室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用高精度傳感器采集空氣流速、空氣溫度、空氣濕度及平均輻射溫度，結(jié)合選擇合適代謝率及服裝熱阻值綜合考慮多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行室內(nèi)熱舒適性評(píng)價(jià)；該系統(tǒng)包括信息采集模塊、信息核心模塊、通訊模塊、信息處理模塊、信息分析軟件；其中，信息采集模塊為各高精度傳感器。信號(hào)采集精度高，速度快，擴(kuò)展功能強(qiáng)；采用無(wú)線通訊，低功耗，可移動(dòng)性強(qiáng)；上位機(jī)界面清晰，可操作性強(qiáng)，易存儲(chǔ)，綠色軟件。
【專利說(shuō)明】室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境評(píng)價(jià)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種控制人體熱舒適性的舒適度檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱舒適性指人們對(duì)熱環(huán)境的主觀感覺(jué)，通常用預(yù)計(jì)平均熱感覺(jué)指數(shù)(PredictedMean Vote PMV)和預(yù)計(jì)不滿意者百分?jǐn)?shù)(Predicted Percentage of Dissatisfied PPD)來(lái)評(píng)價(jià)。影響熱舒適性的主要因素有空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、平均輻射溫度、相對(duì)空氣流速、人體活動(dòng)的代謝率與服裝熱阻。PMV代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的冷暖感覺(jué)，分為7個(gè)等級(jí)PMV=-3?3，所對(duì)應(yīng)的熱感覺(jué)分為冷、涼、較涼、適中、較溫暖、溫暖、熱。目前IS07730標(biāo)準(zhǔn)采用PMV-PH)指標(biāo)評(píng)價(jià)熱環(huán)境推薦值在-0.5?+0.5之間，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦值在-1.0?+1.0,即人群中允許有20%的人感到不滿意。
[0003]但是，現(xiàn)有熱舒適性的檢測(cè)技術(shù)存在著可移動(dòng)性不強(qiáng)、傳感器精確度不高、環(huán)境參數(shù)考慮不周等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種實(shí)用化的熱舒適評(píng)價(jià)系統(tǒng)，本發(fā)明采用高精度傳感器，結(jié)合以無(wú)線通訊模塊，可以使采集終端更方便的將信號(hào)傳輸至上位機(jī)，以做出科學(xué)的評(píng)價(jià)，而且無(wú)線通訊使得檢測(cè)系統(tǒng)方便移動(dòng)，本發(fā)明上位機(jī)軟件無(wú)需安裝綠色軟件。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用高精度傳感器采集空氣流速、空氣溫度、空氣濕度及平均輻射溫度，結(jié)合選擇合適代謝率及服裝熱阻值綜合考慮多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行室內(nèi)熱舒適性評(píng)價(jià)。
[0006]該系統(tǒng)包括信息采集模塊、信息核心模塊、通訊模塊、信息處理模塊、信息分析軟件；其中，信息采集模塊為各高精度傳感器；
[0007]所述信息核心模塊為單片機(jī)芯片，所采用的C8051F020芯片速度快、自帶AD功能，穩(wěn)定性好，且擴(kuò)展功能強(qiáng)；所述信息處理模塊及信息分析軟件界面清晰、可操作性強(qiáng)，反應(yīng)及時(shí)，可生成EXCEL文件，數(shù)據(jù)易存儲(chǔ)；
[0008]所述通訊模塊選用的CC2530是TI公司推出的最新一代ZigBee處理器，集合了一個(gè)高性能的RF收發(fā)器與一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)性8051MCU，提供IOldB的鏈路質(zhì)量，具有優(yōu)秀的接收器靈敏度和良好的抗干擾性，且具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)；
[0009]所述信息采集模塊與信息核心模塊通過(guò)功率線、信號(hào)線連接；所述信息核心模塊和通訊模塊、通訊模塊和信息處理模塊通過(guò)串口連接；
[0010]所述高精度傳感器采用意大利德爾特HD103T高精度微風(fēng)速傳感器測(cè)空氣流速，采用24VDC供電，風(fēng)速量程0-5m/s，精度±0.04m/s，輸出0-5V，可直接送至單片機(jī)的ADC 口米集。
[0011]采用高性能維薩拉HMPllO溫濕度傳感器對(duì)室內(nèi)溫度與相對(duì)濕度進(jìn)行采集；傳感器信號(hào)，濕度0-2.5V(0-100%RH)，溫度0_2.5V(-40-+80°C )可直接連接至單片機(jī)ADC輸入
端口進(jìn)行采集。
[0012]平均輻射溫度TR指環(huán)境四周表面對(duì)人體輻射作用的平均溫度，其數(shù)值可由各表
面溫度及人與表面位置關(guān)系的角系數(shù)確定或用黑球溫度計(jì)測(cè)得。其表達(dá)式為
[0013]
【權(quán)利要求】
1.室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)利用高精度傳感器采集空氣流速、空氣溫度、空氣濕度及平均輻射溫度，結(jié)合選擇合適代謝率及服裝熱阻值綜合考慮多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行室內(nèi)熱舒適性評(píng)價(jià)； 該系統(tǒng)包括信息采集模塊、信息核心模塊、通訊模塊、信息處理模塊、信息分析軟件；其中，信息采集模塊為各高精度傳感器； 所述信息核心模塊為單片機(jī)芯片，所采用的C8051F020芯片速度快、自帶AD功能，穩(wěn)定性好，且擴(kuò)展功能強(qiáng)；所述信息處理模塊及信息分析軟件界面清晰、可操作性強(qiáng)，反應(yīng)及時(shí)，可生成EXCEL文件，數(shù)據(jù)易存儲(chǔ)； 所述通訊模塊選用的CC2530是TI公司推出的最新一代ZigBee處理器，集合了一個(gè)高性能的RF收發(fā)器與一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)性8051MCU，提供IOldB的鏈路質(zhì)量； 所述信息采集模塊與信息核心模塊通過(guò)功率線、信號(hào)線連接；所述信息核心模塊和通訊模塊、通訊模塊和信息處理模塊通過(guò)串口連接； 所述高精度傳感器采用意大利德爾特HD103T高精度微風(fēng)速傳感器測(cè)空氣流速，采用24VDC供電，風(fēng)速量程0-5m/s，精度±0.04m/s，輸出0-5V，可直接送至單片機(jī)的ADC 口采集; 采用高性能維薩拉HMPllO溫濕度傳感器對(duì)室內(nèi)溫度與相對(duì)濕度進(jìn)行采集；傳感器信號(hào)，濕度0-2.5V，溫度0-2.5V可直接連接至單片機(jī)ADC輸入端口進(jìn)行采集； 平均輻射溫度TR指 環(huán)境四周表面對(duì)人體輻射作用的平均溫度，其數(shù)值可由各表面溫度及人與表面位置關(guān)系的角系數(shù)確定或用黑球溫度計(jì)測(cè)得； C8051F020芯片作為數(shù)據(jù)采集終端的核心處理器，其內(nèi)置的8路12位ADC通道可滿足系統(tǒng)要求，接收來(lái)自風(fēng)速、溫濕度、黑球溫度三組傳感器采集的四路信號(hào)，并進(jìn)行PMV值計(jì)算； 無(wú)線通訊設(shè)備包括CC2530、串口轉(zhuǎn)換電路；所述串口轉(zhuǎn)換電路選用SP3232芯片完成RS-232串口數(shù)據(jù)的電平轉(zhuǎn)換；通過(guò)CC2530無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)至協(xié)調(diào)器； 熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)所需檢測(cè)的四種環(huán)境參數(shù)由信號(hào)調(diào)理電路調(diào)整為0-2.5V的模擬電壓量，用C8051F020內(nèi)置的12位ADC通道采集便可； 測(cè)量端C8051F020負(fù)責(zé)采集四種環(huán)境參數(shù)并發(fā)送給協(xié)調(diào)器，并通過(guò)串口將數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)；所述協(xié)調(diào)器與PC上位機(jī)之間以TI的Z-Stack協(xié)議棧為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；基于C8051F020為核心設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集終端； 利用串口上傳至Pc上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)中建立的PMv-Pro模型對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境做出科學(xué)的評(píng)價(jià)； 數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算是在上位機(jī)中進(jìn)行的，上位機(jī)程序是采用MFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，工作是靠定時(shí)器驅(qū)動(dòng)的，為了提高定時(shí)的精度，程序中使用了多媒體定時(shí)器，其工作流程為信息獲取并處理、計(jì)算、顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:單片機(jī)的11、14、28、37、64、90引腳接3.3V高電平;38、63、89引腳接地；12引腳VREF與引腳VREFO連接，將ADC08路通道基準(zhǔn)電壓設(shè)置為3.3V ;26、27引腳XTALl、XTAL2接16M外部晶振;5引腳RST外接復(fù)位按鍵；18、20、22、24引腳依次連接濕度、溫度、黑球溫度、風(fēng)速4路信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述得到穩(wěn)定電流的電路為，0P07端口 3為輸入，PTlOO兩端為輸出；選用法國(guó)KMO黑球，并在黑球中心配以PT100鉬金電阻溫度探頭通過(guò)TR計(jì)算公式得到平均輻射溫度TR值；PT100溫度傳感器是一種由鉬金合成材料制作的電阻式溫度檢測(cè)器，耐酸堿、不會(huì)變質(zhì)；它會(huì)隨著溫度的上升而改變電阻值；采用Ω /V變換原理測(cè)量；轉(zhuǎn)換原理:電路包括恒流源、信號(hào)調(diào)理2個(gè)單元；恒流源為Is=V/Rl,鉬電阻PT100兩端的電壓值Vpt=Is*Rpt=V*Rpt/Rl,再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)算放大Uad=Rpt*Gl*G2轉(zhuǎn)換成0-2.5V的可測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)終端作為獨(dú)立的機(jī)器使用時(shí)，可將PMV值的計(jì)算工作交由終端處理器，此時(shí)終端可通過(guò)12864液晶顯示屏顯示溫度、濕度、風(fēng)速、黑球溫度、PMV值五項(xiàng)參數(shù)；當(dāng)終端作為信號(hào)采集設(shè)備，并經(jīng)由無(wú)線通訊設(shè)備連接至上位機(jī)時(shí)，其只負(fù)責(zé)四路環(huán)境參數(shù)的采集和數(shù)字量轉(zhuǎn)換工作；PMV值的計(jì)算，及其他分析和顯示工作，均交由上位機(jī)進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:測(cè)量端C8051F020負(fù)責(zé)采集4種環(huán)境參數(shù)并發(fā)送給協(xié)調(diào)器，并通過(guò)串口將數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)；Z-Stack是基于一個(gè)時(shí)間輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)的，首先將各層初始化，系統(tǒng)便等待事件發(fā)生，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)則喚醒系統(tǒng)，開始進(jìn)入中斷處理事件，結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式，如果同時(shí)有幾個(gè)事件發(fā)生，判斷優(yōu)先級(jí)，逐次處理事件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:黑球溫度計(jì)的測(cè)量，考慮到PT100電阻的非標(biāo)準(zhǔn)線性關(guān)系，需對(duì)其進(jìn)行分段線性化處理，在小溫度范圍內(nèi)用式T=AR-B進(jìn)行近似表示溫度和阻值的關(guān)系，用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，用-10°C~50°C上的模型計(jì)算黑球溫度，判斷分段，進(jìn)行線性化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于:上位機(jī)接收到的數(shù)據(jù)是8位的16進(jìn)制的ASCII碼，每四個(gè)ASCII碼代表一個(gè)32位單精度浮點(diǎn)數(shù)，上位機(jī)程序首先將獲取的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成單精度浮點(diǎn)數(shù)；然后，通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的PMV和PH)的計(jì)算方法對(duì)獲取的數(shù)據(jù)和事先設(shè)置好的參數(shù)合起來(lái)進(jìn)行計(jì)算；最后將計(jì)算得到的PMV和PPD的值以折線圖的形式顯示并將獲取到的參數(shù)、設(shè)置的參數(shù)以及PMV、PPD的值以列表的形式顯示；上位機(jī)程序提供了保存的功能，將實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)保存到Excel表格中，以便以后能夠統(tǒng)計(jì)分析使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)熱舒適性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述平均輻射溫度TR的表達(dá)式如下
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103994788SQ201410169273
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】宋力強(qiáng), 郭子亮, 李炎 申請(qǐng)人:中國(guó)家用電器研究院