CN111207505A - 一种基于体感温度的环境调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于体感温度的环境调节装置，包括：温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块、单片机芯片和稳压电源模块；通过温度传感器和湿度传感器检测环境温湿度发送单片机芯片进行分析处理，从而控制风扇风速、热风以及对空气进行加湿来对环境进行温湿度调节，实现对环境温湿度的控制，同时成本低，装置简单方便；本发明可用于环境调节装置。

Description

一种基于体感温度的环境调节装置
技术领域
本发明涉及环境调节装置技术领域，尤其涉及一种基于体感温度的环境调节装置。
背景技术
随着计算机科学技术与自动控制技术的迅速发展，但目前现有的技术不能紧跟时代的发展，例如：空调只可以调控风速，温度，却不能调控湿度，并且存在造价昂贵，维修费贵等缺点。风扇只可以调控风速，并且只局限于机械控制方式，手动设置转速，并且转速单一，不能根据温度改变化进行止停变速动作。加热器只可以改变温度单一变量，同样不能同时改变风速，环境相对湿度两种因素。同时现有的家电都不能完成温度，环境相对湿度，风速三种因素同时调节的操作，甚至不能根据人体感受的体感温度进行自动调节。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于体感温度的环境调节装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明的目的采用如下技术方案实现：一种基于体感温度的环境调节装置，包括：温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块、单片机芯片和稳压电源模块。
所述加热模块与风扇驱动模块连接；所述单片机芯片连接并控制所述温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块和LCD显示模块；用于接收所述温度传感器和所述湿度传感器检测的温湿度数据与存储的人体最适温湿度表格进行对比分析得出所需风速、湿度和温度并通过PID算法控制风扇驱动模块控制风扇转速、加湿模块加湿空气、加热模块控制热风；所述稳压电源模块连接并为所述温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块、LCD显示模块和单片机芯片供电。
通过温度传感器和湿度传感器检测环境温湿度发送单片机芯片进行分析处理，从而控制风扇风速、热风以及对空气进行加湿来对环境进行温湿度调节，实现对环境温湿度的控制，同时成本低，装置简单方便。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括LCD显示模块，所述LCD显示模块与所述单片机芯片连接，用于显示检测的温湿度数据以及风速。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括语音控制模块，所述语音控制模块与所述单片机芯片连接。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述单片机芯片连接。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括红外检测开关控制模块，所述红外检测开关控制模块与所述单片机芯片连接。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括超声波模块，所述超声波模块与所述单片机芯片连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述风扇驱动模块包括风扇驱动机、风扇电机和风扇扇片，所述风扇驱动机连接所述单片机芯片，所述风扇电机连接所述风扇驱动机，所述风扇扇片连接所述风扇电机。
作为上述技术方案的进一步改进，所述加湿模块为雾化器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述加热模块为加热丝。
本发明的有益效果是：本发明通过温度传感器和湿度传感器检测环境温湿度发送单片机芯片进行分析处理，从而控制风扇风速、热风以及对空气进行加湿来对环境进行温湿度调节，实现对环境温湿度的控制，同时成本低，装置简单方便。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明提供的一种基于体感温度的环境调节装置的电路模块结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
实施例1，参照图1，一种基于体感温度的环境调节装置，包括：温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块、单片机芯片、稳压电源模块、LCD显示模块、语音控制模块、蓝牙模块、红外检测开关控制模块和超声波模块；风扇驱动模块包括风扇驱动机、风扇电机和风扇扇片。
加热模块与风扇驱动模块连接；单片机芯片连接并控制温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块、LCD显示模块、语音控制模块、蓝牙模块、红外检测开关控制模块和超声波模块；稳压电源模块连接并为温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块、LCD显示模块、单片机芯片、语音控制模块、蓝牙模块、红外检测开关控制模块和超声波模块供电；风扇驱动机连接单片机芯片，风扇电机连接风扇驱动机，风扇扇片连接风扇电机。
单片机芯片为51单片机。单片机芯片用于接收温度传感器和湿度传感器检测的温湿度数据与存储的人体最适温湿度表格进行对比分析得出所需风速、湿度和温度并通过PID算法控制风扇驱动模块控制风扇转速、加湿模块加湿空气、加热模块控制热风。
实时监测温度，湿度，与风速三个变量来实现智能调速，所得结果与设定的人体最适温湿度表格值对比，检测定值作为增量式PID算法的输入值，经由增量式PID算法计算出当前所需风速和湿度。与最适合体感温度相比，当环境温度变量升高时，智能调控风速加快转动；当环境温度变量下降时，夏天可调节降低风速，冬天可通过改变吹热风的形式升高环境温度。如果当前温度等于体感温度的时候，***将会提醒不建议开启***。当环境处于干燥状态，即相对湿度低于人体最适湿度45％-65％，则通过雾化器进行加湿操作。
风速指数：V0＝1.76+1.4V0.75
运动指数：
Figure BDA0002392297170000051
体感温度：
Figure BDA0002392297170000052
其中V0为风速指数，V为风速(m/sec)，S0为运动指数，AT为体感温度(℃)，T为气温(℃)。人体的最适合体感温度是：夏季：21-24℃冬天：17-22℃，湿度55％。
根据式子计算和实际初步采集数据得出，有如下表数据显示：
Figure BDA0002392297170000061
环境相对湿度不变，环境风速不变的时候，由于温度变化的因素，导致了体感温度呈现了不同的变化，环境温度越高，体感温度越高；环境温度越低，体感温度越低。则本***会自动选择两个档位，冷风档以及热风档，冷风档直接由单片机芯片驱动风扇来实现，热风档则再风扇模块中加入加热丝已达到吹出热风时候环境温度上升。
当环境温度以及环境相对湿度变量不变的时候，则通过改变风速的大小可实现体感温度的改变，当风速越大时，体感温度会降低；当风速越小时体感温度会升高。通过单片机芯片的引脚输出PWM信号，经过三极管驱动电路来驱动风扇的转动。单片机芯片通过改变PWM波的脉冲宽度来改变风扇的转速，从而实现根据环境温度、相对湿度的变化进行调速。
PID算法主要有比例部分、积分部分和微分部分，PID控制规律数学模型可以表示为：
Δu(k)＝u(k)-u(k-1)
Δu＝KP[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+KD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
其中：u(k)为控制输出量；e(k)为控制输入量，即设定值与反馈值之差(当前误差)；e(k-1)为前一次误差；e(k-2)为再前一次误差；Kp为比例系数；Ki为积系数；KD为微分系数。需要对当前控制输出量和过去两次的控制输出量进行处理。被控制量是单片机芯片的PWM波的占空比，因此用于确定PWM波的频率，需要对占空比的控制值与环境温度以及***电机两端的电压之间建立关系。主程序循环过程中首先读取环境温湿度数据，将环境温湿度数据传递给增量式PID算法程序，在每一次迭代的过程中加入延时程序，使增量式PID算法在可控的时间范围内完成迭代过程。根据PID算法程序的运行时间可大致确定***电机两端电压到达稳定值的时间。
风速增量式PID算法：由前10分钟测定的一次温度值b1、湿度值a1、风速c1和前5分钟测定的一次温度值b2、湿度值a2、风速c2得到再前一次误差e(k-2)；由前5分钟测定的一次温度值b2、湿度值a2、风速c2和装置起动测定的当前温度值b3、湿度值a3、风速c3得到前一次误差e(k-1)；由装置起动测定的当前温度值b3、湿度值a3、风速c3和当前测量的温度值b3、湿度值a3得出的所需风速c4得到当前误差e(k)。
湿度增量式PID算法，湿度初始设定值为55％。由前10分钟测定的一次湿度值a1和前5分钟测定的一次湿度值a2得到再前一次误差e(k-2)；由前5分钟测定的一次湿度值a2和装置启动测定的当前湿度值a3得到前一次误差e(k-1)；由装置启动测定的当前湿度值a3和当前湿度值a4＝55％得到当前误差e(k)。
PID算法具体流程：PID算法开始；PID算法程序迭代次数，环境温湿度暂存变量；单片机芯片***初始化，LED显示器初始化，温度传感器初始化，单片机芯片的PWM输出初始化；读取环境温湿度数据，判断迭代次数，迭代次数不够则重新读取环境温湿度数据，迭代次数符合则将环境温湿度暂存变量传递给PID算法程序；结束PID算法。
LCD显示模块用于显示检测的温湿度数据以及风速。
红外检测开关控制模块，用于红外线感应人体，感应人体则控制开关闭合，实现装置工作，感应不到人体则控制开关断开，装置停止工作。
优选地，加湿模块为雾化器，用于给空气加湿。
优选地，加热模块为加热丝，用于加热使风扇吹出热风。
优选地，温度传感器型号为DS18B20。
通过温度传感器和湿度传感器检测环境温湿度发送单片机芯片进行分析处理，从而控制风扇风速、热风以及对空气进行加湿来对环境进行温湿度调节，实现对环境温湿度的控制，同时成本低，装置简单方便。
具体地，稳压电源模块为装置供电，红外检测开关控制模块检测到人体，则闭合开关，装置开始工作；温度传感器和湿度传感器分别检测环境温度和湿度数据并发送到单片机芯片与存储的人体最适温湿度表格进行对比分析得出所需风速、湿度和温度并通过P ID算法控制风扇驱动机工作，风扇驱动机驱动电机，电机工作带动风扇转动，实现对应的风速，控制加热丝工作，形成热风，控制雾化器喷雾对空气进行加湿，同时将检测的温湿度数据和分析处理得到的风速转速数据显示在LCD显示模块上，同时超声波模块可以通过超声波驱蚊原理发送超声波，实现驱蚊。
在一些实施例中，用户可以通过蓝牙发送命令蓝牙模块，控制单片机芯片，远程控制***实现风速调速、开关等各项功能。
在一些实施例中，用户可以通过发送语音命令到语音控制模块，从而控制单片机芯片实现风速调速、开关等各项功能。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于，包括：
温度传感器；
湿度传感器；
风扇驱动模块；
加湿模块；
加热模块，与风扇驱动模块连接；
单片机芯片，连接并控制所述温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块和LCD显示模块；用于接收所述温度传感器和所述湿度传感器检测的温湿度数据与存储的人体最适温湿度表格进行对比分析得出所需风速、湿度和温度并通过PID算法控制风扇驱动模块控制风扇转速、加湿模块加湿空气、加热模块控制热风；
稳压电源模块，连接并为所述温度传感器、湿度传感器、风扇驱动模块、加湿模块、加热模块、LCD显示模块和单片机芯片供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于：还包括LCD显示模块，所述LCD显示模块与所述单片机芯片连接，用于显示检测的温湿度数据以及风速。
3.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征加湿模块在于：还包括语音控制模块，所述语音控制模块与所述单片机芯片连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于：还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述单片机芯片连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于：还包括红外检测开关控制模块，所述红外检测开关控制模块与所述单片机芯片连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于：还包括超声波模块，所述超声波模块与所述单片机芯片连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于：所述风扇驱动模块包括风扇驱动机、风扇电机和风扇扇片，所述风扇驱动机连接所述单片机芯片，所述风扇电机连接所述风扇驱动机，所述风扇扇片连接所述风扇电机。
8.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于：所述加湿模块为雾化器。
9.根据权利要求1所述的一种基于体感温度的环境调节装置，其特征在于：所述加热模块为加热丝。
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