建筑物自动化系统和方法技术方案

本公开涉及一种建筑物自动化系统和方法，其中，安装在天花板上的感测单元包括：(i)一个或多个空气温度度传感器；(ii)红外传感器，其具有朝向房间地板定向的视场；(iii)微控制器，接收来自空气温度传感器和红外传感器的读数，微控制器基于房间的模型提供在房间地板上方的预定距离处的估计的温度。该模型可以基于通过匹配卡尔曼滤波器模型而获得的双指数平滑函数。或者，该模型本身可以是卡尔曼滤波器模型或使用诸如L2归一化的线性回归技术获得的机器学习训练的线性模型。卡尔曼滤波器模型使用状态向量，该状态向量包括估计的温度和估计的温度变化的变化率。可以使用k折交叉验证技术来验证机器训练的模型。术来验证机器训练的模型。术来验证机器训练的模型。

【技术实现步骤摘要】
建筑物自动化系统和方法
[0001]本申请是申请日为2019年3月15日、申请号为201910199272.1、专利技术名称为“建筑物自动化系统和方法”的专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本专利技术涉及并要求2018年3月16日提交的名称为“建筑物自动化系统(Building Automation System)”的序列号为62/644,000的美国临时专利申请(“临时申请”)的优先权。该临时申请的全部公开内容通过引用的方式并入本文。


[0004]本专利技术涉及建筑物自动化。特别地，本专利技术涉及建筑物自动化系统中感测占用率和感测居用者高度处温度的方法。

技术介绍

[0005]人们基于当时的不适或特定需要来控制他们的空间或设施的环境。然而，以这种方式，在居用者已经不舒服或已经受到不利影响(例如，对办公室或工厂车间的生产率的不利影响)之后才进行校正。通常，居用者采取的行动很少被记录或确认以供将来参考，因此相同的不舒适条件会持续存在。此外，现有的建筑物自动化系统不能完全认识到实际的空间利用率(例如，占用率水平)，因此无法有效地部署其控制下的资源。因此，现有的环境调整方案导致居用者不适和被打扰，同时能源和资源效率低下甚至被浪费。优选地是能够通过实时预测居用者需求和空间利用来减少不利影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术实时地进行环境调整以响应设施内预期的居用者需求，从而在居用者不适之前实现增加的舒适性和生产率。本专利技术的方法基于从大量收集的数据合成的模型以及通过使用对环境变化的来源作出反应的传感器来更好地跟踪环境变化。该系统还检测占用率并有效地维持对空间的环境控制以节能。
[0007]根据本专利技术的另一方面，基于空气温度传感器和至少一个红外(IR)温度传感器的读数，方法和安装在天花板上的感测单元估计房间中居用者高度处的温度。在一个实施例中，安装在天花板上的感测单元靠近房间的中心安装。通过为IR温度传感器提供向下指向地板的受控视场(FOV)(例如，60
°‑
80
°
)，跟踪空气温度和通过IR传感器基于辐射能量检测到的温度的模型估计居用者高度处的室温。可以使用圆顶形金属板或透镜来调节FOV，这限定了FOV并限制了背景噪声。金属板是导热体。金属板保持接近传感器主体温度的温度，从而允许FOV变窄而不会显著地影响测量。
[0008]在一个实施例中，使用机器学习技术(例如，诸如基于广义线性模型的线性回归)、统计技术(例如，卡尔曼(Kalman)滤波)或两者来导出模型。在一个实施例中，使用居用者高度处的温度传感器在多个房间中进行“地面实况(ground truth)”测量。然后在几个月内为多个房间中的每一个记录本专利技术安装在天花板上的感测单元的读数。在预处理步骤之后，
将读数分成几个子集，分别用于训练、交叉验证和测试。使用k折交叉验证技术训练若干机器学习模型(例如，广义线性模型、决策树、神经网络)。还将性能与几种非学习方法(例如，平均、卡尔曼滤波器和霍尔特
‑
温特(Holt
‑
Winters)方法)的性能进行比较。对应于最小计算负载的具有最佳精度的模型的推断被部署在感测单元中资源受限的微控制器上。
[0009]在本专利技术的传感器单元中，IR传感器允许在环境变化(例如，温度升高)对于居用者而言变得明显之前在微控制器上运行的软件或固件中检测到热负荷的变化(例如，当一个或多个居用者在短时间内到达先前空置的房间中时)。与仅使用传统的温度传感器相比，可以更快地检测到热负荷变化，随着时间的推移，通常长达另外半个小时(这取决于房间参数)，会导致空气的温度发生变化。IR传感器更快地检测到热负荷变化允许在居用者感觉到的任何不适之前进行提早响应(例如，激活HVAC系统以调节房间参数)。根据本专利技术的一个实施例，可以应用1点校准来校准感测高度、气流、地板材料和其他房间参数。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，安装在天花板上的感测单元包括可调节的安装件，用于在安装期间容易地调节角位置，而与支撑电气或接线盒的安装角度无关。角度可调安装件不仅允许优化传感器的读数，还可以让安装人员微调产品相对于建筑物或房间内部的整体外观。
[0011]考虑下面结合附图的详细描述时，可以更好地理解本专利技术。
附图说明
[0012]图1a示出了适用于本专利技术的感测单元中实现传感器电子器件的电路100的框图。
[0013]图1b示出了根据本专利技术一个实施例的图1a的传感器电路104的一种实现方式。
[0014]图2a示出了感测单元202以期望方向插入角度可调安装件201中；然后可以旋转可调安装件201以将感测单元202锁定就位。
[0015]图2b示出了角度可调安装件201所覆盖的角度，可调安装件201可以与房间的墙壁方向垂直、平行、或成45度安装。
[0016]图2c示出了适应不同接线盒的螺栓图案。
[0017]图2d示出了角度可调安装件201中的锁定特征205，通过该锁定特征205可以使用固定螺钉204锁定感测单元202。
[0018]图3a和图3b示出了本专利技术的地址分配方案。
具体实施方式
[0019]根据本专利技术的一个实施例，提供了包括各种传感器的装置(“感测单元”)，以感测房间中诸如温度、湿度和占用率等各种环境参数。图1a示出了适用于本专利技术的感测单元中实现传感器电子器件的电路100的框图。如图1a所示，电路100包括微控制器101，为感测单元提供整体控制。例如，微控制器101可以由合适的微处理器(例如STM32F327IG)实现。在图1a中，控制器101包括各种通信接口102(例如，蓝牙、USB和CAN、NIR)和存储器接口103(例如，非易失性、SRAM)。通信接口102允许集成到更大的系统(例如，建筑物自动化系统)和其他设备中。CAN接口对于本领域普通技术人员来说是已知的，其通常用于该目的。
[0020]在本说明书中，电路100提供温度和占用率检测的示例。在图1a中，控制器101与感测房间中居用者高度处的温度的温度传感器电路104通信。微控制器101还与热电运动检测
器或无源红外(PIR)运动传感器105和一个或多个麦克风106通信，麦克风106允许检测房间占用率，如下所述。在该实施例中，微控制器101通过工业标准接口(例如，I2C串行总线)与传感器电路104通信。例如，PIR运动传感器105可以由IRS
‑
B210ST01设备与合适的带通滤波器一起实现。例如，麦克风106可以由数字麦克风电路(例如，MP34DB02)实现，其通带在20Hz
‑
20KHz之间。
[0021]因为电路100中的电路元件可以产生干扰温度传感器电路104中的测量的热和噪声，所以在一些实施例中，传感器电路104使用例如“热坝”(在图1a中通过热坝107示出)与电路100的其余部分热绝缘。例如，热坝107防止印刷电路板的传感器电路部分与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种安装在空间的天花板上的感测单元，包括：一个或多个空气温度传感器；红外传感器，具有朝向空间的地板定向的视场；以及微控制器，接收来自所述空气温度传感器的读数和所述红外传感器的读数，确定所述红外传感器的所述视场内的热负荷变化，使用基于所述热负荷变化的空间的模型在所述空间的温度因热负荷而变化之前估计在地板上方的预定距离处的所述空间的因所述热负荷变化导致的温度变化，以及基于所估计的在所述地板上方的预定距离处的所述空间的温度变化启动环境控制功能。2.根据权利要求1所述的感测单元，其中，所述模型基于双指数平滑函数。3.根据权利要求2所述的感测单元，其中，所述双指数平滑函数通过匹配卡尔曼滤波器模型而获得。4.根据权利要求1所述的感测单元，其中，所述模型包括卡尔曼滤波器模型。5.根据权利要求4所述的感测单元，其中，所述卡尔曼滤波器模型包括状态向量，所述状态向量包括估计的温度和估计的温度变化的变化率。6.根据权利要求1所述的感测单元，其中，所述模型包括使用机器学习技术获得的线性模型。7.根据权利要求6所述的感测单元，其中，所述机器学习技术包括L2归一化技术。8.根据权利要求6所述的感测单元，其中，所述线性模型使用k折交叉验证技术来验证。9.根据权利要求1所述的感测单元，其中，所述模型使用神经网络获得。10.根据权利要求1所述的感测单元，还包括限制视场的反射透镜。11.根据权利要求1所述的感测单元，其中，所述感测单元还包括热电运动检测器。12.根据权利要求11所述的感测单元，其中，所述微控制器仅在所述热电运动检测器检测到运动之后基于所估计的温度变化启动环境控制功能，于是所述微控制器将空间占用指示器设置为占用状态。13.根据权利要求12所述的感测单元，还包括麦克风，其中，所述空间占用指示器保持在占用状态，直到所述热电运动检测器停止检测运动和所述麦克风感测到空间中的噪声水平小于预定值中的后发生事件的预定时段之后为止。14.根据权利要求11所述的感测单元，还包括麦克风，其中，所述热电运动检测器和所述麦克风一起检测空间占用。15.根据权利要求1所述的感测单元，还包括用于检测背景噪声的水平的麦克风。16.根据权利要求1所述的感测单元，还包括开关，所述开关选择性地将所述感测单元的功率输入端子连接到功率输出端子。17.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：台达控制公司，
类型：发明
国别省市：