智慧眼感应在智能空调中的设计与实现

王志华 刘泉洲 李志逢

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519000）

前言

众所周知，当前国际能源紧缺，国内电力能源也处于紧缺状态，用户对智能家居产品的节能环保性能越来越重视，对空调这类高能耗产品也提出更高的节能环保要求。目前市面上的传统空调产品控制过程繁琐，需要用户借助遥控器、线控器等终端设备发出控制指令才能执行用户所需要的功能，极大的影响了用户的使用体验感，同时在使用方面缺乏人性化设计，比如楼宇办公区域的空调设备使用时基本处于常开状态，即使无人时也是处于开机状态，人员数量相当较少时，空调风量依然是一样大小，同时空调吹风方向并不能随着人流量多少的相对位置变化而变化，这势必会造成大量的能源浪费，针对现存问题本文提出了一种基于红外感应的智能化空调设计方案，有效的克服了上述问题，全面提升了空调的使用价值，创造出满足用户需求的智能节能空调。

1 空调智慧眼概述

不言而喻，空调智慧眼控制就是在传统空调的基础上开发一种更为智能的检测控制技术，使得空调可以根据外界不同环境、不同场景、不同因素自动判断分析并输出所需的控制方式及冷热能力。

智慧眼空调的核心部件是智慧眼模块，如图1所示，智慧眼模块采用的是红外传感技术，模块可以利用红外线传感器检测出房间内人员的分布、活动状态等关键信息，并将关键信息传递给主控板，主控板分析处理并智能控制空调的出风方向、出风大小、出风温度、设定温度、环境体感温度等，解决了空调风向偏离、温度不适、吹风不畅的问题，给用户带来更为舒适的体验，实现了空调舒适和节能运行。

图1 空调智慧眼面板

智慧眼模块包含智慧眼控制板与智慧眼检测板。智慧眼控制板以扩展板角色通过内机主控板接入到机组通讯网络，并控制智慧眼检测板、步进电机动作，主控板根据智慧眼检测板的检测数据，以及显示终端设备设置的需求功能，智能控制空调扫风板角度，扫风大小以及空调启停状态，实现风随人、风避人及无人节能等智能控制。

显示及控制终端设备采用的是具有人感功能的遥控器、线控器及集中控制器。

2 空调智慧眼硬件设计方案（图2）

图2 空调智慧眼硬件设计方案

智慧眼模块采用直流12 V供电，总功率小于2 W，智慧眼模块包含智慧眼控制板与智慧眼检测板。智慧眼控制板包含主控电路、电源转换电路、485通讯电路以及信息存储电路，主控电路CPU选用NXP的LPC系列；电源转换电路采用DC/DC芯片，可实现12 V转5 V及5 V转3.3 V，满足主芯片、存储芯片、通讯电路的电源需求；485通讯电路用于主控板与智慧控制板之间的数据传输及指令解析，确保需求功能与执行动作保持一致；存储电路用于记忆用户设置的空调扫风板角度，扫风大小及空调启停状态，确保用户设置状态的稳定性。

此外智慧眼检测板包含核心的热电堆传感器，用于检测室内温度及人员分布、活动状态等关键信息。热电堆传感器不需要冷却，在整个温度测量范围内能达到±1 ℃的精度，对于比较窄的体温测量，精度可以更高。热电堆红外传感器具有非常低的温度灵敏系数，极好的光电特性，确保了自身的长期可靠性工作。如图3所示，热电堆传感器辐射接收面分为若干块，每块连接一个热电偶，并把它们串联起来。热电堆传感器被红外线照射的吸收膜是一种热容量小、温度容易上升的薄膜，在紧靠衬板中央的下部为一空洞结构，这种结构的设计确保了冷端和测温端的温度差，当各个热电偶测温端温度上升时，热电偶相互之间就会产生热电动势，因此在输出端就可以获得它们的电压之和。

图3 空调智慧眼热电堆传感器

智慧眼控制板与智慧眼检测板采用IIC通讯，智慧眼检测板利用红外线传感器检测出房间内人员分布、活动状态等关键信息，将检测到的信息发送给智慧眼控制板，智慧眼控制板与空调内机采用485通讯，并与电机控制端子连接，智慧眼控制板将接收到的检测信息与空调实际运行状态进行对比分析，最终实现智慧眼的联动控制，如图4所示。

图4 空调智慧眼面板

3 空调智慧眼软件设计方案

智慧眼模块可检测房间4个面的基本信息，每个面检测90 °达到360 °全方位的一个检测视野，以机组面板智慧眼为中心，按导风板方向划分区域范围，根据不同的环境因素，智慧眼检测不同区域，实现智能的风随人、风避人及无人节能控制。

如图5所示，显示及控制终端设备（遥控器、线控器或集中控制器）开启空调并设置空调所需要的运行模式后，智慧眼连续15 min以内检测到房间无人，初步判处房间为无人状态，控制空调以当前运行模式工作；从15 min以后至连续检测1 h以内检测到房间无人，再次判断房间为无人状态，空调以节能模式运行；从检测到房间无人开始计时，到连续4 h仍然检测到房间无人，并最终判断为房间确实无人，此期间空调会自动停机，若此期间某个时刻检测到房间有人，空调会以之前设置的运行模式重新启动工作；从检测到房间无人开始，4 h后人仍检测到房间无人，空调会自动关机，此时之前的终端设备设置的运行模式无效，需要手动重新设置空调运行模式，空调才会再次开启，实现智能的无人节能控制。

图5 空调智慧眼软件控制流程图

智慧眼控制板通过算法分析智慧眼检测板的检测数据判断人体所在位置，并控制电机动作，确保出风口对准人体所在位置；如图6所示，智慧眼检测板通过热电堆传感器检测室内温度，并进行温度自动调节，最终满足房间人员的空调冷量需求。

图6 空调智慧眼面板辐射图

4 结语

本文提出了一种空调智慧眼的控制方式，主控板通过分析智慧眼检测板的检测数据，以及显示终端设备设置的功能，自动调整空调扫风板角度，扫风大小及空调启停状态，实现风随人、风避人及无人节能等智能控制。通过理论分析及实验测试结果证明，本文设计的方案具有很高的有效性、可靠性及实用性，能很好的实现空调的智慧控制，满足用户对智能空调的强烈需求，同时对智慧空调的发展奠定的坚实的基础。