一种基于人体睡眠状态的空调器控制方法及空调器与流程

本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种基于人体睡眠状态的空调器控制方法及空调器。

背景技术：

现有技术中普遍利用穿戴设备中的传感器检测设备穿戴者生理参数和行为状态参数，根据检测参数判断穿戴者是否入睡。同时现有技术中的空调器能够根据光照强度，人体活动量控制是否进入或退出空调器睡眠模式，但是，光照强度与人体活动量不能准确确定用户是否入睡，使得睡眠模式控制不准确，影响了用户使用空调器的舒适性。

为了克服上述问题，申请人之前公开了《一种空调器睡眠运行控制方法》，申请号201510081751.5，并公开了以下技术方案“利用传感器实时检测人体状态参数，判断人体是否入睡和是否睡醒；在判定人体入睡时，控制空调器从当前运行模式转入睡眠模式，并按照睡眠曲线控制空调器；在判定人体睡醒时，控制空调器退出睡眠模式，转入入睡前的运行模式，其中睡眠曲线包括有基本睡眠曲线和自学习睡眠曲线，所述基本睡眠曲线包括有固定时刻与温度的一一对应关系曲线，所述自学习睡眠曲线包括可调时刻与温度的一一对应关系曲线，所述可调时刻根据所述人体入睡时的入睡时刻调整，所述按照睡眠曲线控制空调器包括在所述睡眠曲线中的某个固定时刻或某个可调时刻，选择与该某个固定时刻或该某个可调时刻相对应的温度作为目标控制温度对空调器进行控制的过程。”在上述方案中，可以调节的参数只有时刻和温度，将不属于入睡时刻和睡醒时刻的时间纳入至学习睡眠曲线中，或者用户主动修改其中的一个温度点或多个温度点。实际上调节温度和时刻的方式还是手动的，固化的模式，是单一且智能程度较低的。而且，现有公开的技术材料已经证实，人体睡眠状态分深度睡眠和浅睡眠，且持续在两个状态之间变化，不同状态下的体温也会有变化，固定的设定温度与实际的睡眠状态并不匹配。在这种条件下，采用之前所公开的技术方案无法区分人体睡眠的深浅状态，并控制空调器进行跟踪。同时，现有技术中对人体状态参数的采集是依赖于可穿戴设备，佩戴可穿戴设备入睡本身就会造成一定程度的不变，许多用户也不习惯佩戴可穿戴设备入睡。此外，用户在睡眠时很容易出现踢被子的情况，空调器也无法随着突发情况进行调整。

因此，现有技术中所公开的空调器睡眠运行控制方法存在智能化程度低的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明旨在设计并提供一种基于人体睡眠状态的空调器控制方法。

基于人体睡眠状态的空调器控制方法，包括以下步骤：

利用红外传感器检测并判断空调房间中是否有至少一名用户处于平躺状态，若是，则设置在空调器上的雷达传感器开始采样用户在单位时间内的呼吸状态，并根据所述呼吸状态确定用户的睡眠状态；

当用户处于非睡眠状态时，控制空调器运行使得用户的实时人体舒适度c’等于标准人体舒适度c；

当用户处于浅睡状态时，控制空调器运行使得实时人体舒适度c’等于第一修正标准人体舒适度ce1；

当用户处于深睡状态时，控制空调器运行使得实时人体舒适度c’等于第二修正标准人体舒适度ce2；

其中，所述第二修正标准人体舒适度ce2、第一修正标准人体舒适度ce1和标准人体舒适度c依次递减。

进一步的，空调器通过无线通信模块传输所述用户睡眠状态至空调房间的照明控制系统：

当用户处于非睡眠状态时，控制照明系统按照第一亮度运行；

当用户处于浅睡状态时，控制照明系统按照第二亮度运行；

当用户处于深睡状态时，控制照明系统按照第三亮度运行；

其中所述第一亮度高于第二亮度高于第三亮度。

进一步的，空调器通过无线通信模块传输用户睡眠状态至空调房间的香薰控制系统：

当用户处于非睡眠状态时，控制香薰系统按照第一档位运行；

当用户处于浅睡状态时，控制香薰系统按照第二档位运行；

当用于处于深睡状态时，控制香薰系统按照第三档位运行；

其中所述第一档位高于第二档位高于第三档位。

进一步的，所述实时人体舒适度通过以下方法计算：

采集所述用户的实时着衣体表温度ts；

采集空调房间内实时建筑物内表面温度tq;

采集空调房间内的实时环境温度th；

计算实时人体舒适度c’;

c’=hr*(ts-tq)+hc*(ts-th),其中hr和hc为常数，其中hr为放射热传导率，hc为对流热传导率。

进一步的，空调器中存储有不同睡眠状态下，实时人体舒适度c’与标准人体舒适度c或对应的修正标准人体舒适度ce1、ce2的偏差程度以及人体体感状态的关联关系，对应每一种人体体感状态分配一种运行控制策略；空调器根据不同的睡眠状态，计算实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c或修正标准人体舒适度ce1和ce2之间的差值,并根据所述差值确定实时人体舒适度相对于标准人体舒适度c或对应的修正标准人体舒适度ce1和ce2的偏差程度，根据所述关联关系判定实时人体体感状态，并调用对应的运行控制策略，控制空调器根据用户的不同睡眠状态按照对应的所述运行控制策略运行，使得所述用户的实时人体舒适度c’等于标准人体舒适度c或修正标准人体舒适度ce1和ce2。

进一步的，若实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c或对应的修正标准人体舒适度ce1和ce2的偏差程度处于第一区间，则实时人体舒适度偏差高，人体状态为不舒适，对应分配第一运行控制策略；

若实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c的对应的修正标准人体舒适度ce1和ce2的偏差程度处于第二区间，则实时人体舒适度偏差较高，人体状态为较为不适，对应分配第二运行控制策略；

若实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c或对应的修正标准人体舒适度ce1和ce2的偏差程度处于第三区间，则实时人体舒适度偏差较低，人体状态为较为舒适，对应分配第三运行控制策略；

其中第一区间、第二区间和第三区间的阈值依次递减，第一运行控制策略、第二运行控制策略和第三运行控制策略中的压缩机目标运行频率依次递减。

进一步的，若控制空调器按照所述第三运行控制策略运行，则在达到所述第三运行控制策略的目标运行频率后的第一检测周期后再次采样实时人体舒适度c；若控制空调器按照所述第二运行控制策略运行，则在达到所述第二运行控制策略的目标运行频率后的第二检测周期后再次采样实时人体舒适度c，若控制空调器按照所述第一运行控制策略运行，则在达到所述第一运行控制策略的目标运行频率后的第三检测周期后再次采样实时人体舒适度c，其中第一检测周期、第二检测周期和第三检测周期的时长逐渐递减。

优选的，所述建筑物内表面温度为与空调器出风口面对的墙体的表面温度。

优选的，所述建筑物内表面温度为空调房间所有内壁的内表面温度的平均值。

本发明所公开的基于人体睡眠状态的空调器控制方法，可以基于人体的睡眠状态，控制空调器自动按照匹配的舒适度模式进行控制，可以在智能且灵活调节制冷循环工作状态和室内环境温度的前提下，有效地避免空调状态和用户状态不匹配所造成空调房间温度过低，导致用户感冒、受凉的问题。

一种空调器，采用基于人体睡眠状态的空调器控制方法，控制方法包括以下步骤：

利用红外传感器检测并判断空调房间中是否有至少一名用户处于平躺状态，若是，则设置在空调器上的雷达传感器开始采样用户在单位时间内的呼吸状态，并根据所述呼吸状态确定用户的睡眠状态；

当用户处于非睡眠状态时，控制空调器运行使得用户的实时人体舒适度c’等于标准人体舒适度c；

当用户处于浅睡状态时，控制空调器运行使得实时人体舒适度c’等于第一修正标准人体舒适度ce1；

当用户处于深睡状态时，控制空调器运行使得实时人体舒适度c’等于第二修正标准人体舒适度ce2；

其中，所述第二修正标准人体舒适度ce2、第一修正标准人体舒适度ce1和标准人体舒适度c依次递减。

本发明具有智能化程度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的基于人体睡眠状态的空调器的控制方法第一种实施例的流程图；

图2为图1所公开的基于人体睡眠状态的空调器控制方法中实时人体舒适度的计算方法流程图；

图3为本发明所公开的空调器的结构示意框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示为本发明所公开的基于人体睡眠状态的空调器控制方法第一种实施例的流程图。如图1所示，包括以下步骤：

s101，利用红外传感器检测并判断空调房间中是否有至少一名用户处于平躺状态。

具体来说，在本步骤中所特指的红外传感器，是指以具有红外传感器的红外摄像头为例的热成像装置。类似检测人体运动状态的设备及算法已经在人感设备，如体感游戏机中应用，不是本发明的保护重点，本实施例在获取人体处于平躺状态后，空调器开始基于人体睡眠状态运行。

s102，若是，则设置在空调器上的雷达传感器开始采样用户在单位时间内的呼吸状态，并根据呼吸状态确定用户的睡眠状态。

具体来说，雷达传感器优选为2.4g雷达传感器，雷达传感器的检测范围大约为100°，足以覆盖空调房间中人体可以平躺的区域。雷达传感器通过检测室内低频波检测人体胸腔的起伏变化，从而计算得到人体的呼吸状态，雷达传感器用于检测人体的呼吸状态是现有技术中公开的技术，不是本发明的保护重点。与现有技术不同，在本实施例中，空调器根据呼吸状态判定人体的睡眠状态，并根据睡眠状态形成对应的控制方案。

根据睡眠实验，人体进入睡眠状态后，呼吸速度会明显减慢。进入浅度睡眠的第一、二期，呼吸依赖颈动脉体以及延脑的二氧化碳接收器对二氧化碳分压的变化来调节呼吸。入睡后，人对缺氧和二氧化碳升高引起的呼吸换气反应敏感度降低，呼吸即呈不规律，幅度由小变大、由大变小的周期性变化规律，但在整个浅睡眠状态呼吸速度保持不变。当进入深度睡眠后，呼吸速度进一步减慢，并且换气量减少，胸腔起伏变化减缓。通过检测胸腔起伏可以判断分析出人的呼吸状态，在符合上述规律时，得到人体的睡眠状态。具体分为非睡眠状态、浅睡状态和深睡状态。

s103，当用户处于非睡眠状态时，控制空调器运行使得用户的实时人体舒适度c’等于标准人体舒适度c；

当用户处于浅睡状态时，控制空调器运行使得实时人体舒适度c’等于第一修正标准人体舒适度ce1；

当用户处于深睡状态时，控制模式控制空调器运行使得实时人体舒适度低于第二修正标准人体舒适度ce2。

其中，所述第二修正标准人体舒适度ce2、第一修正标准人体舒适度ce1和标准人体舒适度c依次递减。

具体来说，人体处于平躺状态且处于非睡眠状态时，人体体表温度较高，着衣体表温度也较高，调用人体舒适度控制模式控制空调器运行使得用户的实时人体舒适度c’等于标准人体舒适度c，保持人体处于舒适状态。当用户处于浅睡状态时，人体体表温度会相对降低，在此状态下，对标准人体舒适度c进行修正，提高标准人体舒适度c，得到第一修正标准人体舒适度ce1，控制标准人体舒适度为对应为人体感受为舒适，但是偏向温暖的人体舒适度，避免用户由于空调房间环境温度过低而感冒。当用户处于深睡状态时，人体体表温度会进一步降低。在此状态下，进一步提高标准人体舒适度c，得到第二修正标准人体舒适度ce2，第二修正标准人体舒适度ce2高于第一修正标准人体舒适度ce1，但依旧处于人体舒适的状态。

更具体一步的说，在上述过程中，计算人体舒适度优选采用以下步骤。

s201，采集处于平躺状态的用户的实时着衣体表温度ts。

具体来说，实时着衣体表温度ts可以通过设置在空调器上的红外传感器检测。

s202，采集空调房间内的实时建筑物内表面温度tq。

具体来说，建筑物内表面温度tq可以采用与墙面、顶面、地面直接接触的温度传感器检测，也可以采用红外传感器或热成像仪进行检测。建筑物内表面温度tq可以是空调器安装接触的墙面表面温度，也可以是空调器出风口面对的墙面的表面温度，还可以是顶壁的温度或者地面的温度。对于家庭用户来说，上下左右邻里的房间温度、建筑物朝向所引起的日照时间变化等其它因素也会对空调房间的内表面温度造成影响。因此，实时建筑物内表面温度tq优选为空调房间所有内壁内表面温度的平均值。

s203，采集空调房间内的实时环境温度th，实时环境温度th优选为空调回风口的进风温度。

其中，人体实时着衣体表温度ts，实时建筑物内表面温度tq，空调房间内的实时环境温度th的采样频率一致。

s204，利用实时着衣体表温度ts，实时环境温度th和实时建筑物内表面温度tq，计算实时人体舒适度c’，c’=hr*(ts-tq)+hc*(ts-th),其中hr和hc为常数，hr为放射热传导率，hc为对流热传导率。通常来说，hr的取值在4w/m²℃至5w/m²℃之间，优选为4.65w/m²℃，hc的取值在3w/m²℃至4w/m²℃之间，优选为3.7w/m²℃。放射热传导率和对流热传导率通常取定值，且存储在空调器的控制器中供随时调取。正常情况下人体实时着衣体表温度ts，实时建筑物内表面温度tq，空调房间内的实时环境温度th相差不超过1℃。

在得到实时人体舒适度c’之后，根据不同的睡眠状态计算实时人体舒适度c与对应睡眠状态下的标准人体舒适度c，第一修正标准人体舒适度ce1,第一修正标准人体舒适度ce2之间的偏差，并根据偏差程度确定人体体感状态，根据体感状态调用对应的控制策略。控制空调器动作，使得用户的人体舒适度c’等于空调房间内人体感到舒适的标准人体舒适度c，或者第一修正标准人体舒适度ce1,第一修正标准人体舒适度ce2。标准人体舒适度c的数值区间一般为（-0.5，0.5），在这个范围内，人体感受舒适，无需控制空调器动作。控制策略的基本原则是通过控制压缩机运行频率和进入室内换热器的制冷剂流量，调节室内环境温度，进一步影响着衣体表温度和建筑物内表面温度，调节人体舒适度，适时地满足消除实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c或者修正标准人体舒适度之间偏差的要求，压缩机运行频率可以通过pid控制算法或模糊控制算法得到，室内换热器的制冷剂流量可以通过控制设置在制冷剂管路上的电子膨胀阀开度调节。。

具体来说，空调器中存储有人体舒适度偏差程度和人体状态的关联关系。非睡眠状态下，以标准人体舒适度为0举例，如果实时人体舒适度c’为3，则偏差在（2.5，3）的范围内时，即第一区间，实时人体舒适度偏差高，人体状态为不舒适。如果实时人体舒适度c’为2，则偏差在（1.5，2.5）的范围内时，即第二区间，实时人体舒适度偏差较高，人体状态为较为不适。如果实时人体舒适度c’为1，则偏差在（0.5，1.5），即第三区间的范围内时，实时人体舒适度偏差较低，人体状态为较为舒适。对应人体状态不舒适、较为不适和较为舒适的偏差数值区间，即一一对应的第一区间、第二区间和第三区间，第一区间、第二区间和第三区间的阈值依次递减且互不重叠，避免后续控制出现混乱。为了有效地消除实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c之间的偏差，空调器中对应每一种人体状态分配一种运行控制策略。如果人体状态为不舒适时，对应分配第一运行控制策略。如果人体状态为较为不适，对应分配第二运行控制策略。如果人体状态较为舒适，对应分配第三运行控制策略。第一运行控制策略、第二运行控制策略和第三运行控制策略中的压缩机目标运行频率依次递减。通过调节变频压缩机的运行频率，调节制冷循环中的制冷量，进一步调节空调房间的实时环境温度，环境温度进一步改变室内建筑物内表面温度，进一步调节人体舒适度。

用户处于非睡眠状态时，空调器按照设定的采样频率采样空调房间内控制对象或者修正控制对象的实时着衣体表温度ts,实时建筑物内表面温度tq以及实时环境温度th并计算实时人体舒适度c’,进一步计算实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c的差值，判定差值所属的数值区间，并根据偏差数值区间和人体状态之间的关联关系得到用户的实时人体状态，并根据人体状态调用对应的运行控制策略，控制空调器按照运行控制策略运行，使得实时人体舒适度c’和标准人体舒适度c之间的偏差逐渐减小，直至实时人体舒适度c’等于标准人体舒适度c。

需要进一步说明的是，在计算偏差时，优选保留数据的符号，即偏差δc=c’-c,并在空调器的控制器中预留独立的存储单元存储符号位。通过符号代表用户的冷热，以标准人体舒适度为0举例，当偏差在（-3，-2.5）的范围内时，人体状态为很冷。当偏差在（-2.5，-1.5）的范围内时，人体状态为冷。当偏差在（-1.5，-0.5）的范围内时，人体状态为微冷，上述三个数值区间对应第一运行控制策略、第二运行控制策略和第三运行控制策略。对应的，当偏差在（2.5，3）的范围内时，人体状态为很热。当偏差在（1.5，2.5）的范围内时，人体状态为热。当偏差在（0.5，1.5）的范围内时，人体状态为温暖，上述三个数值区间对应第一运行控制策略、第二运行控制策略和第三运行控制策略。

当用户处于浅睡状态时，调用第一修正人体舒适度控制模式控制空调器运行时，程序自动将标准人体舒适度c修正为第一修成标准人体舒适度ce1,ce1大于c，若c为0，则ce1为0.3，如果实时人体舒适度为2.7，在非睡眠状态下，根据标准人体舒适度c，偏差在第一区间内，即调用第一运行控制策略。由于将标准人体舒适度修正为ce1,,偏差在第二区间内，即调用第二运行控制策略。类似的，当用户处于深睡状态时，调用第二修正人体舒适度控制模式控制空调器运行时，程序自动将标准人体舒适度c修正为第三修正标准人体舒适度ce2,ce2大于ce1,并根据实时人体舒适度c’和第三修正人体舒适度计算偏差，调用对应的运行控制策略。第一修成标准人体舒适度ce1和第一修成标准人体舒适度ce2都限定为仅能在舒适的范围内以偏向温暖的趋势进行修改，避免空气参数大范围波动，降低用户舒适度。

在某一种睡眠状态下首次调用运行控制策略时，如果控制空调器根据控制对象实时舒适度c’按照第三运行控制策略运行，则在该运行控制策略下，压缩机的目标频率较低，偏差较小，耗能较小即可以消除偏差控制空调器稳定运行,整个空调房间的负荷较为稳定。在稳定的条件下，在达到第三运行控制策略的目标运行频率后的第一检测周期后再次采样控制对象实时舒适度c’。若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调器根据控制对象实时舒适度c’按照第二运行控制策略运行，则在该运行控制策略下，压缩机的目标频率较高，偏差较大，中等耗能即可以消除偏差控制空调器稳定运行，整个空调房间的负荷存在波动但波动不大。在这种条件下，在达到第二运行控制策略的目标运行频率后的第二检测周期后再次采样人体舒适度c’。若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调器根据控制对象实时舒适度c’按照第一运行控制策略运行，则在该运行控制策略下，压缩机的目标频率高，偏差大，需要较大的耗能才可以消除偏差控制空调器稳定运行，整个空调房间负荷的波动大。在波动较大的条件下，在达到第一运行控制策略的目标运行频率后的第三检测周期后再次采样控制对象实时舒适度c’。第一检测周期，第二检测周期和第三检测周期的时长逐渐递减，从而实现当空调房间的条件稳定时，降低检测和控制的频率，保持较低水平控制，当空调房间的负荷存在波动但波动不大时，保证一定程度检测动作频率和控制动作频率，保持中度水平控制，当空调房间的负荷波动大时，保持高频率的检测动作和控制动作，保持高水平控制。当需要说明的是，上述的压缩机目标频率的“较低”，“较高”和“高”并不是指目标频率的绝对值较低，较高或者高，而是比较三种运行模式中首次升频目标频率的结果。压缩机停机之后，再次启动时也同样执行上述控制过程。

本发明上述实施例所公开的基于人体睡眠状态的空调器控制方法，可以基于人体的睡眠状态，控制空调器自动按照匹配的舒适度模式进行控制，可以在智能且灵活调节制冷循环工作状态和室内环境温度的前提下，有效地避免空调状态和用户状态不匹配所造成空调房间温度过低，导致用户感冒、受凉的问题。

为了达到辅助睡眠的作用，优选的，空调器通过无线通信模块传输所述用户睡眠状态至空调房间的照明控制系统：

当用户处于非睡眠状态时，照明控制系统控制照明系统按照第一亮度运行；

当用户处于浅睡状态时，照明控制系统控制照明系统按照第二亮度运行；

当用户处于深睡状态时，照明控制系统控制照明系统按照第三亮度运行；

其中所述第一亮度高于第二亮度高于第三亮度。

同时，空调器通过无线通信模块传输用户睡眠状态至空调房间的香薰控制系统：

当用户处于非睡眠状态时，香薰控制系统控制香薰系统按照第一档位运行；

当用户处于浅睡状态时，香薰控制系统控制香薰系统按照第二档位运行；

当用户处于深睡状态时，香薰控制系统控制香薰系统按照第三档位运行；

其中所述第一档位高于第二档位高于第三档位。

上述档位高低对应香熏气体的浓度。

无线通信模块优选为蓝牙模块或者可以实现类似功能的无线通信模块。

本发明同时公开了一种空调器，采用上述实施方式所公开的基于人体睡眠状态的空调器的控制方法。控制方法的具体步骤参见上述实施例的详细描述，在此不再赘述，采用上述基于人体睡眠状态的空调器控制方法的空调器具有同样的技术效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。