一种智能声乐空调及其控制方法介绍

邓海金 林思轩

TCL空调器（中山）有限公司 广东中山 528400

传统空调作为调节室内环境温度的常用设备，其单一的温度调节功能已经不能满足人们的需要。随着人们对健康、舒适性及时尚的追求，追求更好、更全面的用户体验已经成为一种趋势。本文所述空调器，其主要特点在于拥有可播放声音的音响，音响设置在空调器本体中，空调器本体由交流电源供电；拥有音频解码单元的遥控器，遥控器上还设置有音频接收模块、音频感应单元、温度感应模块、温度感应单元。本文所述遥控器上设置有存储接口，存储接口用于安插SD卡或者其他大容量存储原件的存储模块。遥控器上设置有机械开关，机械开关可手动调节，机械开关可控制遥控器中电路的通断，当机械开关处于开启状态时，遥控器电源接通，内部原件工作；当机械开关关闭时，遥控器电源断开，内部原件断电，遥控器不工作。提供遥控器电能的原件为可充电、放电的可充电直流电源，通过充电接口对其充电，从而达到声乐的频谱根据随着人的感受，其体温变化跟随变化的作用。本方案原理图如图1所示。

1 本文新型方案实施办法

遥控器主控电路板上设有解码单元，解码单元的作用有两个：在遥控器需要输出音频信号时，主控单元首先选取存储模块1中的“.MP3”文件，并通过程序驱动解码单元对“.MP3”文件进行解码，在解码过程中，解码单元产生一连串的播放信号值，其后，解码单元将播放信号值传送到主控单元1中，并且按照时间顺序，将解码单元传送过来的播放信号值依次传送到信号发射模块，信号发射模块将播放信号值转化为电磁波信号，发射到室内环境中。设置在空调室内机主控电路板上的信号接收模块，接收信号发射模块发出的电磁波信号，并进行转化编译，将编译后的信号传送给室内机主控电路板上的主控单元2，主控单元2再将信号传送到音响上，音响发出相应的声音。

空调器在播放音乐时，可以通过显示屏了解到正在播放的音频的信息（比如歌曲的名字），用户可以通过能够使用按键操作或者触屏操作的输入模块，选取该音频，作为空调器的内置曲目。用户在确定选择时，主控单元1便通过程序驱动解码单元对该曲目进行解码，解码成播放信号值，并直接存放在存储模块2中，当需要播放这些歌曲时，主控单元1便通过程序驱动存储模块2，直接将播放信号值传送至主控单元1中，主控单元1再按照图1所示过程，进行播放信号值的传送。

用户也可以通过输入模块选取某个音频，将其设置为空调器开机或者关机的曲目。用户在确定选择时，主控单元1便通过程序驱动解码单元对该曲目进行解码，解码成播放信号值，通过图1所示过程，将播放信号值传送至主控单元2，主控单元2将播放信号值传送到存储模块3，作为空调器开机，关机动作时的播放曲目。开机播放曲目的方式为，开机启动空调室内机时，主控单元2调取存储模块2内，作为开机曲目的播放信号值，并将其输出到音响，使音响播放对应的曲目；关机曲目的播放方式相似。

2 本文新型方案使用说明

用户在使用本文所述空调器时，可通过遥控器，选择曲目进行播放。遥控器上的音频接收模块接收到从空调器上传来的音频震动，音频感应单元对震动信号进行频谱分析，并判断频谱分类，音频感应单元将分类值传送至主控单元。同时，温感模块也会实时监测遥控器周围环境的温度情况，即周围一定范围环境内的热量分析（比如可以检测到人的体表温度），温度感应单元对温感模块接收到的温度信号进行判断，并进行温度值的分类，并将分类结果传送至主控单元1。

3 本文新型方案作用

本文所述空调器，其进行频谱分析与热量分析的作用是，为用户提供一种舒适的室内环境，而不仅仅达到仅对室内外热量进行交换的作用。本文所述遥控器主控单元内，将频谱分析的结果分为轻音、中音和重音；类似地，将热量分析结果分为低温、温和、高温。

人在听不同频谱的音乐时，随着人的感受，其体温变化是不同的。例如，人在听摇滚乐时，往往随着摇滚乐所带来的听觉冲击，而使人容易精神更加振奋，在身体内分泌环境的各种激素作用下，人的体温也随之升高或者说单位时间内，人体内单位时间内产生的热量较多；而人在听轻音乐时，则容易使人平静，从而体温降低或者说是人体内单位时间产生的热量较少。人体的体温变化，会造成原先设定的温度值不能满足体温变化后的需要，从而需要实时调节空调。例如人从运动状态回到室内，往往会把空调温度调低，得到快速制冷带来的凉爽效果，但随着人体温的逐渐降低，过低的室内温度就不能满足人的需要了，用户又需要调节空调制冷效果甚至暂时关闭空调器。而现有空调所提供的调节方式，只是感性上的设定一个温度值，使得空调器在运行过程中贴近这个值，并且，由于现有空调器大多数的感温探头都安装在室内机的蒸发器上，只能测量蒸发器附近的温度值，但室内结构的不同，装修环境不同，或者家具陈设的方式不同，这种种的不同，都会造成室内环境的温度均衡性差，空调器温度显示不准确的问题。

为了对人体进行更加精确的温控服务，也为了配合音乐对人的体温变化所造成的影响，现提供一种控制方式，对使用中的空调进行实时精确调节。

首先，应在说明书或者宣传空调器产品时，鼓励用户将遥控器放置在身边，这样，频谱分析及热量分析的结果才能更加准确地反应人体表面或者人体周围的温度环境，以及用户所在位置，其能接受到的音频的频谱。

本提案所述空调器显示环境温度，并提供一种智能控制局部环境温度的方式。根据研究，人体最适宜的环境温度为25℃，此时人体没有冷热感，身体内的毛细血管舒张平衡，感觉非常舒适。在这里，我们假设空调器的最大制冷量为W，并且在空调器运行过程中，其制冷量可发生改变：

（1）当用户不启用本提案所述空调器的音频播放功能时，当空调器开启，便开始制冷，温感模块开始检测周围的温度情况，人体作为一个热量源，被监测并被温度感应单元进行热量分析，在这里，我们将24℃以下的温度范围设定为低温，将26℃以上的温度设定为高温。温感模块将周围环境温度的值S传送给温度感应单元，温度感应单元对所接收到的环境温度进行判断，若S＜24℃，温度感应单元便输送信号值T1至主控单元1；若S=25℃，温度感应单元便输送信号值T2至主控单元1；若S＞25℃，温度感应单元便输送信号值T3至主控单元1；当主控单元1接收到信号值T1时，表明处于低温状态，空调器降低自身制冷量，直至主控单元1接收到信号值T2为止；当主控单元接收到信号值T2时，空调器不改变自身制冷量；当主控单元接收到信号值T3时，表明处于高温状态，空调器增加自身制冷量（直至最大），直到接收到信号值T2为止。这样，使得空调一直在一个平衡状态下，始终保持遥控器周围环境温度接近25℃。

图1 本方案原理图

（2）当用户启用本提案所述空调器的音频播放功能时，其音频接收模块工作，音频感应单元接收音频接收模块所反馈的信号值。本提案将能振奋人情绪的音乐频谱分类为重音，其值记为M1；将平淡温和的音乐频谱分类为中音，其值记为M2；将悠扬缓慢的音乐频谱分类为低音，其值记为M3。音频接收模块将接收到的音乐频谱发送到音频感应单元，音频感应单元对接收到的音乐频谱进行频谱分析，并将分析结果分类，将其分类结果（如M1、M2、M3），传送至主控单元1。

（3）空调在实际运行中，由于考虑到音频频谱的不同，对人的情绪变化的影响，主控单元1接收到不同的频谱分类结果时，将输出不同的控制信号，并通过信号发射模块与信号接收模块传递给主控单元2，主控单元2便控制带动导风板转动的步进电机，与带动风扇转动的电机做出不同的反馈动作，其机制具体为：①当主控单元1接收到信号值M1时，人所听到的是振奋情绪的音乐，此时步进电机不转动，但通过输入模块，用户可以实时调节步进电机，实现让导风板停留在某一角度，并且主控单元2主动控制电机达到高速转动；这种机制的作用在于，用户可以通过调节导风板，将风引向自己身上，并且，不调控步进电机时，导风板不转动，风一直吹向用户，提高身体与室内冷空气的换热速率，从而实现对人体的快速制冷；②当主控单元1接收到信号值M2时，人所听到的是温和的音乐，此时步进电机不转动，但通过输入模块，用户可以实时调节步进电机，实现让导风板停留在某一角度，并且主控单元2主动控制电机达到中速转动；这种机制的作用在于，用户可以通过调节导风板，将风引向自己身上，并且，不调控步进电机时，导风板不转动，风一直吹向用户，但由于音乐是温和的，人体单位时间内产生的热量不是很多，所以只要保持一般的制冷状态即可，即电机转速为中速。③当主控单元1接收到信号值M3时，人听到的是柔和缓慢的音乐，此时步进电机来回转动，控制导风板做往复转动，这样，空调器出风方向实时变化，可以达到搅动室内空气的目的，一方面实现内室环境温度的均匀变化，另一方面，此时人体单位时间内产生的热量不高，空调器吹出的冷风直吹人体容易使人着凉，此外，主控单元2控制电机做低速运转，减缓室内环境的换热速率，保持室内环境温度的缓慢变化，增强温度稳定性，提升用户体验。

4 本文新型方案使用效果

下面以夏天有一面为日晒墙面的室内环境的温度调节为例。现在的商品住房，由于地理位置或者整个建筑设计的限制，总有一些住房的卧室开窗面是向东或者向西的，这样在日晒强烈的中午或者下午，向阳面被炙烤。如若开启空调器对室内环境进行降温，人靠近向阳面与远离向阳面时，是有一定温差的，特别是向阳面为玻璃幕墙面。如果不使用本提案所述遥控器，而换用传统遥控器，人靠近向阳面时，向阳面吸收热量多，墙内外温差小，此时需要将空调器调节到较低温度；而人处在远离向阳面的地方时，与室外温差大，此时并不需将空调器调节到较低温度。而人可能在室内环境的不同位置活动，考虑到人需要调节空调时，一般使用遥控器，特别是挂壁式空调。若使用本提案所述空调器及遥控器，人处在靠近向阳面时，热辐射量大，空调器也能自动根据遥控器温度感应单元所反馈的信号值，进行精确的温度调节，而不需要用户在感性认识上设置一个空调器温度值，或者在发现自己最初所设置的温度值不适宜时，又要再进行试探性的调节。

人在室内环境活动时，很可能会在靠近向阳面与远离向阳面之间来回活动，此时，原来在靠近向阳面所设置的温度值又不适宜后来变化的温度环境了。若使用本提案所述空调器及遥控器，人在室内运动时，便可实时调节遥控器周围的温度，或者说人体附近环境的温度，这样就避免了用户对空调的反复试探性调节，增强了用户对空调器性能的信任。

表1 音频和人体体温变化数据

在睡眠模式下，本提案所述方案对人体睡眠有积极作用。根据生活经验，人在入睡前，听一些安静悠扬轻缓的音乐，有助于安神，并且更好地睡眠。但现在比较普遍的情况在于，随着人进入睡眠状态，身体单位时间内产生的热量较少，一直开启空调，容易使人着凉，虽然用户可以设定通过遥控器设定关机时间，但人本身是不知道何时进入睡眠，换句话说，是不知道需要多久时间才能进入睡眠的，空调一直以一定的制冷量运行，如果运行时间过长，人就会着凉，如果运行时间过短，人又容易被热醒。但运用本提案所述空调，当用户开启音乐时，随着空调器播放着轻缓的音乐，以及导风板来回摆动，搅动室内空气，使室内空气的循环流动不至于太强烈，再加上温度感应单元的实时反馈，便可营造出安静、舒适、放松的睡眠环境，而且不必担心长期开启空调，造成身体着凉，或者空调达到设定时间自动关闭，而因燥热醒来。

5 智能声乐空调试验方案及结果

用1.5匹的空调挂机对本文方案进行舒适性实测方案：启动用本方案所述空调器的音频播放功能，测试导风板的摆风角度、风量大小、音乐噪音、人体体温、空调转速、风量缩减或增加情况。

从表1所示的测试参数分析：当空调器开启，便开始制冷，温感模块开始检测周围的温度：导风板的摆风角度根据人的位置变化而变化，风量和音乐音量大小根据音频变化而智能变化，音频变化是根据人体体温而智能变化，人体体温也跟随变化达到一个很舒适的状态。

6 结语

这种新型方案设计使空调智能化，人们对空调的使用也更加多功能化、人性化。声乐空调可通过遥控器，选择曲目进行播放，声乐的频谱根据随着人的感受及体温变化而变化。提高人们生活质量水平。