CN109028395B - 一种用于办公环境的热电空调及其控制方法 - Google Patents
一种用于办公环境的热电空调及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于办公环境的热电空调及其控制方法和控制电路,提出一种基于热电制冷技术的热电空调来实现制冷通风的设计,应用于非对称办公环境,安装于办公隔断板上,对办公空间进行制冷通风,所述控制方法包含温度传感模块、输出调节模块、人体活动探测模块以及单片机,其中,温度传感模块用于采集隔断内温度信息;人体活动检测模块用于检测空间内人体活动信息;输出调节模块用于调节输出脉冲电压频率及启停信号。本发明温度感应模块配合输出调节模块能够实现精准的温度控制,人体活动检测模块配合输出模块能够实现在没有人体活动的时候自动停止热电空调运行,节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及建筑热电空调技术领域,特别涉及一种用于办公环境的热电空调及其控制方法。
背景技术
建筑中的暖通空调***能耗,是建筑能耗的重要来源。这是因为建筑人工环境的营造,尤其是大面积的制冷制热过程产生了大量的能源耗费。实际上,几乎所有时间内,人在办公环境内的活动范围仅限于办公室隔断的小范围,而大面积的供冷供热无疑造成了很大程度的能源损耗。传统的通风方式以整个办公环境为制冷制热空间,承担了大量不必要的制冷负荷,造成能源浪费,现有的办公环境多采用这种方式进行通风。因此出现了对办公环境进行局部通风的方法。而现有技术中,多采用传统压缩机式空调进行局部通风,具有安装复杂、成本高、不便于维护等缺点。并且现有的针对办公环境的热电空调,没有相适应的控制方法和控制电路设计,因此制冷通风效果,以及个性化通风效果不够理想。
以桌面通风、地板送风、天花板送风等方式实现的“工位通风”,是局部通风的一种方式。在一定程度上,工位通风减少了传统通风方式大量耗能的不足之处,但是工位通风方式存在诸如:(1)管道铺设复杂。(2)不便于维护。(3)成本较高等缺点,因此未能得到大范围应用推广,目前办公环境的制冷通风过程仍以传统通风方式为主。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种用于办公环境的热电空调及其控制方法,目的在于解决现有的办公环境局部通风方法复杂、成本高,和缺乏相对应的热电空调控制的缺点。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种用于办公环境的热电空调,所述热电空调包括空调外壳、热电制冷片、散热翅片、水冷板、对流风扇,温度传感器和人体热释电传感器,热电空调中间设有中心腔体,单片机控制模块安装在所述中心腔体中,所述中心腔体的两侧对称固定设置水冷板,所述水冷板与水冷管道连通,热电制冷片热端与水冷板连接,由冷水对热电制冷片的热端降温冷却;热电制冷片冷端连接散热翅片,所述散热翅片安装在入风口和出风口之间,对流风扇固定安装在空调外壳的出风口处,所述空调外壳上固定安装温度传感模块和人体活动探测模块,所述温度传感模块和人体活动探测模块与所述单片机控制模块通过导线连接。
一种用于办公环境的热电空调的控制方法,包括以下步骤:
S1.利用温度传感模块采集办公区域的环境的温度T,人体活动探测模块向外释放红外光波,接受反射光波信号来检测是否有人体活动信息,将信息反馈到单片机控制模块;
S2.将采集到的环境温度T信息与设定温度TO比较,对人体活动探测模块(2)采集不到的人体活动信息的时间进行持续计时记为t0;
S3.根据环境温度T与设定温度TO比较,通过输出调节模块调节输出脉冲电压频率从而控制热电空调模块的运行工况;
S4.判断t0是否大于5min,若是,则执行步骤S5;若否,则执行步骤S6;S5.
输出开关断开信号,热电空调模块停止工作;
S6.返回步骤S1,继续采集温度和人体活动信息,人体活动探测模块再次检测到人体活动时,单片机控制热电空调模块重新开始工作。
所述步骤S3具体包括:
S31.将所述温度传感模块.检测到的环境温度T与所述设定温度TO比较以判断环境温度T是否大于所述设定温度TO,如果是,执行步骤S32;如果否,执行步骤S37,
S32.记环境温度T与所述设定温度TO的差值与设定温度TO的比值为η,即η=(T-TO)/TO,判断η是否大于50%,若是,则执行步骤S33,若否,则执行步骤S34;
S33.输出调节模块调节输出电压为最大频率输出;
S34.判断η是否大于25%,若是,则执行步骤S35,若否,则执行步骤S36;
S35.输出调节模块调节输出电压为最大频率的80%;
S36.输出调节模块调节输出电压为最大频率的50%;
S37.记设定温度TO与所述环境温度T的差值与设定温度TO的比值为η,即η=(TO-T)/TO,判断η是否大于25%,若是,则执行步骤S38,若否,则执行步骤S39;
S38.输出调节模块调节输出电压为0;
S39.输出调节模块调节输出电压为最大频率的20%。
一种用于办公环境的热电空调的控制电路,包括单片机、人体活动检测模块、温度感应模块、输出调节模块和热电空调模块,其中,温度感应模块分别通过电阻R3、R4、R5、R6与按钮S2、S3、S4、S5连接于单片机接口;人体活动检测模块通过变电阻R12连接到单片机,二极管VD3并联在变电阻R12上;输出调节模块的信号接口连接到单片机接口上;热电空调模块连接在输出调节模块的输出端口上。
进一步,所述温度感应模块包括温度传感器SEN1与湿度传感器SEN2和电容C5,所述温度传感器SEN1与湿度传感器SEN2和0.1μF电容C5并联。
进一步,所述人体活动检测模块包括人体热释电传感器PIR、47K电阻R7、R8、R9、R10、4.7μF电容C6、C7和信号处理芯片74HC138,所述电阻R9、R10和电容C6、C7两端分别连接热释电传感器PIR的N2、N3两条接口;所述电阻R7由热释电传感器PIR的接口N1引出连接到单片机;人体热释电传感器PIR接口N1、N2、N3连接到信号处理芯片74HC138,接口N1、N3同时连接到单片机。
进一步,所述输出调节模块包括开关S1和场效应管,所述输出调节模块与24V电源连接,通过电阻R11与单片机信号接口相连接;并输出脉冲电压到热电空调模块。
进一步,所述输出调节模块包括开关S1和放大电路,所述放大电路通过信号接口IN和调节电阻R1与单片机接口相连接;电源输入接口6、7与放大器LM368N-1连接;10μF放大增益电容C2与放大器接口1和接口8相连接;控制电压由接口5经过250μF电容C4输出24V脉冲电压。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、使用热电空调进行局部通风,更加节能环保,安装方便、便于维护。
2、温度感应模块配合输出调节模块能够实现精准的温度控制。
3、人体活动检测模块配合输出模块能够实现在没有人体活动的时候自动停止热电空调运行,节约能源。
附图说明
图1为本发明热电空调整体结构示意图;
图2为本发明热电空调剖视图;
图3为本发明热电空调仰视图;
图4为本发明控制方法原理图;
图5为本发明控制方法流程图;
图6为本发明步骤S3的流程图;
图7为本发明控制电路图;
图8为本发明实施例二中放大电路示意图;
其中,1-单片机、2-人体活动探测模块、3-输出调节模块、4-温度感应模块、5-热电空调模块、6-热电制冷片、7-散热翅片、8-水冷板、9-对流风扇、10-中心腔体、11-温度传感器、12-人体热释电传感器、13-空调外壳、14-入风口、15-出风口、16-水冷管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1:
本发明为一种用于办公环境的热电空调,如图1-3所示,所述热电空调包括空调外壳13、热电制冷片6、散热翅片7、水冷板8、对流风扇9,温度传感器11和人体热释电传感器12,热电空调中间设有中心腔体10,单片机控制模块1安装在所述中心腔体10中,所述中心腔体的两侧对称固定设置水冷板8,所述水冷板8与水冷管道16连通,热电制冷片6热端与水冷板8连接,由冷水对热电制冷片6的热端降温冷却;热电制冷片6冷端连接散热翅片7,所述散热翅片7安装在入风口14和出风口15之间,对流风扇9固定安装在空调外壳13的出风口15处,所述空调外壳13上固定安装温度传感器11和人体热释电传感器12,所述温度传感器块11和人体热释电传感器12与所述单片机控制模块1通过导线连接。
如图4和5所示,本发明还提供了一种用于办公环境的热电空调的控制方法,包括以下步骤,S1:利用温度传感模块4采集办公区域的环境的温度T,人体活动探测模块2向外释放红外光波,接受反射光波信号来检测是否有人体活动信息,将信息反馈到单片机1;
S2.将采集到的环境温度T信息与设定温度TO比较,对人体活动探测模块2采集不到的人体活动信息的时间进行持续计时记为t0;
S3.根据环境温度T与设定温度TO比较,通过输出调节模块3调节输出脉冲电压频率从而控制热电空调模块5的运行工况;
S4.判断t0是否大于5min,若是,则执行步骤S5;若否,则执行步骤S6;
S5.输出开关断开信号,热电空调模块5停止工作;
S6.返回步骤S1,继续采集温度和人体活动信息,人体活动探测模块2再次检测到人体活动时,单片机1控制热电空调模块5重新开始工作。
进一步地,如图6所示,步骤S3具体包括:
S31.将所述温度传感模块4检测到的环境温度T与所述设定温度TO比较以判断环境温度T是否大于所述设定温度TO,如果是,执行步骤S32;如果否,执行步骤S37,
S32.记环境温度T与所述设定温度TO的差值与设定温度TO的比值为η,即η=(T-TO)/TO,判断η是否大于50%,若是,则执行步骤S33,若否,则执行步骤S34;
S33.输出调节模块3调节输出电压为最大频率输出;
S34.判断η是否大于25%,若是,则执行步骤S35,若否,则执行步骤S36;
S35.输出调节模块3调节输出电压为最大频率的80%;
S36.输出调节模块3调节输出电压为最大频率的50%;
S37.记设定温度TO与所述环境温度T的差值与设定温度TO的比值为η,即η=(TO-T)/TO,判断η是否大于25%,若是,则执行步骤S38,若否,则执行步骤S39;
S38.输出调节模块3调节输出电压为0;
S39.输出调节模块3调节输出电压为最大频率的20%。
如图7所示,本发明提供一种用于办公环境的热电空调的控制电路,包括单片机1、人体活动检测模块2、温度感应模块4、输出调节模块3和热电空调模块5,其中,温度感应模块4分别通过电阻R3、R4、R5、R6与按钮S2、S3、S4、S5连接于单片机接口;人体活动检测模块2通过变电阻R12连接到单片机,二极管VD3并联在变电阻R12上;输出调节模块3的信号接口连接到单片机1接口上;热电空调模块5连接在输出调节模块3的输出端口上。
上述按钮S2、S3、S4、S5分别控制最大输出频率100%、80%、50%和20%,不同的最大输出频率对应不同的制冷强度和速度,实现手动控制输出电压频率,实现分档输出功能。
所述温度感应模块4包括温度传感器SEN1与湿度传感器SEN2和电容C5,所述温度传感器SEN1与湿度传感器SEN2和0.1μF电容C5并联,所述人体活动检测模块2包括人体热释电传感器PIR、47K电阻R7、R8、R9、R10、4.7μF电容C6、C7和信号处理芯片74HC138,所述电阻R9、R10和电容C6、C7两端分别连接热释电PIR的N2、N3两条接口;所述电阻R7由热释电PIR接口N1引出连接到单片机1;人体热释电传感器PIR接口N1、N2、N3连接到信号处理芯片74HC138,接口N1、N3同时连接到单片机;所述输出调节模块3包括开关S1和场效应管,所述输出调节模块3与24V电源连接,通过电阻R11与单片机信号接口相连接;并输出脉冲电压到热电空调模块5。
实施例2
如图8所示,该实施例与上述实施例1不同之处在于,使用放大电路代替场效应管作为输出调节模块,放大电路在调节输出电压频率时,其工作稳定性更高。放大电路通过信号接口IN和调节电阻R1与单片机接口相连接;电源输出接口6、7与放大器LM368N-1连接;10μF放大增益电容C2与放大器接口1和接口8相连接;控制电压由接口5经过250μF电容C4输出24V脉冲电压;该放大电路同样通过调节输出脉冲电压频率来实现温度控制,与场效应管相比,电路稳定性更高。输出其他步骤与参数与实施例1相同。
实施例3
作为上述实施例的改进,该实施例1和实施例2的不同之处在于,LED1、LED2、LED3分别与单片机1连接,在步骤S4中,t0大于5min时判断***无人体活动,与单片机连接的LED2灯亮;反之,判断为有人体活动,与单片机连接的LED3亮;控制***正常工作时灯LED1亮。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为其中的一种实施例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (5)
1.一种用于办公环境的热电空调,其特征在于:所述热电空调包括空调外壳(13)、热电制冷片(6)、散热翅片(7)、水冷板(8)、对流风扇(9),温度传感器(11)和人体热释电传感器(12),热电空调中间设有中心腔体(10),单片机(1)安装在所述中心腔体(10)中,所述中心腔体的两侧对称固定设置水冷板(8),所述水冷板(8)与水冷管道(16)连通,热电制冷片(6)热端与水冷板(8)连接,由冷水对热电制冷片(6)的热端降温冷却;热电制冷片(6)冷端连接散热翅片(7),所述散热翅片(7)安装在入风口(14)和出风口(15)之间,对流风扇(9)固定安装在空调外壳(13)的出风口(15)处,所述空调外壳(13)上固定安装温度传感器(11)和人体热释电传感器(12),所述温度传感器(11)和人体热释电传感器(12)与所述单片机(1)通过导线连接;
还包括控制电路,所述控制电路包括单片机(1)、人体活动检测模块(2)、温度感应模块(4)、输出调节模块(3)和热电空调模块(5),其中,温度感应模块(4)分别通过电阻R3、R4、R5、R6与按钮S2、S3、S4、S5连接于单片机接口;人体活动检测模块通过变电阻R12连接到单片机,二极管VD3并联在变电阻R12上;输出调节模块(3)的信号接口连接到单片机接口上;热电空调模块连接在输出调节模块的输出端口上;
所述输出调节模块(3)包括开关S1和场效应管,所述输出调节模块(3)与24V电源连接,通过电阻R11与单片机信号接口相连接;并输出脉冲电压到热电空调模块(5)或输出调节模块包括开关S1和放大电路,所述放大电路通过信号接口IN和调节电阻R1与单片机接口相连接;电源输入接口6、7与放大器LM368N-1连接,7接口串联10nF电容C1并接地;10μF放大增益电容C2与放大器接口1和接口8相连接;控制电压由接口5经过250μF电容C4输出24V脉冲电压,接口5同时串联0.05μF电容C3和保护电阻R2接地。
2.根据权利要求1所述的用于办公环境的热电空调,其特征在于:所述温度感应模块(4)包括温度传感器SEN1与湿度传感器SEN2和电容C5,所述温度传感器SEN1与湿度传感器SEN2和0.1μF电容C5并联。
3.根据权利要求1所述的用于办公环境的热电空调,其特征在于:所述人体活动检测模块(2)包括人体热释电传感器PIR、47K电阻R7、R8、R9、R10、4.7μF电容C6、C7和信号处理芯片74HC138,所述电阻R9、R10和电容C6、C7两端分别连接热释电传感器PIR的N2、N3两条接口;所述电阻R7由热释电传感器PIR的接口N1引出连接到单片机(1);人体热释电传感器PIR接口N1、N2、N3连接到信号处理芯片74HC138,接口N1、N3同时连接到单片机。
4.一种用于办公环境的热电空调的控制方法,其特征在于,应用权利要求1-3任意一项所述的热电空调,包括以下步骤:
S1.利用温度传感模块(4)采集办公区域的环境的温度T,人体活动探测模块(2)向外释放红外光波,接受反射光波信号来检测是否有人体活动信息,将信息反馈到单片机(1);
S2.将采集到的环境温度T信息与设定温度T0比较,对人体活动探测模块(2)采集不到的人体活动信息的时间进行持续计时记为t0;
S3.根据环境温度T与设定温度TO比较,通过输出调节模块(3)调节输出脉冲电压频率从而控制热电空调模块(5)的运行工况;
S4.判断t0是否大于5min,若是,则执行步骤S5;若否,则执行步骤S6;
S5.输出开关断开信号,热电空调模块(5)停止工作;
S6.返回步骤S1,继续采集温度和人体活动信息,人体活动探测模块(2)再次检测到人体活动时,单片机(1)控制热电空调模块(5)重新开始工作。
5.根据权利要求4所述的用于办公环境的热电空调的控制方法,其特征在于所述步骤S3具体包括:
S31.将所述温度传感模块(4)检测到的环境温度T与所述设定温度TO比较以判断环境温度T是否大于所述设定温度TO,如果是,执行步骤S32;如果否,执行步骤S37;
S32.记环境温度T与所述设定温度TO的差值与设定温度TO的比值为η,即η=(T-TO)/TO,判断η是否大于50%,若是,则执行步骤S33,若否,则执行步骤S34;
S33.输出调节模块(3)调节输出电压为最大频率输出;
S34.判断η是否大于25%,若是,则执行步骤S35,若否,则执行步骤S36;
S35.输出调节模块(3)调节输出电压为最大频率的80%;
S36.输出调节模块(3)调节输出电压为最大频率的50%;
S37.记设定温度TO与所述环境温度T的差值与设定温度TO的比值为η,即η=(TO-T)/TO,判断η是否大于25%,若是,则执行步骤S38,若否,则执行步骤S39;
S38.输出调节模块(3)调节输出电压为0;
S39.输出调节模块(3)调节输出电压为最大频率的20%。
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