一種智能聲樂空調及其控制方法介紹

鄧海金 林思軒

TCL空調器（中山）有限公司 廣東中山 528400

傳統空調作為調節室內環境溫度的常用設備，其單一的溫度調節功能已經不能滿足人們的需要。隨著人們對健康、舒適性及時尚的追求，追求更好、更全面的用戶體驗已經成為一種趨勢。本文所述空調器，其主要特點在于擁有可播放聲音的音響，音響設置在空調器本體中，空調器本體由交流電源供電；擁有音頻解碼單元的遙控器，遙控器上還設置有音頻接收模塊、音頻感應單元、溫度感應模塊、溫度感應單元。本文所述遙控器上設置有存儲接口，存儲接口用于安插SD卡或者其他大容量存儲原件的存儲模塊。遙控器上設置有機械開關，機械開關可手動調節，機械開關可控制遙控器中電路的通斷，當機械開關處于開啟狀態時，遙控器電源接通，內部原件工作；當機械開關關閉時，遙控器電源斷開，內部原件斷電，遙控器不工作。提供遙控器電能的原件為可充電、放電的可充電直流電源，通過充電接口對其充電，從而達到聲樂的頻譜根據隨著人的感受，其體溫變化跟隨變化的作用。本方案原理圖如圖1所示。

1 本文新型方案實施辦法

遙控器主控電路板上設有解碼單元，解碼單元的作用有兩個：在遙控器需要輸出音頻信號時，主控單元首先選取存儲模塊1中的“.MP3”文件，并通過程序驅動解碼單元對“.MP3”文件進行解碼，在解碼過程中，解碼單元產生一連串的播放信號值，其后，解碼單元將播放信號值傳送到主控單元1中，并且按照時間順序，將解碼單元傳送過來的播放信號值依次傳送到信號發射模塊，信號發射模塊將播放信號值轉化為電磁波信號，發射到室內環境中。設置在空調室內機主控電路板上的信號接收模塊，接收信號發射模塊發出的電磁波信號，并進行轉化編譯，將編譯后的信號傳送給室內機主控電路板上的主控單元2，主控單元2再將信號傳送到音響上，音響發出相應的聲音。

空調器在播放音樂時，可以通過顯示屏了解到正在播放的音頻的信息（比如歌曲的名字），用戶可以通過能夠使用按鍵操作或者觸屏操作的輸入模塊，選取該音頻，作為空調器的內置曲目。用戶在確定選擇時，主控單元1便通過程序驅動解碼單元對該曲目進行解碼，解碼成播放信號值，并直接存放在存儲模塊2中，當需要播放這些歌曲時，主控單元1便通過程序驅動存儲模塊2，直接將播放信號值傳送至主控單元1中，主控單元1再按照圖1所示過程，進行播放信號值的傳送。

用戶也可以通過輸入模塊選取某個音頻，將其設置為空調器開機或者關機的曲目。用戶在確定選擇時，主控單元1便通過程序驅動解碼單元對該曲目進行解碼，解碼成播放信號值，通過圖1所示過程，將播放信號值傳送至主控單元2，主控單元2將播放信號值傳送到存儲模塊3，作為空調器開機，關機動作時的播放曲目。開機播放曲目的方式為，開機啟動空調室內機時，主控單元2調取存儲模塊2內，作為開機曲目的播放信號值，并將其輸出到音響，使音響播放對應的曲目；關機曲目的播放方式相似。

2 本文新型方案使用說明

用戶在使用本文所述空調器時，可通過遙控器，選擇曲目進行播放。遙控器上的音頻接收模塊接收到從空調器上傳來的音頻震動，音頻感應單元對震動信號進行頻譜分析，并判斷頻譜分類，音頻感應單元將分類值傳送至主控單元。同時，溫感模塊也會實時監測遙控器周圍環境的溫度情況，即周圍一定范圍環境內的熱量分析（比如可以檢測到人的體表溫度），溫度感應單元對溫感模塊接收到的溫度信號進行判斷，并進行溫度值的分類，并將分類結果傳送至主控單元1。

3 本文新型方案作用

本文所述空調器，其進行頻譜分析與熱量分析的作用是，為用戶提供一種舒適的室內環境，而不僅僅達到僅對室內外熱量進行交換的作用。本文所述遙控器主控單元內，將頻譜分析的結果分為輕音、中音和重音；類似地，將熱量分析結果分為低溫、溫和、高溫。

人在聽不同頻譜的音樂時，隨著人的感受，其體溫變化是不同的。例如，人在聽搖滾樂時，往往隨著搖滾樂所帶來的聽覺沖擊，而使人容易精神更加振奮，在身體內分泌環境的各種激素作用下，人的體溫也隨之升高或者說單位時間內，人體內單位時間內產生的熱量較多；而人在聽輕音樂時，則容易使人平靜，從而體溫降低或者說是人體內單位時間產生的熱量較少。人體的體溫變化，會造成原先設定的溫度值不能滿足體溫變化后的需要，從而需要實時調節空調。例如人從運動狀態回到室內，往往會把空調溫度調低，得到快速制冷帶來的涼爽效果，但隨著人體溫的逐漸降低，過低的室內溫度就不能滿足人的需要了，用戶又需要調節空調制冷效果甚至暫時關閉空調器。而現有空調所提供的調節方式，只是感性上的設定一個溫度值，使得空調器在運行過程中貼近這個值，并且，由于現有空調器大多數的感溫探頭都安裝在室內機的蒸發器上，只能測量蒸發器附近的溫度值，但室內結構的不同，裝修環境不同，或者家具陳設的方式不同，這種種的不同，都會造成室內環境的溫度均衡性差，空調器溫度顯示不準確的問題。

為了對人體進行更加精確的溫控服務，也為了配合音樂對人的體溫變化所造成的影響，現提供一種控制方式，對使用中的空調進行實時精確調節。

首先，應在說明書或者宣傳空調器產品時，鼓勵用戶將遙控器放置在身邊，這樣，頻譜分析及熱量分析的結果才能更加準確地反應人體表面或者人體周圍的溫度環境，以及用戶所在位置，其能接受到的音頻的頻譜。

本提案所述空調器顯示環境溫度，并提供一種智能控制局部環境溫度的方式。根據研究，人體最適宜的環境溫度為25℃，此時人體沒有冷熱感，身體內的毛細血管舒張平衡，感覺非常舒適。在這里，我們假設空調器的最大制冷量為W，并且在空調器運行過程中，其制冷量可發生改變：

（1）當用戶不啟用本提案所述空調器的音頻播放功能時，當空調器開啟，便開始制冷，溫感模塊開始檢測周圍的溫度情況，人體作為一個熱量源，被監測并被溫度感應單元進行熱量分析，在這里，我們將24℃以下的溫度范圍設定為低溫，將26℃以上的溫度設定為高溫。溫感模塊將周圍環境溫度的值S傳送給溫度感應單元，溫度感應單元對所接收到的環境溫度進行判斷，若S＜24℃，溫度感應單元便輸送信號值T1至主控單元1；若S=25℃，溫度感應單元便輸送信號值T2至主控單元1；若S＞25℃，溫度感應單元便輸送信號值T3至主控單元1；當主控單元1接收到信號值T1時，表明處于低溫狀態，空調器降低自身制冷量，直至主控單元1接收到信號值T2為止；當主控單元接收到信號值T2時，空調器不改變自身制冷量；當主控單元接收到信號值T3時，表明處于高溫狀態，空調器增加自身制冷量（直至最大），直到接收到信號值T2為止。這樣，使得空調一直在一個平衡狀態下，始終保持遙控器周圍環境溫度接近25℃。

圖1 本方案原理圖

（2）當用戶啟用本提案所述空調器的音頻播放功能時，其音頻接收模塊工作，音頻感應單元接收音頻接收模塊所反饋的信號值。本提案將能振奮人情緒的音樂頻譜分類為重音，其值記為M1；將平淡溫和的音樂頻譜分類為中音，其值記為M2；將悠揚緩慢的音樂頻譜分類為低音，其值記為M3。音頻接收模塊將接收到的音樂頻譜發送到音頻感應單元，音頻感應單元對接收到的音樂頻譜進行頻譜分析，并將分析結果分類，將其分類結果（如M1、M2、M3），傳送至主控單元1。

（3）空調在實際運行中，由于考慮到音頻頻譜的不同，對人的情緒變化的影響，主控單元1接收到不同的頻譜分類結果時，將輸出不同的控制信號，并通過信號發射模塊與信號接收模塊傳遞給主控單元2，主控單元2便控制帶動導風板轉動的步進電機，與帶動風扇轉動的電機做出不同的反饋動作，其機制具體為：①當主控單元1接收到信號值M1時，人所聽到的是振奮情緒的音樂，此時步進電機不轉動，但通過輸入模塊，用戶可以實時調節步進電機，實現讓導風板停留在某一角度，并且主控單元2主動控制電機達到高速轉動；這種機制的作用在于，用戶可以通過調節導風板，將風引向自己身上，并且，不調控步進電機時，導風板不轉動，風一直吹向用戶，提高身體與室內冷空氣的換熱速率，從而實現對人體的快速制冷；②當主控單元1接收到信號值M2時，人所聽到的是溫和的音樂，此時步進電機不轉動，但通過輸入模塊，用戶可以實時調節步進電機，實現讓導風板停留在某一角度，并且主控單元2主動控制電機達到中速轉動；這種機制的作用在于，用戶可以通過調節導風板，將風引向自己身上，并且，不調控步進電機時，導風板不轉動，風一直吹向用戶，但由于音樂是溫和的，人體單位時間內產生的熱量不是很多，所以只要保持一般的制冷狀態即可，即電機轉速為中速。③當主控單元1接收到信號值M3時，人聽到的是柔和緩慢的音樂，此時步進電機來回轉動，控制導風板做往復轉動，這樣，空調器出風方向實時變化，可以達到攪動室內空氣的目的，一方面實現內室環境溫度的均勻變化，另一方面，此時人體單位時間內產生的熱量不高，空調器吹出的冷風直吹人體容易使人著涼，此外，主控單元2控制電機做低速運轉，減緩室內環境的換熱速率，保持室內環境溫度的緩慢變化，增強溫度穩定性，提升用戶體驗。

4 本文新型方案使用效果

下面以夏天有一面為日曬墻面的室內環境的溫度調節為例。現在的商品住房，由于地理位置或者整個建筑設計的限制，總有一些住房的臥室開窗面是向東或者向西的，這樣在日曬強烈的中午或者下午，向陽面被炙烤。如若開啟空調器對室內環境進行降溫，人靠近向陽面與遠離向陽面時，是有一定溫差的，特別是向陽面為玻璃幕墻面。如果不使用本提案所述遙控器，而換用傳統遙控器，人靠近向陽面時，向陽面吸收熱量多，墻內外溫差小，此時需要將空調器調節到較低溫度；而人處在遠離向陽面的地方時，與室外溫差大，此時并不需將空調器調節到較低溫度。而人可能在室內環境的不同位置活動，考慮到人需要調節空調時，一般使用遙控器，特別是掛壁式空調。若使用本提案所述空調器及遙控器，人處在靠近向陽面時，熱輻射量大，空調器也能自動根據遙控器溫度感應單元所反饋的信號值，進行精確的溫度調節，而不需要用戶在感性認識上設置一個空調器溫度值，或者在發現自己最初所設置的溫度值不適宜時，又要再進行試探性的調節。

人在室內環境活動時，很可能會在靠近向陽面與遠離向陽面之間來回活動，此時，原來在靠近向陽面所設置的溫度值又不適宜后來變化的溫度環境了。若使用本提案所述空調器及遙控器，人在室內運動時，便可實時調節遙控器周圍的溫度，或者說人體附近環境的溫度，這樣就避免了用戶對空調的反復試探性調節，增強了用戶對空調器性能的信任。

表1 音頻和人體體溫變化數據

在睡眠模式下，本提案所述方案對人體睡眠有積極作用。根據生活經驗，人在入睡前，聽一些安靜悠揚輕緩的音樂，有助于安神，并且更好地睡眠。但現在比較普遍的情況在于，隨著人進入睡眠狀態，身體單位時間內產生的熱量較少，一直開啟空調，容易使人著涼，雖然用戶可以設定通過遙控器設定關機時間，但人本身是不知道何時進入睡眠，換句話說，是不知道需要多久時間才能進入睡眠的，空調一直以一定的制冷量運行，如果運行時間過長，人就會著涼，如果運行時間過短，人又容易被熱醒。但運用本提案所述空調，當用戶開啟音樂時，隨著空調器播放著輕緩的音樂，以及導風板來回擺動，攪動室內空氣，使室內空氣的循環流動不至于太強烈，再加上溫度感應單元的實時反饋，便可營造出安靜、舒適、放松的睡眠環境，而且不必擔心長期開啟空調，造成身體著涼，或者空調達到設定時間自動關閉，而因燥熱醒來。

5 智能聲樂空調試驗方案及結果

用1.5匹的空調掛機對本文方案進行舒適性實測方案：啟動用本方案所述空調器的音頻播放功能，測試導風板的擺風角度、風量大小、音樂噪音、人體體溫、空調轉速、風量縮減或增加情況。

從表1所示的測試參數分析：當空調器開啟，便開始制冷，溫感模塊開始檢測周圍的溫度：導風板的擺風角度根據人的位置變化而變化，風量和音樂音量大小根據音頻變化而智能變化，音頻變化是根據人體體溫而智能變化，人體體溫也跟隨變化達到一個很舒適的狀態。

6 結語

這種新型方案設計使空調智能化，人們對空調的使用也更加多功能化、人性化。聲樂空調可通過遙控器，選擇曲目進行播放，聲樂的頻譜根據隨著人的感受及體溫變化而變化。提高人們生活質量水平。