紅外測溫系統在空調中的應用

摘要:為實現空調的自動調溫，給普通的空調添加自動調溫控制系統，實現空調自動感應人體的溫度，及時調整室內溫度，從而達到人體的最適溫度，使空調顯的人性化。

關鍵詞:空調;自動控溫;紅外測溫

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)14-3802-02

Infrared Temperature Measurement System's Application In Air Conditioning

WU Chuan1， YIN Xue-xia2

(1.Institute of Mechanical and Electronic Information， China University of Geosciences， Hubei 430074， China; 2.Faculty of Information Engineering， ChangjiangEngineering Vocational College， Wuhan 430212， China)

Abstract: This paper research， design and realize A new type of air-conditioning， which was based on the traditional air-conditioning. An automatic temperature control system was installed on the traditional air-conditioning，which can sensors to the body's temperature and automatic change the room's temperature. So， this air-conditioning can made the temperature fit the human's body.

Key words: air-conditioning; automatic control temperature; infrared temperature measurement system

1 常用空調的控溫原理

一般空調是由四大件組成:壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器，根據控制或是使用需要，中間可以選擇安裝壓力控制器、溫度控制器、干燥過濾器等輔助器件，但四大件是必不可少的?？照{器通電后，制冷系統內制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機吸入并壓縮為高溫高壓蒸汽后排至冷凝器(散熱)。同時軸流風扇吸入的室外空氣流經冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高溫高壓制冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經過過濾器、節流機構(毛細管)后噴入蒸發器，并在相應的低壓下蒸發(膨長吸熱)，吸取周圍的熱量。同時貫流風扇使空氣不斷進入蒸發器的肋片間進行熱交換，并將放熱后變冷的空氣送向室內。如此室內空氣不斷循環流動，達到降低溫度的目的。

熱泵制熱是利用制冷系統的壓縮冷凝器來加熱室內空氣?？照{器在制冷工作時，低壓制冷劑液體在蒸發器內蒸發吸熱而高溫高壓制冷劑在冷凝器內放熱冷凝。熱泵制熱是通過電磁換向，將制冷系統的吸排氣管位置對換。原來制冷工作蒸發器的室內盤管變成制熱時的冷凝器，這樣制冷系統在室外吸熱向室內放熱，實現制熱的目的。制冷制熱的轉換是通過“四通閥”來實現的。制冷狀況下，壓縮機吸入低溫低壓的氣體，經壓縮后，變為高溫高壓的飽和氣體，送入冷凝器(熱交換器);高溫高壓的飽和氣體在冷凝器中經過冷卻，保持壓力不變，向外放出熱量，從而凝結為低溫高壓的液體;從冷凝器中排出，經過制冷節流元件(通常為節流閥或毛細管)，因受阻而使壓力下降，導致部分制冷劑液體變為氣體，同時吸收氣化潛熱，使其本身溫度也降低，成為低溫低壓的濕蒸氣;進入蒸發器(圖中的室內機)，在蒸發器中，制冷劑液體在壓力不變的情況下，吸收空氣中的熱量，使周圍空氣變冷，同時通過風機將冷空氣吹入房間內，達到房間內制冷的效果。制熱狀態，其實就是通過四通閥，將制冷劑的流向進行轉換，使得原來的蒸發器變為冷凝器，原來的冷凝器變為蒸發器。其原理還是一樣的。

2 問題的提出及解決方案

2.1 問題的提出

由其工作原理可以看出，空調大多只是由人設定某一溫度值，然后便會機械化的將室溫一直都保持在這一溫度，不能實現人性化的自動調節溫度。尤其是當人們在夏天進入睡眠狀態的時候，就不能實現對空調的控制。這樣往往一覺醒來，會影響身體舒適，甚至著涼，感冒等。給人們帶來極大的不便。

基于此，我們決定設計出一種可以感應人體溫度，自動及時調整室內溫度的智能空調來使人們更好的享受生活。

2.2 問題的解決

該產品主要是對傳統空調進行改進，使其更加的人性化。基本思路是在傳統的空調上添加新型的自動控溫系統。用戶可以選擇打開該自動控溫系統，使空調實現人性化的自動控溫，也可以選擇關閉，使空調處于常規模式。流程圖如圖1所示。

工作原理簡介:由紅外測溫系統檢測人體體表溫度，然后將檢測到的溫度值傳輸給單片機，當單片機對該溫度值進行分析處理后，通過控制溫度控制器，再由溫度控制器控制空調主機，從而達到智能化的調節空調溫度，使人體處于最適溫度范圍內。

3 具體設計

3.1 紅外測溫系統的設計

設溫度為T的物體，其輻出度M(輻射源在單位面積上向半球空間發射的總輻射功率，單位為W/cm2)由溫度T決定。根據斯蒂芬-玻爾茲曼定律，輸出度M由下式求出:

M =e.s.T 4

式中:s——斯蒂芬-玻爾茲曼常數;e——物體表面的發射率;T——物體熱力學溫度。

由上式可知輻射出射度隨溫度的增加而迅速增大是很明顯的，這個增加與絕對溫度的四次方成正比。故相當小的溫度變化，就會引起輻射出射度很大的變化。因此人體所發出的紅外輻射能量的強度與其溫度成比例。人體溫度越高，所發出的紅外輻射能量越強。所以，可以根據人體的紅外輻射能量的強度來推算出人體的溫度。紅外探測器經匯聚的紅外光照射后產生信號，該信號傳到處理電路，處理電路對其進行處理并計算出物體的溫度。

紅外測系統溫儀由光學、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路，并按照儀器內致的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。

選擇紅外測溫儀主要考慮:溫度范圍:人體的舒適溫度范圍為23～28℃。

目標尺寸:測溫時，人體應小于測溫儀的視場，否則測量有誤差。調整測試儀視場，使其覆蓋整個人體的50%。

光學分辨率(D:S):即測溫儀探頭到人體所處目標直徑之比。調整測溫儀，使測溫儀探頭到人體所處目標直徑之比滿足光學分辨率要求，如果不能滿足要求，則應選擇高分辨率的測溫儀。

紅外自動測溫系統的原理圖如下所示:經聚焦后的紅外輻射被調制后間斷地入射到探頭上，輸出信號經前置放大，后級放大、濾波，積分后恢復為探頭所接收的紅外輻射功率曲線，再經絕對值電路、峰值保持電路檢測出紅外輻射的最大功率，與補償的半導體熱敏傳感器所測斬波片的功率，雙道緩沖后經A/D轉換，由CPU處理，執行顯示被測物的攝氏溫度。

3.2 自動控制系統

自動控制系統的核心是單片機。自動控制系統連接于紅外測溫系統和空調的溫度控制器之間。測溫裝置感知人體表面皮膚溫度曲線隨時間變化，把信號傳輸到接收控制裝置。然后接收控制裝置通過分析是否滿足人體適宜溫度范圍，發出信號指令，調整空調的風向和風速，直到滿足人體舒適需要為止。當溫度處于舒適范圍的時候不需要發送指令調整空調。當溫度處于人體舒適溫度范圍之外的時候，及時發送指令調整風向和風速，直至人體恢復舒適為止。

在單片機內植入相應的程序便可實現自動控制的功能。程序流程圖如圖4所示。

紅外測溫系統將檢測到的溫度數據傳輸給單片機后，單片機進行如下操作:設單片機接受到的溫度數據為a，則:

1) 當a>28時，單片機通過控制溫度控制器進而控制控制空調機的運轉，將溫度控制在28度以下，使a的值小于28。

2) 當a<=28且a>=23時，單片機不做任何的操作;

3) 當a<23時，單片機通過控制溫度控制器進而控制控制空調機的運轉，將溫度控制在23度以上，使a的值大于23。為此，可在單片機內植入up()函數，1()函數，down()函數。其中up()函數的作用是使得空調溫度控制器將溫度提高;down()函數的作用是使得空調溫度控制器將溫度降低;1()函數不做任何改變。

當a>28時，執行down()函數;當a<=28且a>=23時。執行1()函數;當a<23時，執行up()函數。

4 產品的優越性

該產品采用紅外測溫裝置，使溫度的感應更加準確，相對于傳統的熱電偶和熱電阻溫度感應器需要接觸測溫，效果明顯更加優越。同時也克服了普通空調的人性化不足的問題。通過安裝溫度測試儀，及時反映人體的溫度變化，調整空調，使空調的功能達到極致。

5 應用前景

溫感自動智能空調適用于普通家庭，學校宿舍等地方，可以為人們帶來舒適的生活。并且隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭，公共場所等都需要人性化的服務，所以溫感自動智能空調市場前景很廣。相信如果將該產品投入市場，肯定會受到消費者的歡迎。

參考文獻:

[1] 秦曾煌.電工學[M].6版.北京:高等教育出版社，2004.

[2] 趙春云.空調器原理安裝及維修實用技術[M].北京:電子工業出版社，2006.

[3] 張小松，杜塏.制冷空調學科教學研究進展[M].南京:東南大學出版社，2006.

[4] 田國良.熱紅外遙感[M].北京:電子工業出版社，2006.

[5] 王俊峰，薛鴻德，現代遙控技術及應用[M].北京:人民郵電出版社，2005.

[6] 李全利，仲偉峰，徐軍，單片機原理及應用[M].北京:清華大學出版社，2006.

[7] 李建忠.單片機原理及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社，2002.

[8] 沃克(美).熱力學[M].6版.北京:清華大學出版社，2006.