专利名称：一种室内热环境舒适度测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种测量室内热环境舒适度的系统，所属技术领域是建筑热环境与暖通空调工程技术领域。
背景技术：
随着人们生活水平的不断提高，人们对室内热环境的舒适性要求也越来越高。人的热舒适感除了与人体温度有关外，还与室内热湿环境参数极其组合紧密相关，并且衣着、 活动代谢量也左右了人们的热舒适感的判断。这也使得对环境热舒适性的评价与测量不太方便。1984年国际标准化组织提出了室内热环境评价与测量的新标准化方法ISO 7730。在 IS07730标准中采用了 PMV-PPD指标描述和评价热环境。PMV指数为处于热环境中的群体对于热感觉的平均值，PPD指数为对于热环境不满意的人数百分数。影响PMV-PPD指标的六个因素中有四个环境参数(干球温度、相对湿度、黑球温度、微风速)和两个人体参数(穿衣指数、新陈代谢率)。根据以上六个参数可以计算出PMV和PPD值，并且IS07730中给出了明确的计算公式。因此，只要能同时测量以上四个环境参数，同时依据现场人群的实际人体参数，依据标准中的PMV、PPD计算公式进行计算就可以得出PMV-PPD舒适度指标，从而对热环境进行评价。现有的测试热环境舒适度的仪器，有的由于黑球温度测试不方便，就直接把黑球温度设为和干球温度相同去计算PMV值，导致最终结果与实际不符；有的直接拿四个单一的仪器去测试四个环境参数(干球温度、相对湿度、黑球温度、微风速)，既增加了成本，也给测试者带来了不便；有的直接不考虑实际的人体参数(穿衣指数、新陈代谢率)，而按照统一的人体参数去计算PMV-PPD舒适度值，也是不科学的。
发明内容本实用新型提供了一种室内热环境舒适度测试系统，该系统包括传感器系统、数据采集仪、计算机系统和传感器支架系统。该系统以8051单片机为核心，配合各种热环境参数传感器，能够实时采集干球温度、湿球温度、黑球温度、相对湿度、微风速五种环境参数，然后将数据发送到计算机，计算机上运行的程序根据接收到的数据和设置的人体特征参数计算出PMV-PPD热舒适度指数及热负荷指数。传感器系统包括干球温度传感器，湿球温度传感器，黑球温度传感器，相对湿度传感器，微风速传感器。数据采集仪包括模拟开关模块、信号放大AD转换模块、单片机模块、显示模块、按键模块、数据存储模块、数据通讯模块和时钟模块。它能够采集热环境参数，并能够按照设置的存储时间间隔进行存储，可以通过计算机软件下载存储的数据，保存文件，进行后期的数据处理。计算机系统包括数据处理模块、显示模块和通信模块。传感器支架系统包括三大部分，第一部分包括黑球温度传感器、湿球温度传感器、 干球温度传感器、横杆等，横杆上有带有螺纹孔的支座。黑球温度传感器、湿球温度传感器和干球温度传感器分别通过支座固定在横杆的正上方，横杆上的支座备有螺纹孔；第二部分包括湿度传感器、微风速传感器、侧臂等，每个侧臂的一头带一个固定好的塑料夹，湿度传感器和微风速传感器通过塑料夹分别夹持在两个侧臂上，侧臂通过支座固定在横杆左右两侧，同时侧臂可360°旋转和伸缩以方便调节传感器间距和方向；第三部分为可以调整高度的三角架。干球温度传感器、湿球温度传感器、黑球温度传感器与模拟开关模块连接通过模拟开关选通后直接与单片机模块连接，用来采集干球温度，湿球温度和黑球温度。相对湿度传感器、微风速传感器与模拟开关模块连接通过模拟开关选通后连接到带增益设置的AD转换模块，然后与单片机模块连接，用来采集相对湿度和微风速。时钟模块直接与单片机模块连接，用来为单片机模块提供实时时钟；通讯模块直接与单片机模块连接，用来连接单片机模块和计算机的通讯；存储模块与单片机模块直接连接，用来存储采集仪采集的数据；按键模块与单片机模块直接连接，用来接收用户对采集仪的操作；显示模块与单片机模块直接连接，用来显示采集仪采集的数据。数据处理模块对接收到的各传感器的数据进行实时计算；显示模块根据数据处理模块的结果，显示热环境的基本参数和舒适度指数；通信模块用来和采集仪进行数据通信。本实用新型舒适度测试系统提供了一种既能同时测试五个环境参数，又能通过计算机程序手动设置实际人体参数，完全符合ISO 7730标准要求；设计的传感器支架将五个传感器合理、巧妙的安装到标准的三脚架上，随时随地不用工具就可以完成组装和拆卸，给测试者带来了极大的方便。它是科研人员监测人们居住环境、工作环境、公共环境下的舒适度的得力助手。

[0013]图1是本实用新型系统结构框图。[0014]图2是单片机系统电路原理图。[0015]图3是参考电压基准电路[0016]图4是AD转换电路原理图。[0017]图5是时钟电路原理图。[0018]图6是通讯电路原理图。[0019]图7是存储电路原理图。[0020]图8和图9是系统实时监测流程图。[0021]图10是传感器支架结构附图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型包括信号采集(模拟和数字)、模拟开关切换、小信号放大 (通过设定增益)AD转换、单片机系统、显示电路、按键电路、数据存储电路、数据通讯电路、 电压基准和时钟电路。其中信号采集部分干球温度传感器、湿球温度传感器和黑球温度传感器直接采集数字温度信号经过模拟开关选通再与单片机连接。相对湿度传感器和微风速传感器先经过多路模拟开关选通后连接到带增益设置的AD转换电路上再与单片机连接。时钟电路与单片机连接，通讯电路与单片机连接，存储电路与单片机连接。按键电路的输出连接单片机输入，单片机输出连接显示器。如图3和图4所示，AD转换电路采用16位高精度快速AD转换器件AD7705，AD的参考电压输入端由AD780电压基准源提供2. 5V电压基准，AD转换结果通过AD的13和14 脚输入到单片机12脚(P4. 3)上，单片机采用STC89C58RD+。如图7所示，数据存储电路采用4个MC512存储器，每个存储器的5、6脚相连并与单片机的18、19脚连接。如图5所示，时钟电路采用DS1302时钟芯片，芯片的通过I2C串行接口与单片机通信，时钟芯片的5、6、7脚分别接单片机的3、2、1脚。如图6所示，串口芯片MAX232的11脚和13脚分别接单片机的13脚和11脚， MAX232的12脚和14脚最后与电脑的串口连接，实现双向数据传输，从而与计算机通讯。如图8和图9所示，计算机软件通过RS232串口和数据采集仪器连接后，定时给仪器发送数据传输命令，仪器接收到数据传输命令后，把采集到的热环境参数以一定的数据格式通过RS232串口发送出去。上位机软件接收到仪器发送的数据后，按照一定的方法解析出热环境的各种参数，然后根据这些参数和当前软件设置的新陈代谢和服装热阻计算出热环境指数PMV和PPD，最后将热环境参数和计算后的热环境指数显示在软件界面上。如图10所示，第一步，先将三个传感器座2和支座3固定在横杆1上，然后将侧臂支架4固定在支座3上；第二步，三个传感器6线穿好并固定在三个传感器座2上，其中两个加两个传感器固定座5固定(中间一个必须加)；第三步，将已组装好的横杆部分拧到三角支架上固定，紧固好后将黑球7拧到不带传感器固定座5的传感器座2上，并紧固；第四步，将湿球固定座8和测量杯10套入中间的传感器固定座5中，用密封胶封死它们间的缝隙；第五步，将两个侧臂11拧入侧臂支架4中，调节好侧臂11上塑料夹到横杆1的距离，紧固侧臂11上的紧定螺钉；第六步，将湿度传感器2和风速传感器13竖直夹到侧臂11上的塑料夹中；第七步，打开主机进行调试，根据调试效果调节三角架高度和侧臂11的臂长。
权利要求1.一种室内热环境舒适度测试系统，其特征在于该系统包括传感器系统、数据采集仪、计算机系统和传感器支架系统，该系统以8051单片机为核心，配合各种热环境参数传感器，能够实时采集干球温度、湿球温度、黑球温度、相对湿度、微风速五种环境参数，然后将数据发送到计算机，计算机上运行的程序根据接收到的数据和设置的人体特征参数计算出PMV-PPD热舒适度指数及热负荷指数。
2.根据权利要求1所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的传感器系统包括干球温度传感器，湿球温度传感器，黑球温度传感器，相对湿度传感器，微风速传感ο
3.根据权利要求1所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的数据采集仪包括模拟开关模块、信号放大AD转换模块、单片机模块、显示模块、按键模块、数据存储模块、数据通讯模块和时钟模块；所述数据采集仪，能够采集热环境参数，并能够按照设置的存储时间间隔进行存储，可以通过计算机软件下载存储的数据，保存文件，进行后期的数据处理。
4.根据权利要求1所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的计算机系统包括数据处理模块、显示模块和通信模块。
5.根据权利要求1所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的传感器支架系统包括三大部分，第一部分包括黑球温度传感器、湿球温度传感器、干球温度传感器、 横杆等，横杆上有带有螺纹孔的支座，黑球温度传感器、湿球温度传感器和干球温度传感器分别通过支座固定在横杆的正上方，横杆上的支座备有螺纹孔；第二部分包括湿度传感器、 微风速传感器、侧臂等，每个侧臂的一头带一个固定好的塑料夹，湿度传感器和微风速传感器通过塑料夹分别夹持在两个侧臂上，侧臂通过支座固定在横杆左右两侧，同时侧臂可 360°旋转和伸缩以方便调节传感器间距和方向；第三部分为可以调整高度的三角架。
6.根据权利要求2所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的干球温度传感器、湿球温度传感器、黑球温度传感器与模拟开关模块连接通过模拟开关选通后直接与单片机模块连接，用来采集干球温度，湿球温度和黑球温度。
7.根据权利要求2所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的相对湿度传感器、微风速传感器与模拟开关模块连接通过模拟开关选通后连接到带增益设置的AD 转换模块，然后与单片机模块连接，用来采集相对湿度和微风速。
8.根据权利要求3所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的时钟模块直接与单片机模块连接，用来为单片机模块提供实时时钟；所述通讯模块直接与单片机模块连接，用来连接单片机模块和计算机的通讯；所述存储模块与单片机模块直接连接，用来存储采集仪采集的数据；所述按键模块与单片机模块直接连接，用来接收用户对采集仪的操作；所述显示模块与单片机模块直接连接，用来显示采集仪采集的数据。
9.根据权利要求4所述的室内热环境舒适度测试系统，其特征在于所述的数据处理模块对接收到的各传感器的数据进行实时计算；所述显示模块根据数据处理模块的结果， 显示热环境的基本参数和舒适度指数；所述通信模块用来和采集仪进行数据通信。
专利摘要本实用新型提供了一种室内热环境舒适度测试系统，该系统包括传感器系统、数据采集仪、计算机系统和传感器支架系统。该系统以8051单片机为核心，配合各种热环境参数传感器，能够实时采集干球温度、湿球温度、黑球温度、相对湿度、微风速五种环境参数，然后将数据发送到计算机，计算机上运行的程序根据接收到的数据和设置的人体特征参数计算出PMV-PPD热舒适度指数及热负荷指数。它既能同时测试五个环境参数，又能通过计算机程序手动设置实际人体参数，完全符合ISO 7730标准要求；设计的传感器支架将五个传感器合理、巧妙的安装到标准三脚架上，随时随地不用工具就可以完成组装和拆卸，给测试者带来了极大的方便。它是科研人员监测人们居住环境、工作环境、公共环境下舒适度的得力助手。
文档编号G01W1/17GK202075431SQ201120056848
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者任跃, 蔺俊丽, 赵齐恒 申请人:北京世纪建通技术开发有限公司