基于主动式人体热释电红外感应的空调节能装置及方法

摘要

本发明公开了基于主动式人体热释电红外感应的空调节能装置及方法，包括主动式人体热释电红外人体传感器，主动式人体热释电红外人体传感器的人体探测模块和人的相对运动信息传送至微处理器，电流检测器将检测的空调电流信号传送至微控制器，微处理器根据接收的人体探测模块和人的相对运动信息及空调电流信号通过MOS管开关电路控制交流接触器动作，继而控制空调的电源动作。本发明在室内10多分钟内没有人时，使用给空调机自动短暂断电的方法来强制空调机停止工作，让空调机不会在无人的条件下运行而白白浪费电能，达到节能的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及电子检测和控制技术领域，具体涉及一种基于主动式人体热释电红外感应的 空调节能装置及方法。

背景技术

传统的空调节能设备和技术主要是从空调运行时的能耗比去考虑的，而忽略了用户使用 习惯造成的大量电能浪费。从空调运行效率本身去采取措施节能，耗费了很大的投入，但是 其节能效果却并不明显。

现有的热释电红外传感器由于其结构和工作原理的原因，只能检测到移动的人体红外辐 射，为了能够检测静止人体红外辐射，需要在此基础上使用电机作为动力源，采用直流电机 调制，但这种调制方式均存在转速、转向、转角不易准确控制的缺点，使它们在实际生产生 活中不便应用。目前市场上存在的人体热释电红外传感器不适用于图书馆、宿舍、教室、会 议室、办公室等人体相对静止的场合。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于主动式人体热释电红外感应的空调节能 装置及方法，根据现有热释电红外传感器的不足，本发明提供一种使用体积小、响应快、成 本低、维护方便、工作稳定可靠、使用灵活、能够检测动静态人体的主动式热释电红外传感 器。本发明的最终目的是提供一种基于主动式热释电红外人体感应的空调节能方法及其装置， 这种节能方法及其控制装置主要是针对有些用户不良的使用习惯所造成的电能浪费而设计 的，并不是对传统空调运行原理做改进，而其节能效果却是十分显著的。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于主动式人体热释电红外感应的空调节能装置，包括主动式人体热释电红外人体传感 器，主动式人体热释电红外人体传感器的人体探测模块和人的相对运动信息传送至微处理器， 电流检测器将检测的空调电流信号传送至微控制器，微处理器根据接收的人体探测模块和人 的相对运动信息及空调电流信号通过MOS管开关电路控制交流接触器动作，继而控制空调的 电源动作。

所述主动式人体热释电红外人体传感器包括人体热释电红外探测模块HC-SR501、微型步 进电机及其信号检测及电机驱动模块，人体热释电红外探测模块HC-SR501通过连接杆与轴相 连，轴安装在微型步进电机上。

所述人体热释电红外探测模块HC-SR501包括PIR晶片、菲涅尔透镜及塑料外壳，菲涅尔透 镜及塑料外壳构成封闭结构将PIR晶片包含其中，所述PIR晶片通过信号屏蔽线与信号检测及电 机驱动模块相连。

所述信号检测及电机驱动模块采用达林顿管集成电路ULN2008。

所述人体热释电红外探测模块HC-SR501的输出端与微控制器的外部中断引脚相连，用于 检测室内是否有人。

所述微处理器通过电源电路与AC电源相连，AC电源用于给空调供电，微处理器对空调的 AC电源控制的优先级高于空调内部自身控制器对AC电源的控制。

所述主动式人体热释电红外传感器，微控制器，电流检测器，MOS管开关电路，交流接 触器，电源电路组成测控装置，所述测控装置应用于空调的控制系统中。

所述空调的AC电源在线路断开点处断开，将空调的AC电源送入测控装置，空调除了受空 调机内部自身的控制系统控制外，还优先接受外部的测控装置的控制，如果测控装置将空调 机的电源断开，空调则停止工作。

基于主动式人体热释电红外感应的空调节能方法，包括以下步骤：

步骤一：通过电流检测器检测空调主线路的电流值判断空调是否工作，如果是，则开启 微处理器的外部中断，否则，继续检测；

步骤二：微处理器的外部中断开启后，微处理器判断是否有人体红外热释电信号输入引 发中断，如果是，则微处理器继续检测，否则，等待设置时间；

步骤三：到达等待时间后，微型步进电机顺时针旋转设定角度，微处理器再次判断是否 人体红外热释电信号输入引发中断，如果是，则微型步进电机逆时针旋转设定角度，微处理 器继续检测，否则进行步骤四；

步骤四：微型步进电机逆时针旋转转回原位置，微处理器通过MOS管开关电路断开交流 接触器使空调断电设定时间；

步骤五：空调停止工作，关闭微处理器的外部中断。

所述微型步进电机带动人体热释电红外探测模块每次旋转的角度α≤360°，并且顺时针 方向和逆时针方向交替进行，从而使人体热释电红外探测模块和人体能形成相对运动。

本发明的有益效果：

本发明在室内10多分钟内没有人时，使用给空调机自动短暂断电的方法来强制空调机停 止工作，让空调机不会在无人的条件下运行而白白浪费电能，达到节能的目的。

与传统空调节能方法相比，本发明的突出优点是不需要改变现有空调的产品构造而从使 用环境的角度考虑实现空调的节能，可以对各种品牌、各种型号的空调实施节能措施，控制 简单、效果明显。

附图说明

图1是本发明的工作原理方框图；

图2是本发明的工作流程图；

图3是主动式人体热释电红外人体传感器安装示意图；；

图中，1、测控装置，2、空调电源，3、线路断开点，4、空调机，5、主动式人体热释电 红外人体传感器，6、微控制器，7、电流检测器，8、MOS管开关电路，9、交流接触器，10、 电源电路。11、人体热释电红外探测模块，11-1、信号屏蔽线，11-2、塑料外壳，11-3、菲涅 尔透镜，11-4、PIR晶体，12、微型步进电机，13、信号检测及电机驱动电路，14、轴、15、 连接杆。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-3所示，本发明的技术方案由两部分组成：一、主动式热释电红外人体传感器5， 包括人体热释电红外探测模块11HC-SR501、微型步进电机12及其信号检测及电机驱动电路 13。人体热释电红外探测模块11HC-SR501能够检测出运动的人体释放出的红外信号，但不能 检测相对静止的人体。当有静止的人存在时，利用微型步进电机12带动人体热释电红外探测 模块11做圆环旋转运动，从而人体热释电红外探测模块11和静止的人构成相对运动，使人 体热释电红外探测模块11检测到人体信号。为保障主动式人体热释电红外传感器5的稳定性， 微型步进电机12带动主动式热释电红外人体传感器5每次旋转的角度α≤360°，并且顺时 针方向和逆时针方向交替进行，这样可以防止信号线在微型步进电机12旋转时被扭断。

二、控制部分：包括微控制器6、电流检测器7、MOS管开关电路8、交流接触器9。通过 用电流检测器7检测空调主电路电流的大小，来判断空调机4是否工作。只有空调机4工作时， 才让设备的执行机构工作，以减小设备自身的功耗。并在检测室内是否有人的方法上进行优 化，在硬件上将人体热释电红外探测模块11HC-SR501的输出端与微控制器6的外部中断引脚相 连，当空调工作时，开启微控制器6外部中断，只要有身体活动的人在室内，微控制器6就一 直能检测到人的存在。当人相对不动或身体活动量较小时，人体热释电红外探测模块11检测 不到人体信号，这时定时器开始计时，如果10多分钟内没有检测到人体信号，则让微型步进 电机12旋转角度α(α≤360°)，若有室内有人，则人体热释电红外探测模块11会有信号输 出，此时让微型步进电机12反方向转回原位置，并进入下一下检测。若有室内无人，则人体 热释电红外探测模块11没有信号输出，就让微型步进电机12反方向转回原位置，并让微控制 器6输出1～10s的脉冲给MOS管开关电路8，从而断开交流接触器9使空调机4断电1～10s，空调 就停止工作，达到使空调节能的目的。

MOS管开关电路8工作时无触点、无火花，无噪音，使用寿命长，价格较低，适于单触点 开关电路。

人体热释电红外探测模块11HC-SR501，该模块被安装在一根连接杆15上与微型步进电 机6的轴14相连，微型步进电机6的转动带动人体热释电红外探测模块11做圆环运动，从 而使人体热释电红外探测模块11和人体能形成相对运动，微型步进电机6的信号检测及电机 驱动电路13采用达林顿管集成电路ULN2008，便于安装和维护。

空调传统的使用方法是将220V或者380V等空调电源2直接引入空调器机4，本发明则 将空调电源2在线路断开点3处断开，然后将空调电源2送入测控装置1，受测控装置1控 制后再送给空调机4，这样，空调机4除了受空调机4内部自身的控制系统控制外，还优先 接受外部的测控装置1的控制，如果测控装置1将空调电源2断开，空调机4必定停止工作。

由于大多数空调机的结构特点，一旦测控装置1将空调机(4)断电，即使隔几秒钟后再给 空调机4恢复供电，空调机4也不会自动重新开始工作，除非人为开启空调机4。测控装置 的电源电路10为整个测控装置1提供工作电源。

本发明的一个实施特例：可以在今后生产的空调机中直接使用本发明，将室内长时间无 人时自动断电关闭的功能整合到空调机内部的控制器中。本发明整合到空调机中的节电模式 是在室内长时间无人时自动停机，如果用户需要继续使用空调则只需手动开机即可。

我们也可以采用本发明的这一实施特例所述方法，直接修改现有空调机的内部测控系统 以实现在室内长时间无人时自动停机，这种修改是增加主动式热释电红外人体传感器，并修 改现有空调机内部控制系统的单片机程序。也可以是用具有基于主动式热释电红外人体感应 的空调节能方法的新的控制系统替换现有的空调机控制系统。

主动式人体热释电红外传感器安装应离地面2.0-2.2米，不要安装在空调的出风口、窗户 口等空气温度变化敏感的地方。

人体红外热释电传感器的数量和安装位置应保证房间内无检测盲区，即只要房间内任何 位置有人，都要检测到有人存在。

由于大多数机关、企事业单位的办公室、教室、会议室的空调都是“公家”支付电费， 所以很多使用者为了自己方便舒适，离开房间的时候不关空调；甚至长时间外出时也不关空 调就离开，造成空调长时间都在运行，而这种运行通常是毫无用处的，也是造成电能浪费的 主要根源。强制关闭空调的供电电源，将使空调停止工作，不会造成电能的浪费。本发明采 用短暂的断电措施，绝大多数的空调在断电后再供电的情况下是不会继续工作的，当人们进 入房间后，手动打开空调即可。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。