CN109489227A - 空调状态传感器及空调状态检测***及空调状态检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种空调状态传感器，包括MCU单片机、射频控制模块、传感器模块、红外控制模块、内置存储器、空调编码库、电源模块、串口通信模块、无线通信模块、空调风速发电模块；本发明的空调状态传感器放置于空调的出风口对空调当前的状态进行检测，无需改变原空调的任何结构就可以使用，使用范围广，使用方便；传感器模块配置气体传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器可同时对空调吹出来的空气的质量、温度、湿度、流速进行实时检测，进而获得空调当前的运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调状态传感器及空调状态检测***及空调状态检测方法。
背景技术
空调是室内调节温度和湿度的环境调节装置，提供人们舒适的室内环境， 然而空调也是电力消耗大户。现传统技术的空调基本属于单机空调，不具备网络远程管理，虽然出现了互联网空调，但由于性价比低的原因尚还未普及。如果用户想在远程控制空调，或者想了解某台空调的工作状态，现有的空调就不能满足这种需要。现有的技术也有采用红外转发控制方式通过网络对空调进行远程控制的，但是都很难获取当前空调的真实状态。首先家用的挂壁分体空调或者落地空调采用红外控制，众所周知红外是单向发送控制，无法获取空调的反馈信息，实际远程对空调进行控制后是无法获取到空调真实的工作状态。其次商用冷媒VRV空调虽然有数据接口但需要购买昂贵的接口板和进行数据接口二次开发，实际完成对接困难比较大，需要专业的团队。再次水冷中央空调的终端风机盘管控制受温控器开关面板控制，也无法提供数据反馈状态接口。因此要获得真实的空调状态数据进行远程控制，目前市面上的控制设备及方法具有很大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术问题，提供一种能够获取空调当前状态信息的空调状态传感器及空调状态检测***及空调状态检测方法。
本发明的技术方案：一种空调状态传感器，其特征在于：包括MCU单片机、射频控制模块、传感器模块、红外控制模块、内置存储器、空调编码库、电源模块、串口通信模块、无线通信模块、空调风速发电模块；所述射频控制模块与所述MCU单片机相连；所述传感器模块与所述MCU单片机相连，包括气体传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器；所述红外控制模块上设置红外发射单元、红外学习单元；所述红外控制模块分别与所述MCU单片机、空调编码库相连；所述空调编码库内置各类已知空调红外控制编码以及通过红外学习单元学习获得的新编码；所述内置存储器、电源模块、串口通信模块、无线通信模块分别与所述MCU单片机相连；所述内置存储器用于存储外部控制设备无线传输到本装置的空调各类执行控制策略；所述电源模块提供电源，设置外部电源插口，同时内置可充电电池及充电电路；所述空调风速发电模块与所述电源模块相连，为充电电池充电。
进一步，所述空调风速发电模块上设置叶轮，通过空调风吹动叶轮进行磁力发电，给充电电池充电。
进一步，所述串口通信模块具备zigbee、RF、蓝牙通信通信单元。
进一步，所述无线通信模块具备wifi、4G/5G、NB-iot通信单元。
进一步，所述风速传感器采用永磁电机连接叶轮的方式来获取转速，也可采用磁性转盘与霍尔传感器配合的方式获得转速，亦可采用光栅盘与发光管、光敏管配合的方式获得转速。
空调状态检测***包括移动通信设备、PC 计算机、阿里云、空调状态传感器、空调、室内温度计；所述室内温度计测量室内的温度并将温度信息传输到阿里云；所述空调状态传感器放置与所述空调的出风口，用于检测空调出风口的风速、温度、湿度、气体的质量；所述移动通信设备、PC 计算机通过阿里云发送空调指令给空调状态传感器；空调状态传感器将指令通过红外控制模块或射频控制模块发送给空调；所述空调状态传感器将空调运行的状态信息使用Wi-Fi、4G\5G 或 NB-iot传输到阿里云；移动通信设备和 PC 计算机登入阿里云可获得空调状态信息。
空调状态检测方法包括检测空调出风口的温度、检测空调出风口的风速、空调出风口的湿度、检测空调出风口的空气质量、检测室内的环境温度；若检测到的空调出风口的温度大于制热温度，如30度或大于检测到的室内的环境温度8度及以上，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于制热的运行状态；若检测到的空调出风口的温度小于制冷温度，如15度或小于检测到的室内的环境温度8度及以上，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于制冷的运行状态；若检测到的空调出风口的温度与检测到的室内的环境温度相差±2度，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于通风的运行状态；若检测到的空调出风口的温度与检测到的室内的环境温度相差±2度，且没有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于停止状态；同时根据检测到的空调出风口的风速可以判定出当前空调处于哪个挡位的送风状态。由于空调出风口的空气是通过回风口进入，因此通过检测出风口的空气质量可以对室内进行空气质量检测，如二氧化碳、甲醇溶度等检测，同时也检测室内空气湿度。
有益效果：（1）本发明的空调状态传感器放置于空调的出风口对空调当前的状态进行检测，无需改变原空调的任何结构就可以使用，使用范围广，使用方便；传感器模块配置气体传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器可同时对空调吹出来的空气的质量、温度、湿度、流速进行实时检测，进而获得空调当前的运行状态；（2）本发明可根据空调不同的控制方式，通过红外控制模块或射频控制模块实现对空调的开关机、工作模式切换、风速设置、设定温度等操作，适用范围广；同时红外控制模块设置红外学习单元，可对当前空调编码库内没有的未知编码进行学习并下载；（3）本发明设置具备zigbee、RF、蓝牙通信单元的串口通信模块，可使用具备zigbee或RF或蓝牙通信功能的无线温控器或无线PAD控制器控制空调状态传感器进而控制空调并获得当前空调运行的状态信息；（4）本发明设置具备wifi、4G/5G、NB-iot通信单元的无线通信模块，可使用具备wifi、4G/5G或NB-iot通信功能的移动终端设备或者PC计算机来控制空调状态传感器进而控制空调并获得当前空调运行的状态信息，可随时远程控制空调的运行模式，极大的方便了现代人的生活，方便企事业单位将普通单体空调升级为网络空调进行空调集中管控；（5）通过本发明的空调状态传感器，可实现对各类空调***的运行参数及环境参数进行采集检测并发到阿里云后台，通过后台的空调节能管理策略，进行优化空调***的运行，通过***子***之间的协调工作，以达到最大限度的空调节约能源；(6)本发明电源模块设置外置电源插口，可采用适配器DC 12V输出直流电供本装置工作，同时内置可充电电池，在外置电源不便的情况下，可使用电池供电，使用方便；（7）本发明配置空调风速发电模块为电池充电，空调风速发电模块使用的发电能源是空调出风口的气流，无需使用额外的能源；（8）本发明可以远程监控空调的运行状态。
附图说明
图1为本发明空调状态传感器原理框图；图2为本发明空调状态检测***原理框图；图3为本发明空调状态检测***实施例一原理简图；图4为本发明空调状态检测***实施例二原理简图；图5为三种不同测速方式的风速传感器；图6为本发明空调状态检测方法的原理框图。
具体实施方式
如图所示：一种空调状态传感器包括MCU单片机15、射频控制模块11、传感器模块12、红外控制模块13、内置存储器20、空调编码库14、电源模块19、串口通信模块17、无线通信模块16、空调风速发电模块18；所述射频控制模块11与所述MCU单片机15相连，用于向空调传送指令；所述传感器模块12与所述MCU单片机15相连，包括气体传感器21、温度传感器22、湿度传感器23、风速传感器24；所述气体传感器21用于检测空调出风口空气的质量；所述红外控制模块13上设置红外发射单元25、红外学习单元26；所述红外控制模块13分别与所述MCU单片机15、空调编码库14相连，用于向空调传送指令；所述空调编码库14内置各类已知空调红外控制编码以及通过红外学习单元学习获得的新编码；所述内置存储器20、电源模块19、串口通信模块17、无线通信模块16分别与所述MCU单片机15相连；所述内置存储器20用于存储外部控制设备无线传输到本装置的空调各类执行控制策略；所述电源模块19提供电源，设置外部电源插口，同时内置可充电电池及充电电路；所述空调风速发电模块18与所述电源模块19相连，为充电电池充电；所述空调风速发电模块18上设置叶轮30，通过空调风吹动叶轮30进行磁力发电，给充电电池充电；所述串口通信模块17具备zigbee、RF、蓝牙通信单元；所述无线通信模块18具备Wi-Fi、4G\5G、NB-iot通信单元；所述风速传感器24采用永磁电机连接叶轮的方式31来获取转速，这种方式采用永磁电机连接叶轮，在空调出风口的风力作用下，叶轮转动通过磁力切割产生电流，将电流放大整形后输出到MCU的A/D转换接口，根据电流大小获取等量的风力等级，从而判断空调风速的低、中、高等级；也可采用磁性转盘与霍尔传感器配合的方式32获得转速，这种方式是通过带有磁性的转盘方式，在空调出风口的风力作用下，叶轮带动有多个磁性的转盘转动，通过霍尔元件读取产生脉冲信号，将脉冲信号整形后输出到MCU的A/D转换接口或IO口，通过脉冲信号的频率大小获取等量的风力等级，从而判断空调风速的低、中、高等级；亦可采用光栅盘与发光管、光敏管配合的方式33获得转速，这种方式通过带有光电式的转盘方式，在空调出风口的风力作用下，叶轮带动有多个通孔的转盘转动，通过发光元件与光敏元件的组合，叶轮转动中发光元件通过通孔射到对面的光敏元件产生脉冲信号，将脉冲信号整形后输出到MCU的A/D转换接口或IO口，通过脉冲信号的频率大小获取等量的风力等级，从而判断空调风速的低、中、高等级。
空调状态检测***包括移动通信设备6、PC 计算机5、阿里云4、空调状态传感器7、空调38、室内温度计37；所述室内温度计37测量室内的温度并将温度信息传输到阿里云4；所述空调状态传感器7放置与所述空调38的出风口，用于检测空调出风口的风速、温度、湿度、气体的质量；所述移动通信设备6、PC 计算机5通过阿里云4发送空调指令给空调状态传感器7；空调状态传感器7将指令通过红外控制模块或射频控制模块发送给空调38；所述空调状态传感器7将空调运行的状态信息——空调出风口的风速、温度、湿度、气体质量等信息使用Wi-Fi、4G\5G 或 NB-iot传输到阿里云4；移动通信设备6和 PC 计算机5登入阿里云4可获得空调状态信息；通过空调出风口的风速的数据信息即可清楚目前空调38的送风挡位；通过出风口的风速与温度的数据信息采集，与预设标准温度比较或与室温对比，即可清楚当前空调38处于制冷状态还是制热状态还是通风状态。
空调状态检测***实施例一：如附图三所示：控制的终端空调为水冷空调，将空调状态传感器7安装到水冷风机盘管2出风口，计算机5或移动终端6通过阿里云4发送控制指令，通过路由器3提供的无线网络转发指令到需要控制的空调状态传感器7，空调状态传感器7通过红外发射红外控制指令8到连接水冷风机盘管2的带红外的无线温控器1的红外接收头上，带红外的无线温控器1通过接收到的指令控制2水冷风机盘管的制冷、制热、风速、除湿、通风等运行；空调运行后，安装在空调出风口的空调状态传感器7通过传感器模块上的风速传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器获取到空调出风口的运行状态，然后通过无线网络将空调运行状态数据实时推送到阿里云4上，计算机5或移动终端6根据管理或查询需要可实时通过网络连接到阿里云4获取运行状态数据。
空调状态检测***实施例二：如附图四所示：控制的终端空调为冷媒分体空调，则将空调状态传感器7安装到冷媒空调室内机9的出风口，计算机5或移动终端6通过阿里云4发送控制指令，通过路由器3提供的无线网络转发指令到需要控制的空调状态传感器7，空调状态传感器7通过红外发射红外控制指令8到冷媒空调室内机9的红外接收头上，冷媒空调室内机9通过接收到的指令控制冷媒空调的制冷、制热、风速、除湿、通风等运行。空调运行后，安装在空调出风口的空调状态传感器7通过传感器模块上的风速传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器获取到空调出风口的运行状态，然后通过无线网络将空调运行状态数据实时推送到阿里云4上，计算机5或移动终端6根据管理或查询需要可实时通过网络连接到阿里云4获取运行状态数据。
空调状态传感器的控制方式有三种：
第一种为远场无线控制方式：无线通信模块16通过wifi、4G\5G或NB-iot网络方式接收到远距离无线控制设备27发送的控制指令，传输到MCU单片机15 进行处理，MCU单片机15根据当前空调控制的方式自动选择采用射频控制模块11 或者红外控制模块13 进行发送空调的控制指令。如果是红外控制方式，红外控制模块13 会调用空调编码库14 中对应的空调遥控红外编码通过红外发射单元25进行指令发送，如果本机空调没有在编码库内，可通过红外学习单元26通过红外学习将空调红外遥控器上的编码学习到编码库内
第二种为近场无线控制方式： 无线Pad控制器28或 无线温控器29发送进场控制指令，进场通讯可采用zigbee、射频、蓝牙等进行近距离发送空调控制指令，传输到 MCU单片机15进行处理，MCU单片机15 根据当前空调控制的方式自动选择采用射频控制模块11 或者 红外控制模块13进行发送空调的控制指令。如果是红外控制方式，红外控制模块13 会调用空调编码库14 中对应的空调遥控红外编码通过红外发射单元25进行指令发送，如果本机空调没有在编码库内，可通过红外学习单元26通过红外学习将空调红外遥控器上的编码学习到编码库内
第三种为离线空调策略控制方式：无线通信模块16通过wifi、4G\5G或NB-iot网络方式接收到远距离无线控制设备27发送的空调节能运行策略，传输到 MCU单片机15进行处理，MCU单片机15将接收到的空调策略保存到内置存储器20 内，在离线状态下MCU单片机15 根据预设空调策略对空调进行按不同时段、不同温度、不同湿度、不同风量组合的空调节能策略运行，同时 MCU单片机15根据当前空调控制的方式自动选择采用 射频控制模块11或者红外控制模块13 进行发送空调的控制指令。如果是红外控制方式，红外控制模块13 会调用空调编码库14 中对应的空调遥控红外编码通过红外发射单元25进行指令发送，如果本机空调没有在编码库内，可通过红外学习单元26通过红外学习将空调红外遥控器上的编码学习到编码库内。
空调状态检测方法包括检测空调出风口的温度41、检测空调出风口的风速42、空调出风口的湿度45、检测空调出风口的空气质量44、检测室内的环境温度43；若检测到的空调出风口的温度大于制热温度，如30度或大于检测到的室内的环境温度8度及以上，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于制热的运行状态；若检测到的空调出风口的温度小于制冷温度，如15度或小于检测到的室内的环境温度8度及以上，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于制冷的运行状态；若检测到的空调出风口的温度与检测到的室内的环境温度相差±2度，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于通风的运行状态；若检测到的空调出风口的温度与检测到的室内的环境温度相差±2度，且没有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于停止状态；同时根据检测到的空调出风口的风速可以判定出当前空调处于哪个挡位的送风状态。由于空调出风口的空气是通过回风口进入，因此通过检测出风口的空气质量可以对室内进行空气质量检测，如二氧化碳、甲醇溶度等检测，同时也检测室内空气湿度。这里需要补充说明的是一般空调制冷时，出风口的温度范围为7—15度；空调制热时，出风口的温度范围为30—35度。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种空调状态传感器，其特征在于：包括MCU单片机、射频控制模块、传感器模块、红外控制模块、内置存储器、空调编码库、电源模块、串口通信模块、无线通信模块、空调风速发电模块；所述射频控制模块与所述MCU单片机相连；所述传感器模块与所述MCU单片机相连，包括气体传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器；所述红外控制模块上设置红外发射单元、红外学习单元；所述红外控制模块分别与所述MCU单片机、空调编码库相连；所述空调编码库内置各类已知空调红外控制编码以及通过红外学习单元学习获得的新编码；所述内置存储器、电源模块、串口通信模块、无线通信模块分别与所述MCU单片机相连；所述内置存储器用于存储外部控制设备无线传输到本装置的空调各类执行控制策略；所述电源模块提供电源，设置外部电源插口，同时内置可充电电池及充电电路；所述空调风速发电模块与所述电源模块相连，为充电电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种空调状态传感器，其特征在于：所述空调风速发电模块上设置叶轮，通过空调风吹动叶轮进行磁力发电，给充电电池充电。
3.根据权利要求1所述的一种空调状态传感器，其特征在于：所述串口通信模块具备zigbee、RF、蓝牙通信通信单元。
4.根据权利要求1所述的一种空调状态传感器，其特征在于：所述无线通信模块具备Wi-Fi、4G\5G、NB-iot通信单元。
5.根据权利要求1所述的一种空调状态传感器，其特征在于：所述风速传感器采用永磁电机连接叶轮的方式来获取转速，也可采用磁性转盘与霍尔传感器配合的方式获得转速，亦可采用光栅盘与发光管、光敏管配合的方式获得转速。
6.空调状态检测***，其特征在于：包括移动通信设备、PC 计算机、阿里云、空调状态传感器、空调、室内温度计；所述室内温度计测量室内的温度并将温度信息传输到阿里云；所述空调状态传感器放置与所述空调的出风口，用于检测空调出风口的风速、温度、湿度、气体的质量；所述移动通信设备、PC 计算机通过阿里云发送空调指令给空调状态传感器；空调状态传感器将指令通过红外控制模块或射频控制模块发送给空调；所述空调状态传感器将空调运行的状态信息使用Wi-Fi、4G\5G 或 NB-iot传输到阿里云；移动通信设备和PC计算机登入阿里云可获得空调状态信息。
7.空调状态检测方法，其特征在于：包括检测空调出风口的温度、检测空调出风口的风速、空调出风口的湿度、检测空调出风口的空气质量、检测室内环境温度；若检测到的空调出风口的温度大于制热温度，如30度或大于检测到的室内的环境温度8度及以上，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于制热的运行状态；若检测到的空调出风口的温度小于制冷温度，如15度或小于检测到的室内的环境温度8度及以上，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于制冷的运行状态；若检测到的空调出风口的温度与检测到的室内的环境温度相差±2度，且有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于通风的运行状态；若检测到的空调出风口的温度与检测到的室内的环境温度相差±2度，且没有检测到空调出风口的风速，那么这时候空调处于停止状态；同时根据检测到的空调出风口的风速可以判定出当前空调处于哪个挡位的送风状态；由于空调出风口的空气是通过回风口进入，因此通过检测出风口的空气质量可以对室内进行空气质量检测，如二氧化碳、甲醇溶度等检测，同时也检测室内空气湿度。
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