電子發燒友網報道(文/黃山明)生活中,我們的行為習慣大多數情況受溫度影響,天冷就需要烤火取暖,多加衣服,天熱需要降溫來防止身體過熱水分快速流失。而在過去,溫度如何我們無法控制,只能祈求不遇到惡劣天氣。不過隨著各種電器的發明,生活能夠冬暖夏涼。但這些電器的使用,仍然需要用戶去主動控制,伴隨著智能家居的發展,以及AI技術的快速迭代,溫度控制開始進入到無感時代。
溫控的發展
通常,溫控設備一般指的是空調、熱交換器、風扇、加熱器,這些都能控制周圍的環境溫度,但這里溫控設備主要指電子設備。溫控設備不僅在消費電子領域具有重要位置,在工業、通信業、服務器、儲能、新能源汽車等多個場景具有廣泛應用。
溫控設備對于保障電池、服務器、手機芯片等元器件正常穩定運行,以及工業、醫療、激光等場所環境的穩定性都具有重要的意義。
溫控設備的歷史可以追溯到上個世紀,最早從國外引入,并在國外得到了廣泛的應用和發展。在20世紀30-40年代,經典的頻域設計法在過程控制中得到了廣泛的應用,1932年,Nyquist提出頻域穩定判據;1940年,Bode提出了在對數坐標系下簡化作圖的方法。他們的研究成果為溫度控制技術的發展奠定了堅實的基礎。
頻域設計法在溫度控制中具有重要意義。在溫度控制系統中,系統的穩定性和性能是非常重要的指標,而頻域設計法可以幫助設計師更好地分析和優化這兩個指標。
在頻域設計法中,通過將系統相應的頻率特性轉化為易于分析和設計的函數形式來進行設計。這種方法可以更好地處理系統的非線性特性,并且可以更好地平衡系統的穩定性和性能之間的矛盾。在溫度控制系統中,非線性特性和穩定性問題是非常常見的,因此頻域設計法可以發揮很大的作用。
頻域設計法的發展過程也很有意思。它最初是在電力系統中發展起來的,隨著電力電子技術和數字控制技術的發展而逐漸成熟。后來,人們發現這種方法也可以應用于溫度控制系統中,可以幫助設計師更好地分析和優化系統的性能。因此,頻域設計法逐漸被廣泛應用于各種不同的領域中。
回到溫控,近百年來,溫控器的發展經歷了三個主要階段,最開始是模擬、集成溫度控制器,這類控制器主要包括溫控開關和可編程溫度控制器。例如,LM56、AD22105和MAX6509都是這一時期的典型產品。增強型集成溫度控制器(如TC652/653)甚至包含了A/D轉換器和固化的程序,與后來的智能溫控器有某些相似之處,但其主要是獨立工作,不受微處理器的控制。
隨后進入到智能數碼溫控器時代,這是在20世紀90年代中期出現的一種新型溫控器,它結合了微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)。這種溫控器具有更好的靈活性和可控性。
進入21世紀,隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展,溫度控制系統也逐漸向智能化和網絡化方向發展,使得溫度控制更為精確和便捷。
溫控設備正進入無感時代
盡管如今用戶可以通過設備靈活的調節當下的環境溫度,但更多時候這需要用戶主動操作調整,設備更像是一個聽命令執行的士兵,而不是一個會思考的長官。
以空調為例,受限于技術原因,當前的空調普遍存在溫控失調、直吹、溫度不準確等問題,即便處于同一空間內,也能夠感受到明顯的溫差,體驗并不好。如今對于空調更多的是在能耗上的應對,比如加入變頻器變成變頻空調。
變頻器可以控制和調整壓縮機轉速,使之始終處于最佳的轉速狀態,從而提高能效比(比常規的空調節能至少30%)。變頻空調的基本結構和制冷原理和普通空調完全相同,但變頻空調的主機是自動進行無級變速的,它可以根據房間情況自動提供所需的冷(熱)量。
當室內溫度達到期望值后,空調主機則以能夠準確保持這一溫度的恒定速度運轉,實現“不停機運轉”,從而保證環境溫度的穩定。
但變頻空調還是無法解決不能主動調節溫度的行為,而真正的智能家居,無需用戶發出指令,空調就可根據用戶活動,在悄無聲息中自主完成智能溫控,讓室內的溫度更準確、更均勻、更舒適。
想要實現更精細的自主式智能溫控,就需要在現有全屋智能技術的基礎上,深入研究在不同時間、地域、緯度、空間下的人體感溫需求。并且結合用戶不同的溫度需求、白天晝夜、四季變更等條件,數據顯示,僅空調使用場景就高達上千種,這都需要進行收集與分析。
通過感知、學習、優化,再加上具備用戶數據分析、用戶行為習慣理解和AI自學習能力的系統,通過自主學習用戶習慣并形成自主決策模型,無需指令即可主動為用戶提供服務。
再結合傳感器及相關技術,可以讓智能家居控制系統能更好地監控家庭環境,例如溫度、濕度和光照等,并同時聯動外部環境變化等諸多因素,通過核心智能算法,根據用戶偏好或需求,自動識別并調整家庭環境到最舒適的狀態,滿足用戶日常生活的各種需求。
顯然,隨著AI技術的快速發展,包括當前各大智能家居廠商紛紛推出的更智能的操作系統,包括華為的鴻蒙系統,小米的澎湃OS等,已經開始初步具備主動式智能,而最先感知的正是溫度控制設備。
小結
從遠古時期,人們依靠火焰、衣物、冰塊、扇子來為自己調節環境溫度,到近期電力設備的發明,通過機械來輔助溫度調節。而伴隨著AI的快速發展,以及傳感器、深度學習、大數據等多項技術的迭代,讓主動智能開始在溫控上實現,溫控正開始走向無感時代。
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