室內熱舒適性檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種室內熱舒適性檢測系統，該系統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，結合選擇合適代謝率及服裝熱阻值綜合考慮多種環境參數進行室內熱舒適性評價；該系統包括信息采集模塊、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。信號采集精度高，速度快，擴展功能強；采用無線通訊，低功耗，可移動性強；上位機界面清晰，可操作性強，易存儲，綠色軟件。
【專利說明】室內熱舒適性檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及環境評價【技術領域】，尤其涉及一種控制人體熱舒適性的舒適度檢測系統。
【背景技術】
[0002]熱舒適性指人們對熱環境的主觀感覺，通常用預計平均熱感覺指數(PredictedMean Vote PMV)和預計不滿意者百分數(Predicted Percentage of Dissatisfied PPD)來評價。影響熱舒適性的主要因素有空氣溫度、空氣相對濕度、平均輻射溫度、相對空氣流速、人體活動的代謝率與服裝熱阻。PMV代表了同一環境下絕大多數人的冷暖感覺，分為7個等級PMV=-3?3，所對應的熱感覺分為冷、涼、較涼、適中、較溫暖、溫暖、熱。目前IS07730標準采用PMV-PH)指標評價熱環境推薦值在-0.5?+0.5之間，我國國家標準推薦值在-1.0?+1.0,即人群中允許有20%的人感到不滿意。
[0003]但是，現有熱舒適性的檢測技術存在著可移動性不強、傳感器精確度不高、環境參數考慮不周等問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供了一種實用化的熱舒適評價系統，本發明采用高精度傳感器，結合以無線通訊模塊，可以使采集終端更方便的將信號傳輸至上位機，以做出科學的評價，而且無線通訊使得檢測系統方便移動，本發明上位機軟件無需安裝綠色軟件。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為室內熱舒適性檢測系統，該系統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，結合選擇合適代謝率及服裝熱阻值綜合考慮多種環境參數進行室內熱舒適性評價。
[0006]該系統包括信息采集模塊、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芯片，所采用的C8051F020芯片速度快、自帶AD功能，穩定性好，且擴展功能強；所述信息處理模塊及信息分析軟件界面清晰、可操作性強，反應及時，可生成EXCEL文件，數據易存儲；
[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，集合了一個高性能的RF收發器與一個工業標準增強性8051MCU，提供IOldB的鏈路質量，具有優秀的接收器靈敏度和良好的抗干擾性，且具有功耗低的優點；
[0009]所述信息采集模塊與信息核心模塊通過功率線、信號線連接；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高精度微風速傳感器測空氣流速，采用24VDC供電，風速量程0-5m/s，精度±0.04m/s，輸出0-5V，可直接送至單片機的ADC 口米集。
[0011]采用高性能維薩拉HMPllO溫濕度傳感器對室內溫度與相對濕度進行采集；傳感器信號，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ADC輸入
端口進行采集。
[0012]平均輻射溫度TR指環境四周表面對人體輻射作用的平均溫度，其數值可由各表
面溫度及人與表面位置關系的角系數確定或用黑球溫度計測得。其表達式為
[0013]
【權利要求】
1.室內熱舒適性檢測系統，其特征在于:該系統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，結合選擇合適代謝率及服裝熱阻值綜合考慮多種環境參數進行室內熱舒適性評價； 該系統包括信息采集模塊、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芯片，所采用的C8051F020芯片速度快、自帶AD功能，穩定性好，且擴展功能強；所述信息處理模塊及信息分析軟件界面清晰、可操作性強，反應及時，可生成EXCEL文件，數據易存儲； 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，集合了一個高性能的RF收發器與一個工業標準增強性8051MCU，提供IOldB的鏈路質量； 所述信息采集模塊與信息核心模塊通過功率線、信號線連接；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高精度微風速傳感器測空氣流速，采用24VDC供電，風速量程0-5m/s，精度±0.04m/s，輸出0-5V，可直接送至單片機的ADC 口采集; 采用高性能維薩拉HMPllO溫濕度傳感器對室內溫度與相對濕度進行采集；傳感器信號，濕度0-2.5V，溫度0-2.5V可直接連接至單片機ADC輸入端口進行采集； 平均輻射溫度TR指 環境四周表面對人體輻射作用的平均溫度，其數值可由各表面溫度及人與表面位置關系的角系數確定或用黑球溫度計測得； C8051F020芯片作為數據采集終端的核心處理器，其內置的8路12位ADC通道可滿足系統要求，接收來自風速、溫濕度、黑球溫度三組傳感器采集的四路信號，并進行PMV值計算； 無線通訊設備包括CC2530、串口轉換電路；所述串口轉換電路選用SP3232芯片完成RS-232串口數據的電平轉換；通過CC2530無線傳輸數據至協調器； 熱舒適性檢測系統所需檢測的四種環境參數由信號調理電路調整為0-2.5V的模擬電壓量，用C8051F020內置的12位ADC通道采集便可； 測量端C8051F020負責采集四種環境參數并發送給協調器，并通過串口將數據上傳至PC上位機；所述協調器與PC上位機之間以TI的Z-Stack協議棧為基礎進行實現；基于C8051F020為核心設計數據采集終端； 利用串口上傳至Pc上位機，通過上位機中建立的PMv-Pro模型對室內熱環境做出科學的評價； 數據的處理和計算是在上位機中進行的，上位機程序是采用MFC技術實現的，工作是靠定時器驅動的，為了提高定時的精度，程序中使用了多媒體定時器，其工作流程為信息獲取并處理、計算、顯示。
2.根據權利要求1所述的室內熱舒適性檢測系統，其特征在于:單片機的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路通道基準電壓設置為3.3V ;26、27引腳XTALl、XTAL2接16M外部晶振;5引腳RST外接復位按鍵；18、20、22、24引腳依次連接濕度、溫度、黑球溫度、風速4路信號。
3.根據權利要求1所述的室內熱舒適性檢測系統，其特征在于:所述得到穩定電流的電路為，0P07端口 3為輸入，PTlOO兩端為輸出；選用法國KMO黑球，并在黑球中心配以PT100鉬金電阻溫度探頭通過TR計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器，耐酸堿、不會變質；它會隨著溫度的上升而改變電阻值；采用Ω /V變換原理測量；轉換原理:電路包括恒流源、信號調理2個單元；恒流源為Is=V/Rl,鉬電阻PT100兩端的電壓值Vpt=Is*Rpt=V*Rpt/Rl,再經過兩級運算放大Uad=Rpt*Gl*G2轉換成0-2.5V的可測量標準電壓。
4.根據權利要求1所述的室內熱舒適性檢測系統，其特征在于:當終端作為獨立的機器使用時，可將PMV值的計算工作交由終端處理器，此時終端可通過12864液晶顯示屏顯示溫度、濕度、風速、黑球溫度、PMV值五項參數；當終端作為信號采集設備，并經由無線通訊設備連接至上位機時，其只負責四路環境參數的采集和數字量轉換工作；PMV值的計算，及其他分析和顯示工作，均交由上位機進行。
5.根據權利要求1所述的室內熱舒適性檢測系統，其特征在于:測量端C8051F020負責采集4種環境參數并發送給協調器，并通過串口將數據上傳至PC上位機；Z-Stack是基于一個時間輪轉查詢式操作系統的，首先將各層初始化，系統便等待事件發生，當事件發生時則喚醒系統，開始進入中斷處理事件，結束后繼續進入低功耗模式，如果同時有幾個事件發生，判斷優先級，逐次處理事件。
6.根據權利要求1所述的室內熱舒適性檢測系統，其特征在于:黑球溫度計的測量，考慮到PT100電阻的非標準線性關系，需對其進行分段線性化處理，在小溫度范圍內用式T=AR-B進行近似表示溫度和阻值的關系，用最小二乘法進行線性擬合，用-10°C~50°C上的模型計算黑球溫度，判斷分段，進行線性化處理。
7.根據權利要求1所述的室內熱舒適性檢測系統,其特征在于:上位機接收到的數據是8位的16進制的ASCII碼，每四個ASCII碼代表一個32位單精度浮點數，上位機程序首先將獲取的字節碼轉換成單精度浮點數；然后，通過國家標準中規定的PMV和PH)的計算方法對獲取的數據和事先設置好的參數合起來進行計算；最后將計算得到的PMV和PPD的值以折線圖的形式顯示并將獲取到的參數、設置的參數以及PMV、PPD的值以列表的形式顯示；上位機程序提供了保存的功能，將實驗的數據保存到Excel表格中，以便以后能夠統計分析使用。
8.根據權利要求1所述的室內熱舒適性檢測系統，其特征在于:所述平均輻射溫度TR的表達式如下
【文檔編號】G01D21/02GK103994788SQ201410169273
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】宋力強, 郭子亮, 李炎 申請人:中國家用電器研究院