一种控制睡眠环境的空调器及控制方法

本发明涉及空调器，更具体地说，本发明涉及一种控制睡眠环境的空调器及控制方法。

背景技术：

1、在申请号为cn2014101492107的中国发明专利《空调及其舒适睡眠控制方法和系统》中，公开了通过时钟模块获取当前的时间参数，若当前时间判断为夜间，进入下一步骤，通过人体感应检测模块检测当前房间内是否有人，通过光照度检测模块感知当前房间内的光照度情况，若当前房间内有人且已经熄灯，控制空调自动进入舒适睡眠模式，在公开的中国发明专利《控制人体热舒适感觉的空调器及控制方法》(申请号为cn2012102361683)中，公开了一种技术方案，通过采集人体舒适度相关参数，根据所述人体舒适度相关参数，依据预定的预计平均热感觉指数pmv公式，获取相应的人体热舒适感觉计算结果，根据所述计算结果获取最佳控制策略，根据所述最佳控制策略控制所述空调器的相关运行模式，以实现空调器舒适性控制。现有的传统睡眠模式为：在制冷/除湿运转时，设定睡眠模式后运行一小时，空调器的设定温度上升1℃，再过1小时后设定温度再上升1℃，再1小时后设定温度再下降2℃，再3小时设定温度上升1℃，再运行3小时后关闭空调器，这种设定温度调整方式呆板机械，房间内人员睡眠热环境舒适度不高，在上述第一个公开的发明专利中，虽然通过几个模块联用，以智能进入睡眠模式，第二个公开的发明专利虽然利用了pmv方程，但没给出具体的睡眠控制方案，上述两个公开的发明专利中也均没根据不同湿度、不同人群、不同代谢率来计算出不同的设定温度，以获取更舒适的睡眠热环境，也没有考虑人体在过渡区间受到温度变化刺激时出现的热感觉“滞后”和“超前”现象，无法为从活动到入睡及从睡眠到活动的人群提供良好的热舒适度。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种控制睡眠环境的空调器及控制方法，是通过时钟模块和光照度检测模块智能判断夜间和光照情况，结合人体感应和生理监测模块，实时监测人员活动和生理状态，精准识别过渡状态，解决热感觉“滞后”和“超前”问题，实现个性化温度调节，提高用户睡眠环境的舒适度和智能化水平。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种控制睡眠环境的空调器，包括时钟模块、光照度检测模块、人体感应检测模块、生理监测传感模块、温湿度传感器和代谢率检测模块，时钟模块和光照度检测模块连有夜间识别模块，夜间识别模块与人体感应检测模块、生理监测传感模块相连，人体感应检测模块、生理监测传感模块连有过渡态分析模块，人体感应检测模块、生理监测传感模块、温湿度传感器、代谢率检测模块、过渡态分析模块均连接有pmv计算模块，pmv计算模块连有控制模块，控制模块连有空调器主体，时钟模块用于获取空调器主体启动后的当前时间，并将数据传输给夜间识别模块，光照度检测模块用于检测房间内光照度，并将数据传输给夜间识别模块，夜间识别模块用于根据接收的数据判断当前时间是否在预设的夜间时间范围内，判断是否为熄灯状态，人体感应检测模块用于检测房间内是否有人，监测房间内人员的位置和运动状态，分析人员在室内的运动频率和幅度，生理监测传感模块用于实时监测进入室内人员的心率、呼吸频率及呼吸深度，温湿度传感器用于实时监测房间内的温度和湿度，过渡态分析模块基于人体感应检测模块传输过来的数据，通过预设的人体感应分析公式获取人体感应分析值，基于生理监测传感模块传输过来的数据，通过预设的生理监测分析公式获取生理监测分析值，再将人体感应分析值和生理监测分析值输入预设的过渡态识别公式，获取过渡态分析值，基于预设的识别阈值范围识别当前人体的过渡态种类，并将过渡态分析值和当前人体的过渡态种类传输给pmv计算模块，pmv计算模块用于根据pmv公式基于检测的数据计算当前环境下的pmv值，并利用人体感应分析值、生理监测分析值对pmv数值进行修正，修正由于过渡态导致的热感觉“滞后”和“超前”现象，控制模块基于人体的过渡态分析值及修正的pmv，调整输出的空调器主体运行模式和设定温度，空调器主体根据控制模块输出的空调器主体运动模式和设定温度，及时调整房间温度和湿度，为室内人员提供舒适的睡眠和活动环境。

4、作为本发明进一步的方案，人体感应检测模块包括用于检测室内是否有人、人员位置及运行状态的激光摄像头和用于辅助激光摄像头检测的红外传感器，生理监测传感模块和代谢率检测模块均位于穿戴在人体上的智能手表中。

5、作为本发明进一步的方案，过渡态分析模块中，预设的人体感应分析公式通过指数函数对激光摄像头检测到的活动频率和幅度进行平滑化，通过对超声波传感器检测到的人体活动频率和幅度进行算术平方根操作，修正激光摄像头检测到的活动频率和幅度的平滑数值，预设的人体感应分析公式为：

6、

7、式中：a为人体感应分析值，pa，s、pa，s分别为激光摄像头检测到的人体活动频率和幅度，pa，c、fa，c分别为超声波传感器检测到的人体活动频率和幅度，α1、α2分别为lg(1+pa，s·fa，s)项和项的影响权重，根据经验设定。

8、作为本发明进一步的方案，过渡态分析模块中，预设的生理监测分析公式利用自然对数底数的指数函数对监测到的人体心率进行数值扩大化，利用正弦三角函数对呼吸频率和深度进行数值平缓处理，再将二者相加获取生理监测分析值，预设的生理监测分析公式为：

9、

10、式中：b为生理监测分析值，hr为监测到的人体心率，pb为监测到的人体呼吸频率，db为监测到的人体呼吸深度，ls为三角函数转换系数，用于将pb·db调控到0到1之间。

11、作为本发明进一步的方案，过渡态分析模块中，预设的过渡态分析公式为：

12、

13、式中：c为过渡态分析值。

14、作为本发明进一步的方案，pmv计算模块中，pmv方程为：

15、

16、式中：m为新陈代谢率，w为人体做功率，pa为环境空气中水蒸气分压力，ta为空气温度，fcl为穿衣人与裸体表面积之比，为平均辐射温度，tcl为穿衣人体外表面平均温度，hcl为对流热交换系数。

17、作为本发明进一步的方案，pmv计算模块中，利用人体感应分析值和生理监测分析值对pmv方程中的pmv值修正的方式为：

18、

19、式中：pmvxz为pmv修正值。

20、一种控制睡眠环境的空调器控制方法，应用权上述的一种控制睡眠环境的空调器，包括如下步骤；

21、步骤一，夜间判断：空调器主体启动后，时钟模块获取当前时间，判断是否为夜间，结果为夜间，进入下一步；

22、步骤二，采集房间参数和人体参数：通过人体感应检测模块检测当前房间内是否有人，通过光照度检测模块检测房间内光照度情况，判断是否为熄灯状态，如果房间内有人，且已经熄灯，进入舒适睡眠模式，启动温湿度传感器采集当前房间内的温度和湿度，通过代谢率检测模块获取房间内人员的代谢率；

23、步骤三，过渡态数据分析与识别：过渡态分析模块通过预设的公式分别获取人体感应分析值、生理监测分析值、过渡态分析值，基于预设的识别阈值范围识别当前人体的过渡态种类，并将过渡态分析值和当前人体的过渡态种类传输给pmv计算模块；

24、步骤四，房间内人员的pmv及修正pmv计算：pmv计算模块用于根据pmv公式基于检测的数据计算当前环境下的pmv值，并利用人体感应分析值、生理监测分析值对pmv数值进行修正，修正由于过渡态导致的热感觉“滞后”和“超前”现象，调整输出的空调器主体运行模式和设定温度；

25、步骤五，空调器主体的控制执行：空调器主体根据控制模块输出的空调器主体运动模式和设定温度，及时调整房间温度和湿度，为室内人员提供舒适的睡眠和活动环境。

26、作为本发明进一步的方案，步骤三中，人体的过渡态种类包括活动状态、过渡到入睡状态、睡眠状态、过渡到活动状态。

27、作为本发明进一步的方案，在步骤五中，各个过渡态的空调参数调控方案如下：

28、活动状态：空调器主体保持温度设定在24—26摄氏度之间，风速占最大风速的60％以上，以提供空气流动，增加舒适感，保持湿度在40％-60％之间，以避免干燥或过于潮湿的环境，根据当前环境温度和湿度调整运行模式；

29、过渡到入睡状态：温度逐步下降至适宜的入睡温度，设定在22—24摄氏度，风速逐步降低，降低至低于最大风速的40％且高于最大风速的20％，避免过强的风速影响入睡，保持湿度在40％-60％之间，避免过干或过湿，半个小时内调整至舒适睡眠模式，逐步降低风速和温度，确保平稳过渡；

30、睡眠状态：保持恒定的舒适睡眠温度，设定在20—22摄氏度，风速保持在最大风速的20％—30％，以免干扰睡眠，维持适中的湿度，在40％-60％之间，保持舒适睡眠模式；

31、过渡到活动状态：温度逐步上升至活动温度，设定在22—24摄氏度，风速逐步增加至最大风速的40％，促进醒来后的舒适感，保持适中的湿度，在40％-60％之间，逐步切换至制冷或除湿模式，提升风速和温度，确保舒适的过渡。

32、相比于现有技术，本发明的技术效果和优点：通过时钟模块和光照度检测模块联合使用，能够智能判断当前时间是否为夜间以及房间内的光照情况，从而准确进入舒适睡眠模式，提高了空调器的智能化程度和使用便捷性，引入人体感应检测模块和生理监测传感模块，实时监测房间内人员的活动频率、心率、呼吸频率，准确识别人员的过渡状态，确保空调器根据实际需求进行调节，避免了传统方式的呆板机械设定，过渡态分析模块，通过预设的人体感应分析公式和生理监测分析公式，结合pmv计算模块，准确计算并修正pmv值，解决了热感觉“滞后”和“超前”现象，能够更精准地控制空调器的运行模式和设定温度，为用户提供更加个性化和舒适的睡眠环境，不仅考虑了房间内的温度、湿度、代谢率的环境因素，还根据不同人群的生理差异进行个性化调整，通过全面的数据采集和分析，能够更好地适应不同用户的需求，提供最佳的睡眠热环境，通过过渡态分析模块和pmv计算模块的结合，实现了空调器在不同状态下的智能化调节，确保用户在活动、入睡、睡眠和醒来各阶段均能享受到适宜的温度和湿度，显著提高了整体舒适度和睡眠质量。