基于Xtion传感器的空调跟踪送风设计

摘要

随着社会经济的快速发展，空调已经成为人们日常生活中必不可少的家用电器之一，然而中国传统空调在控制方法、舒适性控制、温度调节速度以及室内空气质量等方面还存在一系列问题。长期使用传统空调容易导致空调病的发生，影响人的身体健康。同时，伴随着以智能制造为核心的第四次工业革命的到来，中国智能化产品的发展预计将会在未来五年内进入爆发期，所以要紧跟时代步伐，积极推进空调的智能化研究。与此同时，也要响应国家的节能号召，积极推进空调的节能化研究，而现在的智能空调数量太少且没有将空调的智能化发展与空调的节能研究真正的联系在一起，本文针对目前空调固定和大面积送风所带来的资源浪费问题，提出了将空调的送风方式改为智能化的人体跟踪送风的方案，避免了室内人数较少时，需要降低整个房间的温度来满足个人舒适需求所带来的资源浪费现象。
　　本文为了实现人体的跟踪送风功能，选用华硕的Xtion传感器来定位室内人体的具体位置与数量，为满足室内大范围人体定位的需要，将两个Xtion传感器设计成一个人体定位器。定位到人体目标后，通过算法将人体的三维坐标数据转换成偏移传感器摄像头中轴线的角度变量，然后在空调的角度控制器中将人体在传感器中的偏移角度变换成可以控制空调摆叶转动的变量，空调摆叶的摆动范围按照该人体定位器所能扫描的横向角度划分为8个区域，然后通过MATLAB仿真验证空调摆叶的转动可以通过定位到的人体位置数据来控制。
　　实现人体跟踪送风功能之后，为避免空调直吹给人体带来的不适，对室内舒适度进行了研究，发现前人只是将影响人体舒适度的的室内因素进行了总结，并没有将室外天气情况考虑在内，室内外温度差如果相差过大会导致空调病的发生。一般要求夏季室内外温差不超过7℃，冬季室内外温差不超过8℃。本文用模糊控制器对室内舒适度进行优化，将人体舒适度(Predicted Mean Vote,PMV)、人体舒适度变化量(ΔPMV)以及室外温度作为模糊系统的输入变量，然后使空调末端装置风机盘管的速度根据经模糊控制器优化的室内舒适度不断改变风速的方向与强度，以此使室内舒适度达到人体满意的状态。最后通过MATLAB仿真，发现将人体周围的舒适感从闷热状态降到人体满意的状态只需要很短的时间，且能将室内外温度差控制在一个适当的范围内。