[發明專利]一種追蹤節能加熱系統及方法

有效

• 申請號: 201810825536.5
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN108758790B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 單曉杭
• 申請（專利權）人: 杭州研泰機電設備有限公司
• 主分類號: F24D19/10
• 分類號: F24D19/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種追蹤節能加熱系統，其特征在于：包括定位裝置、溫度測量裝置、協調控制系統和加熱裝置，所述定位裝置用于對人體進行定位，并將定位信息發送給協調控制系統；所述溫度測量裝置測量人體周圍環境溫度，將溫度信息傳給協調控制系統；所述協調控制系統接收到人的位置信息與溫度信息，協調控制系統根據人的位置信息控制需要工作的一個或者幾個加熱裝置運動到指定位置；溫度測量裝置實時測量人周圍環境溫度，將溫度信息發送給協調控制系統，協調控制系統根據當前溫度調整加熱裝置的工作功率；

所述定位裝置采用超寬帶技術即UWB技術進行定位，定位裝置通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據；定位裝置包括標簽、錨點和定位服務器，標簽是移動且坐標未知的待定位對象，錨點是自身位置或者絕對坐標已知的節點，包括若干個從錨點和主錨點，從錨點直接和標簽通信完成測距過程，主錨點負責收集從錨點的測距結果，對無效結果進行濾除，并初步數據整理后發送給定位服務器進行定位計算，并發送時間校準包給從錨點以進行同步；定位服務器通過主錨點發送的測距信息計算定位結果；

所述溫度測量裝置采用接觸式測量法對目標環境溫度進行測量，將熱電阻溫度傳感器或熱電偶傳感器裝在工作服上，目標需要穿上工作服才可以測量其周邊的環境溫度，在工作服的前部、后部和兩個衣袖上各裝有一個熱電阻溫度傳感器或熱電偶傳感器，當需要檢測目標周邊的環境溫度時，工作服上的4個傳感器同時工作檢測環境溫度，將得到的結果取平均即為環境溫度；

所述加熱裝置為紅外燈或熱風口，加熱裝置位置保持不變，根據需要，將n個加熱裝置布置在一定高度處，需要工作的加熱裝置執行加熱策略。

2.根據權利要求1所述的追蹤節能加熱系統，其特征在于：將整個區域分隔若干個子區域，多個加熱裝置負責加熱一個子區域，當子區域內人數多于加熱裝置時，系統控制系統按照人均所獲熱量相等，總能量最大的原則計算加熱裝置的位置；當子區域內人數少于或等于加熱裝置時，每人配置一個或多個加熱裝置，加熱裝置隨著人員的位置移動而移動。

3.一種追蹤節能加熱方法，其特征在于：包括如下步驟：定位裝置實時對目標進行定位，將位置信息發送給協調控制系統；協調控制系統根據目標的位置信息控制需要工作的一個或者幾個加熱裝置運動到指定位置；溫度測量裝置實時測量目標周圍環境溫度，將溫度信息發送給協調控制系統；協調控制系統根據當前溫度調整加熱裝置的工作功率；

所述定位裝置采用超寬帶技術即UWB技術進行定位，定位裝置通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據；定位裝置包括標簽、錨點和定位服務器，標簽是移動且坐標未知的待定位的目標，錨點是自身位置或者絕對坐標已知的節點，包括若干個從錨點和主錨點，從錨點直接和標簽通信完成測距過程，主錨點負責收集從錨點的測距結果，對無效結果進行濾除，并初步數據整理后發送給定位服務器進行定位計算，并發送時間校準包給從錨點以進行同步；定位服務器通過主錨點發送的測距信息計算定位結果；

所述溫度測量裝置采用接觸式測量法對目標環境溫度進行測量，將熱電阻溫度傳感器或熱電偶傳感器裝在工作服上，目標需要穿上工作服才可以測量其周邊的環境溫度，在工作服的前部、后部和兩個衣袖上各裝有一個熱電阻溫度傳感器或熱電偶傳感器，當需要檢測目標周邊的環境溫度時，工作服上的4個傳感器同時工作檢測環境溫度，將得到的結果取平均即為環境溫度；

所述加熱裝置為紅外燈或熱風口，加熱裝置位置保持不變，根據需要，將n個加熱裝置布置在一定高度處，需要工作的加熱裝置執行加熱策略；

當加熱裝置為紅外燈時，某點接收到的紅外燈輻射照度值q與該點到紅外燈軸線距離r和加熱電流I有關，某點處接收到的紅外燈輻射照度值：

q＝f(r,I)；

當加熱裝置為熱風口時，某點接收到的單位面積加熱功率P與該點到熱風口的距離l，出風速度v和出風溫度t有關，某點處接收的單位面積加熱功率：

p＝f(l,v,t)；

協調控制系統的作用是接收位置信息和溫度信息，制定控制策略控制相應的加熱裝置給目標供熱；當一個或多個目標處于加熱區域中時，需要使各個目標處的輻射照度值或單位面積加熱功率達到一定值；當有區域中有m個目標時，為了達到供熱要求，協調控制系統制定控制策略，并將控制策略傳給需要工作的加熱裝置；控制策略包括控制哪幾個加熱裝置工作和加熱裝置以多大的功率進行加熱；

具體的控制策略如下：

在存在多個加熱裝置時，具體加熱裝置的供熱數量及每個加熱裝置的供熱熱量的決策方法如下：假設有n個加熱裝置，編號為：1,…,n；每個加熱裝置的功率為O_i，其中O_i＞0：共有m個需要供熱的位置，編號為：1,…,m，第j個受熱源單位時間內需要提供的熱量為Q_j以維持或達到其需要的溫度t_j，其中j＝1,…,m且Q_j＞0，加熱裝置i對受熱源j單位時間內可提供的熱量為P_ij；

Step1：對每個加熱裝置i計算根據的值從小到大重新排列對應決策變量x_i其中，的值最小的x_i變為x₁，值最大的x_i變為x_n，決策方案用一個二進制數X＝(x₁ x₂ … x_n)₂表示，如X＝(0 0 … 0 1)₂表示重新排列后的第n個加熱裝置打開，其余的關閉；

Step2：設Y＝∞，當前采取的方案為X＝(x₁ x₂ … x_n)₂＝(0 0 … 1)₂；根據Q_j的值從大到小對其約束條件進行排序，即Q_j值最大的設為第一個約束，次大的設為第二個約束，…，最小的設為最后一個約束；

Step3：計算當前方案的目標函數值如目標函數值小于Y，則設置第一個約束為當前約束，否則轉到Step6；

Step4：根據當前方案X＝(x₁ x₂ … x_n)₂判斷當前約束條件是否滿足，如果滿足則轉到Step5，否則轉到Step6；

Step5：判斷是否還有約束沒有檢查，如有則取下一個約束作為當前約束，轉到Step4；否則更新最優決策方案為當前方案X，令Y為當前決策方案X的目標函數值，轉到Step6；

Step6：判斷X+1≤(1 1 … 1)₂是否滿足，如滿足則取下一個方案，即令X＝X+1作為當前方案，轉到Step3；否則轉到Step7；

Step7：算法結束，輸出最優決策方案及對應的最優值Y，若Y＝∞，則表明問題無可行解；

其中，x_i是決策變量，0或1中0表示第i個加熱裝置關閉，開1表示第i個加熱裝置打開；j＝1,…,m和x_i＝0 or 1作為約束條件，其中為目標函數，即最小化總能耗、j＝1,…,m表示各個加熱源對受熱源提供的熱源要大于等于其需要量；和x_i＝0or 1表示決策變量的取值范圍。

4.根據權利要求3所述的追蹤節能加熱方法，其特征在于：定位裝置使用到達時間差定位算法即TDOA定位算法作為整個定位裝置的核心算法，TDOA定位算法是通過一種數學模型建立起來求解的，它主要利用的是數學中雙曲線的特性，當存在兩個定點的時候，另外一個動點會在以這兩個定點為焦點的雙曲線上，當同時存在這樣的兩組或者多組這樣的數據結構的時候，這些雙曲線的交點就是要求的目標物體的位置。