年来国内外围绕地暖运行节能开展了很多研究开发和应用工作。
发明内容
针对现在地暖只从加热材料等技术方面寻找节能途径，本发明从人机工程学方面提出基于行为控制的新型控制系统；针对现有地暖始终工作在设定的温度，不会关注人的行为特征变化，例如是否有人、人数、人在何种区域等，采用了行为特征智能传感器检测人的行为特征，基于人行为特征的最佳舒适度的温度控制；本发明所采用的方式，从人的舒适度方面出发，利用地暖的分区加热技术，使人摆脱现在地暖这种固定加热的弊端；为提高地暖的节能效率，通过行为智能传感器检测人的行为特征，不但实现自动开关机技术（有人时自动开启工作，无人时自动关机），而且还可以通过检测人的行为特征来进行制热量大小的控制，实现最经济的按需制热，从而实现节能。
地暖系统采用可以分区控制的地暖，不同区域的地暖组装成整个地暖，其中不同的区域上具有单独的控制器接收总控制器的信号来发出不同的功率，达到不同的发热效果。在本发明的一个应用实例中，地暖采用模组化石墨烯地暖，不同的模组上具有单独的控制器接收总控制器的信号来控制发热量，从而实现分区发热控制。
利用阵列红外传感器来检测不同区域的人的行为特征，例如是否有人、人数等，检测系统包括红外阵列传感器和微处理及所需相关电路，红外阵列传感器用于实现二维区域温度检测；微处理器用于接收和分析红外阵列传感器传递的温度信息，得出人行为特征，并给出相应的指示信号。
红外阵列传感器根据需要，可以选用8X8、16X16、32X32、32X24、32X16等型号的阵列红外传感器，阵列红外传感器会生成相应的8X8、16X16、32X32、32X24、32X16的矩阵，矩阵元素可以做插值处理从而获得更高分辨率的矩阵，矩阵中元素的值即为各个位置上的温度。例如在有人的地方检测到的温度高，而没有人的地方检测到的温度低。
所述红外阵列传感器安装在房间屋顶层的中间位置，角度垂直楼层板向下，该红外阵列传感器通过IIC接口与微处理器进行通信，所述微处理器安装在红外阵列传感器的旁边，在本发明的一个应用实例中，选用基于ARM架构的芯片，在该微处理器上运行经处理的Linux嵌入式操作系统；在本发明的一个应用实例中，选用基于单片机架构的微处理芯片。
具体来讲，功率控制器启动时是低功率启动，启动电流小，启动结束后功率调节器使得地暖发热器处于高速运转状态，发出强大制热功率，使房间温度迅速达到设定温度，一旦达到设定室温，功率调节器将功率降低，进入低功率运转状态。
在运行过程中，取房间的实际温度与设定温度的差值作为连续控制信号，输入到功率调节器中，便可随时根据室温变化进行功率调节，实现了连续低功率运转的运行状态，避免了大功率频繁启动，实现了高效节能。
功率调控器采用人工智能深度学习技术对输入变量作机器学习处理后，可实现对多变量的动态控制，它可以包括三个输入量：室内温差及其随时间的变化率，室内地暖层的温度及其随时间的变化率，不同区域的温度及其随时间的变化率。
输出量包括对地暖的制热、区域、热量等功能实行智能化控制。
附图说明
图1是基于人行为特征的智能温度控制系统的结构示意图。
图2是行为特征智能传感器的示意图。
图3为行为特征智能传感器及控制器等装置示意图。
图4为分区加热示意图。
具体实施例
以下将结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，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组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用途，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，这些附图均为简化的示意图， 仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
参见图1，本发明包括带有地暖分区加热器8以及与地暖分区加热器8相连的用于控制地暖分区加热器8工作的温度控制器4、加热功率控制器5和定区加热控制器6，所说的温度控制器4及加热控制器5还分别与行为特征智能传感器中的微控制器3相连，该行为特征智能传感器包括用于监测入行为活动和人体温特征 的人员探测器1以及与人员探测器1相连接的信号放大器2，信号放大器2的输出端与微控制单元3的输入端相连，微控制单元3的输出端与温度控制器4和加热功率控制器5相连，微控制单元3的输出还连接有分区加热控制器6，大功率总加热器7，分区加热控制器6与分区加热器8相连。各个部分间连接采用本领域通用的方式即可。
参见图2，本发明的行为特征智能传感器9包括人员探测器1与红外信号放大器2，红外信号放大器2输入端与人员探测器1的输出端相连，红外信号放大器2输出端与微控制单元3的输入端相连。
图3为行为特征智能传感器及控制器等装置示意图。9为行为特征智能传感器，10为前述用于控制地暖加热器工作的温度控制器、加热功率控制器和定区加热控制器等装置，11为地暖加热装置。
图4为分区加热示意图，其中9为行为特征智能传感器，Z0、Z1.......Z64为分为64个分区的一个实施例的示意图。
行为特征智能传感器用来感知室内是否有人、人数、人的行为特征、方位及人的体温，从而控制分区地暖不同区域的开或关，以及分区地暖不同区域温度的自动控制。
行为特征智能传感器由人员探测器1、信号放大器2和微控制单元3组成。人员探测器1由红外传感器9与红外信号处理器10构成，红外探测器9用于检测人的行为活动和体温以及室内温度，人员探测器1将探测到的人的行为活动和人的体温信号通过信号放大器2送到微 控制单元3中，微控制单元3对送来的信号进行行为判别并利用人工智能算法进行分区地暖温度设定。
行为判别是用来判别人的行为特征，如活动，安静坐着等特征及实际位置等。
温度控制器4是利用微控制单元3已经处理过的信号来控制不同区域的地暖的热量的智能调节，其事实上就是微控制单元3的执行者，将微控制单元3的信号转变为能够驱动分区加热器8工作的信号，以实现地暖不同区域的功率的控制，同时微控制单元3根据红外探测器9检测到的位置信号转变为控制信号送给分区加热控制器6，由分区温度控制器6控制分区加热器8实现定区制热，加热功率控制器5是通过微控制单元3实现温度控制。
加热功率控制器5启动时是低功率启动，启动电流小（一般是额定电流的2-3倍），启动结束后大功率总加热器7处于高速运转状态，发出强大制热功率，使房间温度迅速达到微控制单元3通过人工智能算法得出的最佳舒适温度，一旦达到最佳舒适温度，加热功率控制器5即将功率降低，在其作用下大功率总加热器7自动降功率，进入小功率运行状态。
在运行过程中，室内的实际温度通过红外探测器11将检测到的温度信号送入信号放大器2中， 将实际温度与最佳舒适温度的差值作为连续控制信号，通过微控制单元3的人工智能输入到加热功率控制器5中，便可随时根据人行为特征变化进行区域功率调节，实现连续低功率运转的运行状态，避免了大功率加热器频繁启起动，实现了高效节能。
加热控制器的作用就 是通过功率的改变来影响加热的工作，最终达到节能的目的。
本发明从地暖温度控制系统优化设计、节能、舒适度，智能控制角度出发，综合上述人工智能控制、变功率技术和行为特征智能传感器的特点，提出结合人工智能控制、变功率技术和行为特征智能传感器特点的智能温度控制系统，来提高地暖的节能、舒适度和智能效果。
本发明可以达到的效果如下：
1)通过行为特征智能传感器检测人的行为特征并根据行为特征和环境温度确定最舒适温度，不但为地暖温度的自动设定奠定了基础；而且通过微处理单元基于行为变化得出的地暖设定温度是最舒适温度，相对于固定的设定温度，可以起到按需制热的作用，达到节能的目的。
2)实现了地暖的自动开关机技术和基于人的行为特征的制热量大小的自动控制技术，使地暖真正走上智能化的道路；
3)实现了地暖的区域加热，对提高人的舒适度有了更全新的考虑，特别是在人少房间大的情况下，不需要将整个房间温度升高，实现了节能的目的。
4)设计一个基于行为特征智能传感器、人工智能控制、变功率技术的智能温度控制系统， 实现了地暖节能与智能化控制。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
