一种室内空间温度分布量测与自动进排风控制方法与装置

摘要

本发明公开一种室内空间温度分布量测与自动进排风控制方法与装置，其在一室内空间内配置一个以上的温度感测器，采用温度转换频率技术，将所侦测到的各温度值转换成不同频率的周期讯号，在长距离传输下，仍可获得很好的讯号杂讯比；又一温度测量模组采用数位频率检测技术，只要侦测接收讯号的频率即可获得某个配置点的温度值；一调速控制模组采用数位直流变频技术，可多段式调整各个可调速进排风扇的转速与方向。本发明能维持空气温度分布于特定目标，并具有经济和稳定的功效。

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内空间温度分布量测与自动进排风控制方法 与装置，特别是指一种以有线方式侦测室内空间中的温度分布，并分 别控制各个可调速进排风扇的转速与方向，通过能省电地更新室内空 气与控制室内的温度分布，以符合特定应用的需要。

背景技术

目前传统的自动空调设备其温度感测器皆与设备配置在一起，只 能维持空调设备附近的温度处于设定范围值内，而在室内其余区域或 人员所在处的温度通常异于该设定温度。想要维持室内的温度分布符 合特定要求，势必要装置多台空调设备于特定地点并调控特定温度。 可是，由于室内人员的走动或摆置物位置的变动，都会影响到温度分 布，甚致于造成需要频繁的移动空调设备及其管路。

又传统的自动空调设备要不是缺乏换气系统，或者就是在该部空 调设备作局部换气动作，因此传统自动空调室内空间的空气总是充满 各种废气与毒气，以致于有害人体健康；同时，传统冷媒式空调设备 会造成大气层破洞，间接造成地球暖化，而且耗电量大，并且不符合 节能减碳的需求。

另现有空调设备为读取室内空间中不同位置处的温度值，则需要 雇用一个或多个助手帮忙手持温度计移动量测，相当耗费人力与时 间；或者采用一个或多个昂贵的标准遥控介面的温度计进行量测；若 再采无线传输设计，则可能受到杂讯干扰，导致量测失真或在环境中 制造更多有害人体的电磁杂讯；大部分现有进排风扇设备，皆无标准 有线控制介面，若购买具标准有线控制介面的进排风扇，则所费不赀。

发明内容

为解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种室内空间温度 分布量测与自动进排风控制方法。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种室内空间温度分布量测与自动进排风控制方法，其中，

提供一个以上的温度感测器，该温度感测器将其所侦测到的温度 值转换成一周期讯号；

提供一遮蔽讯号电缆与电源回路，其电性连接各对应的温度感测 器，提供一直流电源回路给该温度感测器，并传送该周期讯号；

提供一输入接口板，电性连接该遮蔽讯号电缆与电源回路，并传 送该周期讯号；

提供一控制用电源供应器，其电性连接至该输入接口板；

提供一温度测量模组，分别电性连接至该输入接口板及该控制用 电源供应器，该温度测量模组接收来自于该输入接口板传来的该周期 讯号后发出一温度值；

提供一资料库分析单元，电性连接至该温度测量模组，该资料库 分析单元接收温度测量模组所发出的该温度值，经过分析处理后再发 出一转速调整命令；

提供一调速控制模组，其分别电性连接至该控制用电源供应器及 该资料库分析单元，并接收来自该资料库分析单元发出的该转速调整 命令，将其转换成一转速调整讯号送出；

提供一输出接口板，电性连接至该调速控制模组，并传送该转速 调整讯号；

提供一屏蔽讯号缆线，与该输出接口板电性连接，并接收及传递 该调速控制模组所发出的转速调整讯号；

提供一个以上的再生与驱动电路，与该屏蔽讯号缆线电性连接， 并接收来自该调速控制模组的转速调整讯号并输出；

提供一个以上的可调速进排风扇，与该各对应的再生与驱动电路 电性连接，依据该再生与驱动电路输出的转速调整讯号来调整转速与 方向；

提供一进排风扇用电源供应器，提供该再生与驱动电路与该可调 速进排风扇所需的电源。

进一步，该调速控制模组将所接收的转速调整命令，转换成PWM 或Δ-∑调变形式的转速调整讯号送出，另该再生与驱动电路在接收 该转速调整讯号后，首先修护并再生数位形式的PWM或Δ-∑转速调 整讯号，然后改变驱动电路的输出驱动电压或电流，该进排风扇用电 源供应器提供一直流电源至该可调速进排风扇，该可调速进排风扇的 马达采用一直流马达，并采用PWM或Δ-∑调整讯号来驱动该可调速 进排风扇转动。

进一步，该温度测量模组接收到复数个周期讯号后，分别测出其 频率，经内建对照表查出其对应的温度值，再予以传送出，该内建对 照表依据市售精确温度计校正所产生，又该资料库分析单元能通过一 电脑标准介面，接收该温度测量模组传来该温度感测器的复数组温度 值并存入资料库，再提供作三维空间绘图、绘制各组温度值随时间的 演变曲线图等各种资料分析与显示工作功能，根据设计准则与三维空 间的温度分布与变化，以互动式通过电脑标准介面送出转速调整命 令。

进一步，该温度测量模组与该调速控制模组共同整合在同一颗数 位晶片内，并形成一整合式数位控制平台，该整合式数位平台以一个 多脚位的现场可编程逻辑闸阵列FPGA，利用同一外接振荡脉波讯号 可同步触发处理该温度测量模组与该调速控制模组的作业，高达数百 支以上的输出入接脚，同时接收一个以上该温度感测器传送回来的周 期讯号，并同时传送出一个以上该调速控制模组所发出的转速调整讯 号，并整合该温度测量模组与该调速控制模组的功能，所有的数位号 处理程序以内部逻辑电路处理。

进一步，该输入接口板配备一直流电源接头，该遮蔽讯号电缆与 电源回路的电源回路，分别电性连接该输直流电源接头及该温度感测 器的固定偏压，又该遮蔽讯号电缆与电源回路的遮蔽讯号电缆，以一 同轴电缆以防止杂讯侵入，同时能够减少干扰邻近的该温度感测器周 期讯号的传输，而该温度感测器所需的直流偏压，由该直流电源接头 将该控制用电源供应器的直流偏压经该遮蔽讯号电缆与电源回路的 电源回路所提供。

进一步，该输入接口板配备一高频讯号接头，而分别电性连接至 该遮蔽讯号电缆与电源回路的遮蔽讯号电缆及该温度测量模组，又该 输出接口板配备一高频讯号接头，分别电性连接该屏蔽讯号缆线及该 调速控制模组。

进一步，其还配合一市电，分别独立电性连接至该控制用电源供 应器、该资料库分析单元及该进排风扇用电源供应器，以供电使用。

进一步，该屏蔽讯号缆线以一同轴电缆，以防止杂讯侵入，同时 能够减少干扰邻近的该可调速进排风扇的转速调整讯号传输。

进一步，该温度感测器配置在一室内空间的天花板、墙面上、地 板上或悬吊在空中，又该可调速进排风扇的数目与进排风方向，配合 该温度感测器的数量及位置而设置，其至少包含一进风扇配置于高 处，以排出高温空气，又至少包含一排风扇配置于低处，以吸进低温、 干净的空气，或至少包含一进排两用型的风扇。

为了解决上述问题，本发明的第二目的在于提供一种室内空间温 度分布量测与自动进排风控制装置，其包括：

一个以上的温度感测器；

一遮蔽讯号电缆与电源回路，其电性连接各对应的温度感测器；

一输入接口板，电性连接该遮蔽讯号电缆与电源回路；

一控制用电源供应器，其电性连接至该输入接口板；

一温度测量模组，分别电性连接至该输入接口板及该控制用电源 供应器；

一资料库分析单元，电性连接至该温度测量模组；

一调速控制模组，其分别电性连接至该控制用电源供应器及该资 料库分析单元；

一输出接口板，电性连接至该调速控制模组；

一屏蔽讯号缆线，与该输出接口板电性连接；

一个以上的再生与驱动电路，与该屏蔽讯号缆线电性连接；

一个以上的可调速进排风扇，与该各对应的再生与驱动电路电性 连接；

一进排风扇用电源供应器，分别电性连接该再生与驱动电路及可 调速进排风扇。

采用上述结构后，本发明采用能将温度值转换为周期讯号的温度 感测器，可以将复数个温度感测器大量配置在室内空间中，不但成本 低，而且可以长距离以高讯号杂讯比方式自动送回量测讯号，而且其 所需电源又可集中由整合式数位控制平台提供。

本发明至少具有如下有益效果：

一、本发明可以排出高处高温与污浊空气，引进低处凉爽而新鲜 的空气，故为一最健康与经济的室内空调系统。

二、本发明采用简单、低成本与低耗电量的分散式温度感测系统， 搭配简易直流变频的可调速进排风扇布置，很容易同时清洁室内空 气，并维持空气温度分布于特定目标。

三、本发明以单一整合式数位控制平台，同时量测各配置点的温 度，与控制所有可调速进排风机的转速与方向，既经济又稳定。

四、本发明采用有线的感测与控制讯号传输，可以减少不必要的 电磁干扰与人体伤害。

五、本发明可以控制室内空间的温度分布，以符合特定用途的需 要。

附图说明

图1为本发明温度分布量测与自动调速控制的系统图。

图2为本发明的感温电阻型压控电路图。

图3为本发明的热电偶型压控电路图。

图4为本发明的温控积体电路图。

图5为本发明的单一周期频率测量原理示意图。

图6为本发明的多周期频率测量原理示意图。

图7为本发明的定时频率测量原理示意图。

图中：

1控制用电源供应器      2资料库分析单元

3整合式数位控制平台    31温度感测器

311感温电阻            312热电压组件

32输入接口板           33遮蔽讯号电缆与电源回路

34温度测量模组         35调速控制模组

36屏蔽讯号缆线         37输出接口板

38再生与驱动电路       39可调速进排风扇

30进排风扇用电源供应器 4市电

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本 发明进行详细阐述。

首先，请参阅图1所示，本发明包括有一控制用电源供应器1、 一资料库分析单元2、一整合式数位控制平台3、一个以上的温度感 测器31、一输入接口板32、一遮蔽讯号电缆与电源回路33、一温度 测量模组34、一调速控制模组35、一屏蔽讯号缆线36、一输出接口 板37、一个以上的再生与驱动电路38、一个以上的可调速进排风扇 39、以及一进排风扇用电源供应器30，并配合一市电4实施，其中：

控制用电源供应器1，其电性连接至该市电4。

资料库分析单元2，其电性连接至该市电4。

整合式数位控制平台3，其分别电性连接至该控制用电源供应器 1及该资料库分析单元2，该整合式数位控制平台3则包含一温度测 量模组34及一调速控制模组35。

该温度感测器31的数量随需要而增减，该温度感测器31的配置 点，依照需要配置于一室内空间中的天花板、墙面上、地板上或悬吊 在某处的半空中，将各个配置点的温度值转换成周期讯号。

该输入接口板32，具有一直流电源接头与一高频接头，其电性连 接该遮蔽讯号电缆与电源回路33，以利集中连接所有该遮蔽讯号电 缆与电源回路33的遮蔽讯号电缆，该温度感测器31所需的直流偏压， 由直流电源接头将该控制用电源供应器1的直流偏压经该遮蔽讯号 电缆与电源回路33的电源回路所提供，进一步更配备同等数量的高 频讯号接头以利连接至该温度测量模组34。

该遮蔽讯号电缆与电源回路33，提供直流电源回路至该温度感测 器31，并负责传送该周期讯号，该遮蔽讯号电缆与电源回路33的电 源回路，其电性连接该输入接口板32的直流电源接头与各对应的温 度感测器31的固定偏压，该遮蔽讯号电缆与电源回路33的遮蔽讯号 电缆，以同轴电缆以防止杂讯侵入，同时能够减少干扰邻近任一个温 度感测器31的讯号传输。

该温度测量模组34，其一端电性连接至该输入接口板32，接收 来自该温度感测器31传来的复数个周期讯号，并分别测出其频率， 经内建对照表查出其对应的温度值，此内建对照表依据市售精确温度 计校正所产生。

该资料库分析单元2，通过一电脑标准介面接收该温度测量模组 34传送来的该温度感测器31的复数组温度值并存入资料库，再提供 作三维空间绘图、绘制各组温度值随时间的演变曲线图等各种资料分 析与显示工作功能，根据设计准则与三维空间的温度分布与变化，以 互动式通过电脑标准介面送出一转速调整命令。

该调速控制模组35，接收来自该资料库分析单元2送出的转速调 整命令，并将其转换成PWM或Δ-∑调变形式的转速调整讯号送出， 该Δ-∑调变形式即是基于三角积分Δ-∑：Delta Sigma调变技术而 产生。

该整合式数位控制平台3，将该温度测量模组34与该调速控制模 组35整合在同一颗数位晶片内，并电性连接至该资料库分析单元2， 而且与该输入接口板32及该输出接口板37电性连接；又该整合式的 数位平台3以一个多脚位的现场可编程逻辑闸阵列FPGA： Field-Programmable-Gate-Array晶片，用以同一外接振荡脉波讯号 可同步触发处理该温度测量模组34与该调速控制模组35的作业，高 达数百支以上的输出入接脚，同时接收各个温度感测器31传送回来 的讯号，进一步更可以同时传送出各个调速控制模组35所发出的转 速调整讯号，除了整合该温度测量模组34与该调速控制模组35的功 能外，其他所有相关的数位号处理程序以内部逻辑电路处理。

该屏蔽讯号缆线36，一端与该输出接口板37电性连接，接收并 该传递该调速控制模组35所送出的PWM或Δ-∑调变形式的转速调整 讯号，该屏蔽讯号缆线36以同轴电缆防止杂讯侵入，同时能够减少 干扰邻近任一可调速进排风扇39的转速调整讯号传输。

输出接口板37，其配备一高频讯号接头，以利集中电性连接所有 屏蔽讯号缆线36，进一步更配备同等数量的高频讯号接头，以电性 连接至该调速控制模组35。

再生与驱动电路38，其数量随调速需要而增减，一端与该屏蔽讯 号缆线36电性连接，接收来自该调速控制模组35的转速调整讯号， 其修护并再生数位形式的PWM或Δ-∑转速调整讯号，然后改变驱动 电路的输出驱动电压或电流。

可调速进排风扇39，其数量对应于该再生与驱动电路38的数量， 并与其电性连接，再依据该再生与驱动电路38输出的驱动电压或电 流来调整转速与方向，该可调速进排风扇39的数目与进排风角度依 据需要用而增加与摆设，该可调速进排风扇39的进风扇通常配置于 较高处以排出高温空气，而该可调速进排风扇39的排风扇通常配置 于较低处以吸进低温、干净的空气，进一步更能采用进排两用型的风 扇，又各该可调速进排风扇39的马达可采用直流马达，更方便于直 流驱动与更有效率地采用PWM或Δ-∑调整讯号来驱动各个该可调速 进排风扇39的转速及方向。

进排风扇用电源供应器30，电性连接至该市电4，提供该再生与 驱动电路38与该可调速进排风扇39所需的电源。

经由该市电4提供交流电给控制用电源供应器1与内建资料库分 析单元2的个人电脑；又该温度测量模组34、调速控制模组35及输 入接口板32分别独立电性连接至该控制用电源供应器1，由该控制 用电源供应器1提供整合式数位控制平台3一直流电源，以供给该温 度测量模组34、调速控制模组35与输入接口板32的直流电源接头； 各个温度感测器31同时通过遮蔽讯号电缆与电源回路33接受输入接 口板32所提供的直流电源回路，也把产生的周期讯号送回输入接口 板32。

空调设计师根据设计准则与三维空间的温度分布与变化，可互动 式送出转速调整命令给调速控制模组35，或者设定自动调整程式， 该调速控制模组35将PWM或Δ-∑调变形式的转速调整讯号送至输出 接口板37，该输出接口板37具有高频接头，再通过屏蔽讯号缆线36 将该转速调整讯号送至再生与驱动电路38，该再生与驱动电路38首 先修护并再生数位形式的PWM或Δ-∑调变讯号，然后改变再生驱动 电路的输出电压或电流以调整可调速进排风扇39的转速与方向。

该温度感测器31的温度感测元件，可以是热敏电阻等感温电阻 311，将温度变化转换成电阻值变化，流经固定偏压的电阻分压器后， 转换成电阻两端的电压变化，再经如图2所示的感温电阻型压控电 路，转换为不同频率的周期讯号输出，在图2中的感温电阻311的位 置可与电容C2及电阻R3对调(RC电路；即由5伏特输入后先与电容 C2及电阻R3并联，然后再与感温电阻311串联)。

又该温度感测器31的温度感测元件，也可以是如热电偶型的热 电压元件312，将温度变化转换成电压变化，再经如图3所示的热电 偶型压控电路，转换为不同频率的周期讯号输出。

又该温度感测器31的温度感测元件，也可以是一整合性的积体 电路晶片，如图4所示的温控积体电路，在固定偏压下，温度感测器 感测到的温度变化直接转换成不同频率的周期讯号输出。

该温度测量模组34接收来自温度感测器31的各个温度感测器的 周期讯号并测出其频率，经内建对照表查出其对应的温度值，并通过 电脑标准介面送回该资料库分析单元2。

又该温度测量模组34的频率量测方法有三：

其一，如图5所示，为单一周期频率测量原理示意图；在输入讯 号的一个完整周期内Tin，计数参考讯号的上缘爬升的次数Nr，则可 计算出输入讯号的周期Tin为：

Tin＝Nr/fre，

因此，待测频率fin可得为：

fin＝fre/Nr，

以参考讯号的频率fre＝100MHz为例，计数的周期误差为Δ t＝1/fre＝10ns，若订频率量测误差比不大于1％的话，则输入讯号的 周期应大于1μs，亦即待测讯号的频率应小于1MHz。

其二，如图6所示，为多周期频率测量原理示意图；在输入讯号 的Nin个完整周期内，计数参考讯号上缘爬升的次数Nr，则可计算 出输入讯号的周期Tin为：

Tin＝Nr/Nin*fre，

因此待测频率fin可得为：

fin＝Nin*fre/Nr，

此时计数的周期误差将降为1/Nin，因此最大待测讯号的频率可 提高至Nin倍。

其三，为统一每一次频率量测的时间，如图7所示，为定时频率 测量原理示意图；若设定量测时间为1秒，则计数参考讯号脉波上缘 触发fre次内，输入讯号脉波上缘发生的次数Nin即为输入讯号的频 率，此时频率量测解析度为1Hz；若将量测时间减少10倍设定为0.1 秒，则频率量测解析度降10倍而为10Hz。因此，可依输入讯号的频 率范围，协调频率量测解析度与量测时间。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属 技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱 离本发明的专利范畴。