本发明属于家电控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于可穿戴设备的自适应空调。
背景技术：
现今的空调已经具备了一定的自动调温功能，但是目前空调的自动调温功能只能提供一种相对来说很固定的温度调节，即只能是人为设定一个温度和时间，空调不能根据人体某些体征参数进行智能的自动调温，因此会引起如下问题：
1.在同一温度的空调房里待过长的时间，往往会引起空调病；
2.空调长时间工作会使室内空气变得干燥，降低舒适度，虽然现在市场上已经有加湿器，价格较高且需要占用一定的室内空间；
3.现在市场上绝大多数空调对空气净化不支持，然而因为工业发展的副作用，空气污染越来越重，逐渐成为家庭污染的主要来源，而空调的换气和吹风功能仅仅是将当前空气进行稀释或简单处理，还达不到空气净化的作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于可穿戴设备的自适应空调，在不改变现有空调结构的前提下实现空调的自动智能调温、调湿和空气净化，提高空调的实用性。
为实现上述发明目的，本发明基于可穿戴设备的自适应空调包括用户佩戴的可穿戴设备、室内温度传感器、室外温度传感器、室内湿度传感器、室内空气检测器、室外空气检测器、中央控制系统、空调温控器、室内加湿器、室内干燥器、换气装置和室内空气净化装置，其中：
用户佩戴的可穿戴设备采集用户的体征参数，包括体温和心率，周期性地发送给中央控制系统；
室内温度传感器和室外温度传感器分别采集室内温度值Tin和室外温度值Tout，周期性地发送给中央控制系统；
室内湿度传感器采集室内空气的湿度值h，周期性地发送给中央控制系统；
室内空气检测器和室外空气检测器分别检测室内和室外的空气质量，得到室内空气质量评估值b和室外空气质量评估值a发送给中央控制系统；
中央控制系统接收到用户的体征参数后，判断空调当前是否处于温度调节过程中，如果是，则不作任何操作，否则按照以下方法进行温度调节：判断体温和心率是否位于预先保存的正常体温范围和正常心率范围，如果两项都大于正常范围上限，则判定室内温度过高，在当前时间的舒适温度范围内选择比当前室内温度值Tin较低的目标温度，如果两项都小于正常范围下限，则判定室内温度过低，在当前所属季节的舒适温度范围内选择比当前室内温度值Tin较高的目标温度，向空调温控器发送上调温度控制信号；其他情况设置目标温度为当前温度；中央控制系统初次接收到用户体征参数时，如果目标温度与室外温度值Tout的差值大于预设温度偏差阈值τ，则先按照温度值Tout-τ运行并维持预设时长，再进一步调节至目标温度；当同时有多个用户时，中央控制系统分别对每个用户设置目标温度，求取均值作为最终的目标温度；中央控制系统根据确定的目标温度向空调温控器发送温度控制信号；在温度调节过程中，中央控制系统监测室内温度传感器上传的室内温度传感器Tin，一旦达到目标温度则向空调温控器发送调温停止信号；
中央控制系统在接收到湿度值h后，判断空调当前是否处于湿度调节过程中，如果是，则不作任何操作，否则按照以下方法进行湿度调节：将湿度值h与舒适湿度范围[Hmin,Hmax]进行比较，如果h∈[Hmin-γ,Hmax+γ]，γ表示湿度偏差阈值，不作任何操作，否则进一步判断是否h＞Hmax，如果是，在舒适湿度范围[Hmin,Hmax]选择一个目标湿度，向室内加湿器发送工作信号，如果不是，在舒适湿度范围[Hmin,Hmax]选择一个目标湿度，向室内干燥器发送工作信号；在湿度调节过程中，中央控制系统监测室内湿度传感器上传湿度值h，一旦达到目标湿度则向正在工作的室内加湿器或室内干燥器发送停止工作信号；
中央控制系统接收到室内空气质量评估值b和室外空气质量评估值a后，判断空调当前是否处于空气质量调节过程中，如果是，则不作任何操作，否则按照以下流程进行空气质量调节：
(1)如果b≥Qmin-φ，φ表示空气质量偏差阈值，进入步骤(2)，否则进入步骤(4)；
(2)如果a-b＞λ，λ表示偏差阈值，进入步骤(3)，否则不作操作；
(3)设置目标空气质量范围为(b,a]，在目标空气质量范围内选择一个目标空气质量值，向换气装置发送工作信号；
(4)如果a＞Qmin-φ，进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；
(5)设置目标空气质量范围为(Qmin-φ,a]，在目标空气质量范围内选择一个目标空气质量值，向换气装置发送工作信号；
(6)设置目标空气质量范围为[Qmin,Qmax]，在目标空气质量范围内选择一个目标空气质量值，向空气净化装置发送工作信号；
在空气质量调节过程中，中央控制系统监测室内空气检测器上传的室内空气质量评估值b，一旦达到目标空气质量值，则向正在工作的换气装置或空气净化装置发送停止工作信号；
空调温控器根据中央控制系统发送的温度控制信号和调温停止信号进行工作；室内加湿器、室内干燥器和换气装置、室内空气净化装置根据中央控制系统发送的工作信号和停止工作信号进行工作。
本发明基于可穿戴设备的自适应空调，采用可穿戴设备采集用户的体征参数，采用室内温度传感器、室外温度传感器、室内湿度传感器、室内空气检测器和室外空气检测器得到室内外温度、室内湿度和室内外空气质量评估值，发送给中央控制系统，中央控制系统根据预先设置的舒适温度范围、舒适湿度范围和舒适空气质量范围进行判定，分别对温度调节、湿度调节和空气质量调节进行控制，从而实现空调的自动智能调温、调湿和空气净化，提高空调的实用性，为用户保证室内环境的舒适度。
附图说明
图1是本发明基于可穿戴设备的自适应空调的具体实施方式结构图；
图2是中央控制系统湿度调节流程图；
图3是中央控制系统空气质量调节的流程图；
图4是目标温度响应函数示例图；
图5是中央控制系统的具体实施方式结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明基于可穿戴设备的自适应空调的具体实施方式结构图。如图1所示，本发明基于可穿戴设备的自适应空调是在常规空调的基础上增加了自动调温部分、自动调湿部分和自动空气净化部分，包括用户佩戴的可穿戴设备1、室内温度传感器2、室外温度传感器3、室内湿度传感器4、室内空气检测器5、室外空气检测器6、中央控制系统7、空调温控器8、室内加湿器9、室内干燥器10、换气装置11和室内空气净化装置12，下面分别对每个功能部分进行详细说明。
自动调温
据生理学家研究，室内温度过高时，会影响人的体温调节功能，由于散热不良而引起体温升高、血管舒张、脉搏加快、心率加速。冬季，如果室内温度经常保持在25℃以上，人就会神疲力乏、头晕脑涨、思维迟钝、记忆力差。同时，由于室内外温差悬殊，人体难以适应，容易患伤风感冒。如果室内温度过低，则会使人体代谢功能下降，脉搏、呼吸减慢，皮下血管收缩，皮肤过度紧张，呼吸道粘膜的抵抗力减弱，容易诱发呼吸道疾病。因此，目前科学家们把人对“冷耐受”的下限温度和“热耐受”的上限温度，分别定为11℃和32℃。一般来说，在不同的季节，舒适温度的设定值也会不同。对于用户个人而言，日常活动时间和睡眠时间的舒适温度范围也会有所不同。因此舒适温度范围可以根据季节来设置，也可以由用户根据其自身的喜好来设置。
本发明中，自动调温部分所涉及的部分包括用户佩戴的可穿戴设备1、室内温度传感器2、室外温度传感器3、中央控制系统7，各个部件的工作过程为：
用户佩戴的可穿戴设备1采集用户的体征参数，包括体温和心率，周期性地发送给中央控制系统7。可穿戴设备目前最常见的是运动手环或智能手表，当然用户也可以根据需要采用其它的穿戴方式。可穿戴设备1可以将体征参数直接发送给中央控制系统7。目前一般可穿戴设备基本都是与手机端连接的，这些可穿戴设备1采集到的体征参数会自动上传到手机端，因此可以在手机端进行通讯设置，由手机端将用户体征参数转发给中央控制系统7，这样就不需要在可穿戴设备1和中央控制系统7之间配置通信信息，更易于实现。
室内温度传感器2和室外温度传感器3分别采集室内温度值Tin和室外温度值Tout，周期性地发送中央控制系统7。
中央控制系统7接收到用户的体征参数后，判断空调当前是否处于温度调节过程中，如果是，则不作任何操作，否则按照以下方法进行温度调节：
判断体温和心率是否位于预先保存的正常体温范围和正常心率范围，如果两项都大于正常范围上限，则判定室内温度过高，在当前时间的舒适温度范围内选择比当前室内温度值Tin的目标温度；如果两项都小于正常范围下限，则判定室内温度过低，在当前时间的舒适温度范围内选择比当前室内温度值Tin较高的目标温度；其他情况都认为当前温度适宜，设置目标温度为当前温度。
此外，进一步考虑到用户进出室内外的温差变化以及对环境的影响，在进行温度调节的时候必须参考室外的环境温度，中央控制系统7在初次接收到用户体征参数时，如果目标温度与室外温度值Tout的差值大于预设温度偏差阈值τ，则先按照温度值Tout-τ运行并维持预设时长，再进一步调节至目标温度。这样用户不会因为室内外温差过大而引起感冒等疾病，并且由于本发明中设置在以温度Tout-τ工作一定时间之后再进行进一步调温，从而使用户慢慢适应从室外温度到室内温度的过渡。本实施例中温度偏差阈值τ＝5℃。当同时有多个用户时，中央控制系统7分别对每个用户设置目标温度，求取均值作为最终的目标温度。中央控制系统7根据确定的目标温度向空调温控器8发送温度控制信号.
在温度调节过程中，中央控制系统7监测室内温度传感器上传的室内温度传感器Tin，一旦达到目标温度则向空调温控器8发送调温停止信号。
空调温控器8根据中央控制系统7发送的温度控制信号和调温停止信号进行工作。温度调节是空调的基本功能，其具体过程在此不再赘述。
自动调湿
在注意室内温度调节的同时，还应注意室内的湿度。夏天，室内湿度过大时，会抑制人体散热，使人感到十分闷热、烦躁。冬天，室内湿度大时，则会加速热传导，使人觉得阴冷、抑郁。室内湿度过低时，因上呼吸道粘膜的水分大量散失，人会感到口干、舌燥，甚至咽喉肿痛、声音嘶哑和鼻出血等，并易患感冒。目前专家们研究认为，相对湿度上限值不应超过80％，下限值不应低于30％。本发明中的自动调湿部分就是检测室内湿度并进行自动调节，采用标准湿度值作为依据，标准湿度值可以采用推荐湿度值，也可以由用户根据喜好进行设置。
室内湿度传感器4采集室内空气的湿度值h，周期性地发送给中央控制系统7。中央控制系统7在接收到湿度值h后，判断空调当前是否处于湿度调节过程中，如果是，则不作任何操作，否则将湿度值h与舒适湿度范围[Hmin,Hmax]进行比较，判断是否进行湿度调节。Hmin表示舒适温度下限，Hmax表示舒适温度上限。图2是中央控制系统湿度调节流程图。如图2所示，中央控制系统7进行湿度调节包括以下步骤：
S201：判断是否h∈[Hmin-γ,Hmax+γ]，其中γ表示湿度偏差阈值，可以根据需要进行设置，如果是，不作任何操作，结束；否则进入步骤S202。
S202：判断是否h＞Hmax，如果是，进入步骤S203，否则进入步骤S204。
S203：在舒适湿度范围[Hmin,Hmax]选择一个目标湿度，向室内加湿器9发送工作信号。
S204：在舒适湿度范围[Hmin,Hmax]选择一个目标湿度，向室内干燥器10发送工作信号。
可见，当室内湿度不在舒适温度范围内，但是与舒适湿度上/下限偏差不大时，室内加湿器9和室内干燥器10都不会工作，偏差超过阈值时才启动加湿或干燥，使室内湿度维持在舒适湿度值附近。
在湿度调节过程中，中央控制系统7监测室内湿度传感器6上传的湿度值h，一旦达到目标湿度则向正在工作的室内加湿器9或室内干燥器10发送停止工作信号。室内加湿器9和室内干燥器10根据中央控制系统发送的工作信号和停止工作信号进行工作。
本实施例中，为了提高水利用率，在空调现有的冷凝器上设置一个集水器，空调内部冷凝所产生的水，集水器对冷凝水进行过滤后排放至室内加湿器的水供给器。
自动空气净化
由于近年来空气污染问题日益受到人们关注，因此本发明还增加了自动空气净化部分。
室内空气检测器5和室外空气检测器6分别检测室内和室外的空气质量，得到室内空气质量评估值b和室外空气质量评估值a发送给中央控制系统7，空气质量评估值越大说明空气质量越好。空气质量值的计算方法可以根据需要选择，例如可以检测空气中的PM2.5、硫化物等污染物的值，进行评分后将评分值进行加权得到空气质量评估值。舒适空气质量范围[Qmin,Qmax]可以使用推荐范围，也可以由用户根据喜好进行设置。Qmin表示舒适空气质量下限，Qmax表示舒适空气质量上限。
中央控制系统7接收到室内空气质量评估值b和室外空气质量评估值a，通过比较a、b和舒适空气质量范围[Qmin,Qmax]，来判定是否进行空气质量调节，实现对空气净化的控制。图3是中央控制系统空气质量调节的流程图。如图3所示，中央控制系统7进行空气质量调节包括以下步骤：
S301：判断是否b≥Qmin-φ，φ表示空气质量偏差阈值，如果是，说明室内空气较好，符合舒适空气质量的要求或者与空气质量下限偏差不大，不需要进行净化，至于是否需要换气，则需要进一步判断，进入步骤S302，否则进入步骤S304。
S302：判断是否a-b＞λ，λ表示偏差阈值，为正常数，如果是，则说明室外空气最好且远好过室内空气，因此虽然此时室内空气已经满足舒适空气质量范围，还是采用换气方式进行空气质量调节，进入步骤S303，否则说明室内外空气质量相差不多或室外空气质量更差，进行换气的意义不大，因此不作操作。
S303：设置目标空气质量范围：
设置目标空气质量范围为(b,a]，进入步骤S306。
S304：判断是否a＞Qmin-φ，如果是，说明室外空气质量较好，采用换气方式进行空气质量调节，进入步骤S305，否则此时室内外空气质量都未达到舒适空气质量范围，需要进行净化，进入步骤S307。
S305：设置目标空气质量范围：
设置目标空气质量范围为(Qmin-φ,a]，进入步骤S306。
S306：换气：
在目标空气质量范围内选择一个目标空气质量值，向换气装置11发送工作信号。
S307：设置目标空气质量范围：
设置目标空气质量范围为[Qmin,Qmax]，进入步骤S308。
S308：净化：
在目标空气质量范围内选择一个目标空气质量值，向空气净化装置12发送工作信号。
采用以上方式对空气净化进行自动控制，既可以保证室内空气质量，又兼顾了环保要求。在空气质量调节过程中，中央控制系统7监测室内空气检测器4上传的室内空气质量评估值b，一旦达到目标空气质量值，则向正在工作的换气装置11或空气净化装置12发送停止工作信号。
此外，中央处理系统7还可以向用户发送出行提示，当a＞b&a≥Qmin，向用户发送适宜出行提示；当a<b&a≥Qmin，向用户发送室外空气差于室内但符合出行条件的提醒；当a<Qmin，向用户发送室外空气差不符合出行条件的提示。
换气装置11和室内空气净化装置12根据中央控制系统7发送的工作信号和停止工作信号进行工作。
以上分别对本发明中三个功能部分进行了说明。在三个功能部分的调节流程中，目标值都是在一定范围内进行选择的，可以采用随机选择的方式，也可以采用模糊控制技术来实现，例如可以采用有解问题的最大粒度原理来求解得到目标值。
有解问题最大粒度原理指一个问题在有解范围内存在很多的实现方法，其中有最为精确的，但最精确的不一定是最容易实现的，通常最精确的方法复杂且成本高，而一般情况下不需要选择最精确的，只要是在有解范围内的解决方法都能满足要求，因此最大粒度原理就是指寻找最容易实现、成本最低、最简单的实现路径，只要能解决这个问题，满足要求即可。“最大粒度”的意思就是选择的这个粒度(即选择的解决方法)能够解决这个问题，如果粒度再大一点儿就不能满足要求，因此变为了无解，而粒度小于这个最大粒度时都能满足要求。下面以温度调节部分的目标温度值为例对采用有解问题的最大粒度原理进行求解的过程进行说明。
根据温度调节过程可知，当上调温度时，目标温度范围为舒适温度范围和大于室内温度值Tin范围的交集，当下调温度时，目标温度范围为舒适温度范围和小于室内温度值Tin范围的交集。显然，目标温度范围内的每个温度都符合要求，而每个目标温度都存在一个对应的响应函数。图4是目标温度响应函数示例图。如图4所示，每个响应函数的走势并不一样。这些响应函数中存在最简单、最容易实现、最环保、成本最低的一个。因此先根据用户体征参数(体温和心率)和室内温度值Tin得到舒适温度范围内每个舒适温度值的响应函数，然后利用最大粒度原理，选择最优响应函数，其对应的目标温度即为选择的目标温度。
同样地，湿度调节和空气质量调节也可以采用有解问题的最大粒度原理来得到目标湿度值和目标空气质量值。对于湿度调节，根据体征参数和室内湿度值得到每个目标湿度值的响应函数，然后确定得到目标湿度。对于空气质量调节，根据室内外空气质量值或室内空气质量值和舒适空气质量值上限，得到每个目标空气质量值的响应函数，然后确定得到目标空气质量值。
在实际应用中，室内温度传感器2、室内湿度传感器4、室内空气检测器5可以集成到空调室内机上，也可以单独设置一个传感器装置，将这三个传感器集成到一个外部传感器装置上，所采集的数据通过无线方式发送给中央控制系统7。第二种方式可以灵活选择传感器的放置位置。中央控制系统7一般来说选择集成到空调室内机的控制部分较为方便。室内加湿器9和室内干燥器10集成到空调室内机较好。换气装置11和室内空气净化装置12一般选择集成在空调室外机上。
图5是中央控制系统的具体实施方式结构图。如图5所示，本实施例中，中央控制系统7包括通讯模块71、用户接口72、中央处理单元73、传感器控制模块74、温度控制模块75、湿度控制模块76和空气净化控制模块77。
通讯模块71的主要功能是与用户佩戴的可穿戴设备1和各个传感器、检测器进行通讯，将接收到的各项数据发送给中央处理单元73。一般来说，与可穿戴设备1的通信采用无线通信方式。与传感器的通信方式要根据实际情况确定，当传感器设置在空调上时，可以采用有线通信，如果是外置设备，则采用无线通信。
用户接口72用于连接用户控制终端，接收用户指令发送给中央处理单元73。用户控制终端可以是空调遥控器，也可以是手机客户端等智能设备。用户指令主要包括各个传感器的参数设置指令和对舒适温度范围、标准湿度值、空气质量标准值的设置指令。用户接口与用户控制终端之间的具体通信方式也可以根据需要进行设置，例如可以采用wifi、4G网络等。
中央处理单元73接收到用户指令后，如果是舒适温度范围、标准湿度值、空气质量标准值的设置指令，则将舒适温度范围、标准湿度值、空气质量标准值进行存储；如果是各个传感器的参数设置指令，则向传感器控制模块74发送传感器设置信号；如果是用户体征参数或传感器采集数据，则根据相应的判定方法判定是否需要温度调节、湿度调节以及空气质量调节，在进行温度控制时将目标温度值发送给温度控制模块75；在进行湿度控制时，将工作设备类型、工作信号或停止工作信号发送给湿度控制模块76；在进行空气净化控制时，将工作设备类型、工作信号或停止工作信号发送给空气净化控制模块77。
传感控制器74接收中央处理单元73发送的传感器设置信号，根据该传感器设置信号所针对的传感器生成控制信号，发送给对应的传感器进行参数设置。
温度控制模块75根据中央处理单元73的目标温度值向空调温控器8发送温度控制信号。
湿度控制模块76根据中央处理单元73发送的湿度控制信号，如果接收到的工作设备类型为室内加湿器，湿度控制器76向室内加湿器9发送工作信号或停止工作信号，如果接收到工作设备类型为室内干燥器，湿度控制器76向室内干燥器10发送工作信号或停止工作信号。
空气净化控制模块77接收中央处理单元73的控制信号，如果接收到的工作设备类型为换气装置，则向换气装置11发送工作信号或停止工作信号，如果接收到的工作设备类型为空气净化装置，则向空气净化装置12发送工作信号或停止工作信号。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。