一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),包括智能風扇單元、智能窗戶單元和用戶控制單元,首先該系統(tǒng)應用熱釋紅外探測模塊和溫度感應模塊,根據(jù)環(huán)境溫度控制智能窗戶和風扇的開閉來解決空調(diào)定時關閉后的通風問題,緩解空調(diào)關閉后人們悶熱至醒的煩惱;其次該系統(tǒng)中風扇實現(xiàn)智能調(diào)速,有效地避免人身體因受風過多而生病的問題,同時能自動檢測使用者是否在風扇附近,假如使用者不在檢測局域內(nèi),風扇會自動關閉達到節(jié)能的目的;最后該系統(tǒng)實現(xiàn)了聲控功能,能夠識別用戶的語音提示,做出相關的動作,同時通過熱釋電紅外探測方法解決當窗戶打開后的防盜問題,及時關閉窗戶,保證生命財產(chǎn)的安全。
【專利說明】一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及溫控電子技術及單片機應用的【技術領域】,特別涉及一種智能室溫調(diào)節(jié) 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著智能家居行業(yè)的異軍突起以及人們生活水平的提高,智能家居也將逐漸走向 平民化,走向千家萬戶。作為現(xiàn)代家庭必不可少的電器一空調(diào)機,在帶給人們清涼舒適的 同時,也帶帶來了諸多問題。為解決空調(diào)機能源損耗量大,花費電費多的問題,人們普遍會 選擇開啟空調(diào)機的定時功能,讓自己在睡著之后,使冷氣自動關閉的做法。但是,這往往帶 來的是更大的代價:空調(diào)病、睡眠質(zhì)量差等等。造成這些的原因是因為在窗戶緊閉密不通風 的房間里,空調(diào)關閉后,室內(nèi)溫度升高,冷熱溫差和空氣不流通的悶熱感讓人不得不從睡夢 中醒過來。
[0003] 市面上存在以下類似發(fā)明,如一種空調(diào)電風扇,包括機體、風輪、風輪電動機、進 風口、出風口、導風片、電熱器和主控制器,在機體中設置由自動加熱控制器、驅(qū)動機構(gòu)、力口 熱裝置構(gòu)成的自動加熱裝置,驅(qū)動機構(gòu)安裝在機體上并與自動加熱控制器電聯(lián)接、其輸出 與加熱裝置連接,加熱裝置加熱送暖風時位于送風通道的位置、制冷送冷風或送常風時位 于遠離送風通道的位置,加熱裝置與自動加熱控制器電聯(lián)接,自動加熱控制器與主控制器 電聯(lián)接。具有可自動控制加熱,結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、造價低,操作簡單,能耗小,噪音小, 可保證制冷效果較好的。
[0004] 還有一種節(jié)能空調(diào)風扇,在空調(diào)制冷制熱方面的利用。目前所有的空調(diào)從結(jié)構(gòu)到 原理都是一樣的,功率大、耗電多,利用率低。室內(nèi)空間的大小來決定空調(diào)功率的大小,整個 室內(nèi)達到一定的溫度,人們才感到舒適。節(jié)能空調(diào)風扇,比較靈活方便,它是直接或間接地 從空調(diào)蒸發(fā)器吹下來的冷氣或暖氣,與風扇結(jié)合。在風扇周圍,上下空氣形成循環(huán)對流,室 內(nèi)局部冷或暖,人在哪,節(jié)能空調(diào)風扇在哪,節(jié)能50%。如果在室內(nèi)用玻璃或透明塑料圍成 小室(特別是辦室的地方);夜間休息把節(jié)能空調(diào)風扇放在蚊帳內(nèi)(增加一層布類),小室 或蚊帳的體積是整個室內(nèi)體積的10%以下,而節(jié)能90%以上,所以節(jié)能空調(diào)風扇節(jié)能50 - 90%。
[0005] 但是以上兩種節(jié)能空調(diào)電風扇都沒有考慮不同人群在不同溫度下對于風速的要 求,也沒有實現(xiàn)隨室溫和人體體溫的變化而自動控制電風扇風速的線性變化,且沒能夠通 過對窗戶的智能控制及時控制室內(nèi)的溫度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足,提供一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),該 智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先通過對窗戶的智能控制及時控制室內(nèi)的溫度,當空調(diào)關機后系統(tǒng)檢 測到環(huán)境溫度升高和室外溫度低于室內(nèi)溫度時自動開啟窗戶和啟動智能調(diào)速風扇,保證人 們的健康以及安穩(wěn)的睡眠質(zhì)量,起到為人們打造一個舒適、安全、人性化的居住環(huán)境,保證 身體健康及節(jié)省能源的目地。
[0007] 本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn):
[0008] -種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),包括智能風扇單元、智能窗戶單元和用戶控制單元,其特 征在于:其中所述智能風扇單元具有根據(jù)周圍環(huán)境、溫濕度的變化,智能控制風扇的開啟、 轉(zhuǎn)速的功能,同時還具有接收外部的用戶控制單元的控制指令對風扇進行控制的功能; [0009] 所述智能窗戶單元具有根據(jù)周圍環(huán)境、溫濕度的變化,智能控制窗戶的開啟和閉 合,同時還具有接收外部的用戶控制單元的控制指令對窗戶進行控制的功能;
[0010] 所述用戶控制單元具有用于接收用戶的語言控制信號,并以無線傳輸?shù)姆绞较蛑?能風扇單元和智能窗戶單元發(fā)送控制指令信號的功能。
[0011] 優(yōu)選的,所述的智能風扇單元包括第一從機控制模塊、電源模塊、溫度傳感器模 塊、濕度傳感器模塊、液晶顯示模塊、風扇模塊,
[0012] 其中第一從機控制模塊用于接收檢測到的周圍環(huán)境數(shù)據(jù),然后通過預先設計的邏 輯關系,發(fā)送控制指令到風扇模塊;
[0013] 電源模塊,與第一從機控制模塊相連,并為整個智能風扇單元提供工作電源;
[0014] 溫度傳感器模塊,與第一從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的溫度,并將監(jiān)測 到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降谝粡臋C控制模塊;
[0015] 濕度傳感器模塊,與第一從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的濕度,并將監(jiān)測 到的濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降谝粡臋C控制模塊;
[0016] 液晶顯示模塊,與第一從機控制模塊相連,用于顯示周圍環(huán)境的溫度、濕度、以及 風扇的轉(zhuǎn)速;
[0017] 風扇模塊,與第一從機控制模塊相連,并接收其控制指令控制風扇的開啟及轉(zhuǎn)速。
[0018] 優(yōu)選的,所述的智能窗戶單元包括第二從機控制模塊、電源模塊、溫度傳感器模 塊、濕度傳感器模塊、結(jié)露傳感器模塊、直流電機模塊,
[0019] 其中第二從機控制模塊用于接收檢測到的周圍環(huán)境數(shù)據(jù),然后通過預先設計的邏 輯關系,發(fā)送控制指令到直流電機模塊;
[0020] 電源模塊,與第二從機控制模塊相連,并為整個智能窗戶單元提供工作電源;
[0021] 溫度傳感器模塊,與第二從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的溫度,并將監(jiān)測 到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降诙臋C控制模塊;
[0022] 濕度傳感器模塊,與第二從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的濕度,并將監(jiān)測 到的濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降诙臋C控制模塊;
[0023] 結(jié)露傳感器模塊,與第二從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的雨水情況,并將 監(jiān)測到的雨水數(shù)據(jù)傳輸?shù)降诙臋C控制模塊;
[0024] 直流電機模塊,與第二從機控制模塊相連,并接收其控制指令控制窗戶的打開與 閉合。
[0025] 優(yōu)選的,所述的智能風扇單元還包括人體信號采集模塊,與第一從機控制模塊相 連,用于監(jiān)測使用者是否在風扇附近;
[0026] 其中人體信號采集模塊中用到的人體信號監(jiān)測方法包括熱釋電紅外探測方法、紅 外線生命探測方法、音頻采集方法;
[0027] 采用熱釋電紅外探測方法的人體信號采集模塊包括熱釋電紅外傳感器和菲涅爾 透鏡。
[0028] 優(yōu)選的,所述的智能窗戶單元還包括人體信號采集模塊,與第二從機控制模塊相 連,用于監(jiān)測是否有陌生人從窗戶的外側(cè)靠近窗戶;
[0029] 其中人體信號采集模塊中用到的人體信號監(jiān)測方法包括熱釋電紅外探測方法、紅 外線生命探測方法、音頻采集方法;
[0030] 采用熱釋電紅外探測方法的人體信號采集模塊包括熱釋電紅外傳感器和菲涅爾 透鏡。
[0031] 優(yōu)選的,所述的第一從機控制模塊、第二從機控制模塊可以使用ARM系列、STM32 系列、51單片機系列單片機,所述的所述用戶控制單元可以使用ARM系列、STM32系列、51單 片機系列單片機以及編寫相關的android應用程序下載到智能手機作為用戶控制單元的 主控制器。
[0032] 優(yōu)選的,所述的智能風扇單元、智能窗戶單元與用戶控制單元之間的無線信號 傳輸可以采用WiFi、藍牙、ZigBee或者無源RFID,其中藍牙無線傳輸方式中可以使用 BMX-02/03 系列 CSR BlueCore 藍牙芯片。
[0033] 優(yōu)選的,所述的溫度傳感器模塊中使用熱敏電阻作為傳感器或者DS18B20數(shù)字式 溫度傳感器;
[0034] 所述的濕度傳感器模塊中使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。
[0035] 優(yōu)選的,所述的風扇模塊包括固態(tài)繼電器和風扇;
[0036] 所述的液晶顯示模塊可以使用數(shù)碼管或IXD1602顯示模塊或IXD12864顯示模塊 完成顯不功能。
[0037] 優(yōu)選的,所述的直流電機模塊包括電機驅(qū)動和電機,其中電機驅(qū)動采用LMD18200 驅(qū)動芯片,電機可以采用步進電機、直流電機或者直流減速電機;
[0038] 所述的結(jié)露傳感器模塊采用HDS05結(jié)露傳感器實現(xiàn)周圍環(huán)境的雨水情況的監(jiān)測 功能。
[0039] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果:
[0040] 1)本智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)設置了溫控、節(jié)能、智能化三種不同的工作模式,供使用者 根據(jù)實際需求自行選擇符合自身的工作模式,給了使用者更多的選擇空間,體現(xiàn)了整體系 統(tǒng)設計的新穎性,具有廣闊的產(chǎn)業(yè)前景,這是市面上所類似的產(chǎn)品無法媲美的。
[0041] 2)應用熱釋紅外探測模塊和溫度感應模塊,根據(jù)環(huán)境溫度智能控制窗戶和風扇的 開閉來解決空調(diào)定時關閉后的通風問題,緩解晚上睡覺時人們?yōu)榱斯?jié)省用電而定時關閉空 調(diào)而造成空調(diào)關閉后人們悶熱至醒的煩惱;
[0042] 3)針對市場上的節(jié)能空調(diào)風扇調(diào)節(jié)系統(tǒng)器,未能實現(xiàn)在電風扇周圍沒人時及時關 閉電風扇的功能,本智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過熱釋電紅外探測模塊,判斷周圍是否有人,從而 控制電風扇的開啟或是關閉,起到節(jié)省電能的目的。
[0043] 4)風扇實現(xiàn)智能調(diào)速,能隨環(huán)境溫度的改變智能改變風速的大小,分為5個風速 檔,默認27度以上開啟溫控功能,溫度的準確度達到0. 1度。
[0044] 5)實現(xiàn)聲控功能,能夠識別用戶的語音提示,做出相關的動作。
[0045] 6)有雨水探測裝置,一遇到水就會啟動裝置,關閉窗戶。
[0046] 7)此外,本智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供紅外防盜功能,解決當窗戶打開后的防盜問題, 及時關閉窗戶。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047] 圖1是本發(fā)明中一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模塊框圖;
[0048] 圖2是本實施例中51系統(tǒng)控制器單片機最小系統(tǒng)示意圖;
[0049] 圖3是本實施例中智能風扇單元的軟件流程圖;
[0050] 圖4是本實施例中智能窗戶單元的軟件流程圖;
[0051] 圖5是本實施例中LMD18200外形結(jié)構(gòu)以及引腳對應圖;
[0052] 圖6是本實施例中LMD18200芯片內(nèi)部電路框圖;
[0053] 圖7是DTH11典型電路接法;
[0054] 圖8是本實施例中DTH11數(shù)字濕溫度傳感器的數(shù)字0信號表示方法;
[0055] 圖9是本實施例中DTH11數(shù)字濕溫度傳感器的數(shù)字1信號表示方法;
[0056] 圖10是本實施例中HDS05結(jié)露傳感器的電阻值與相對濕度的特性曲線圖;
[0057] 圖11是本實施例中HDS05結(jié)露傳感器的電路原理圖;
[0058] 圖12是本實施例中熱式紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖與電路圖;
[0059] 圖13是菲涅爾透鏡成像原理圖;
[0060] 圖14是過零觸發(fā)型AC -SSR的內(nèi)部電路圖。
【具體實施方式】
[0061] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述,但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0062] 實施例
[0063] 本發(fā)明是一個以單片微處理器為核心配合電子電路等組成的一種智能室溫調(diào)節(jié) 器。它具有以下功能:
[0064] (1)溫控模式:應用熱釋紅外探測模塊和溫度感應模塊,根據(jù)環(huán)境溫度控制智能 窗戶和風扇的開閉來解決空調(diào)定時關閉后的通風問題,緩解空調(diào)關閉后人們悶熱至醒的煩 惱;
[0065] (2)節(jié)能模式:風扇實現(xiàn)智能調(diào)速,有效地避免人身體因受風過多而生病的問題, 讓生活變得更加舒適和方便,體現(xiàn)出人性化設計等特點;系統(tǒng)會自動檢測使用者是否在風 扇附近,假如使用者不在檢測局域內(nèi),風扇會自動關閉達到節(jié)能環(huán)保的目的。
[0066] (3)智能化模式:實現(xiàn)聲控功能,能夠識別用戶的語音提示,做出相關的動作。解 決當窗戶打開后的防盜問題,及時關閉窗戶,保證生命財產(chǎn)的安全;用戶可自行選擇是否啟 用溫控功能,方便用戶操作運用。其中聲控功能通過系統(tǒng)配套的應用程序,可向外設發(fā)送語 音指令。例如:當應用程序接收到"打開窗戶η'關閉窗戶η'打開溫控"等指令,程序以toast 形式顯示用戶說的話,并請求窗戶做出相應的動作。當應用程序接收到"打開風扇" "關閉 風扇"等指令,程序以toast形式顯示用戶說的話,并請求窗戶做出相應的動作。
[0067] 其中,Toast是Android中用來顯示顯示信息的一種機制,和Dialog不一樣的是, Toast是沒有焦點的,而且Toast顯示的時間有限,過一定的時間就會自動消失。
[0068] -、系統(tǒng)功能
[0069] 如圖1中一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模塊框圖所述,該智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括智能 風扇單元、智能窗戶單元和用戶控制單元。
[0070] ?手機客戶端:
[0071] 通過系統(tǒng)配套的應用程序,可向外設發(fā)送語音指令。例如:
[0072] 1)當應用程序接收到"打開窗戶""關閉窗戶""打開溫控"等指令,程序以toast 形式顯示用戶說的話,并請求窗戶做出相應的動作。
[0073] 2)當應用程序接收到"打開風扇""關閉風扇"等指令,程序以toast形式顯示用 戶說的話,并請求窗戶做出相應的動作。
[0074] ?智能窗戶端
[0075] 1)當智能窗戶接收到"打開窗戶""關閉窗戶"等指令,電機驅(qū)動鏈條,由鏈條拉動 窗戶做出相應的開窗和關窗動作。
[0076] 2)當智能窗戶"發(fā)現(xiàn)"下雨時,會做出關窗的動作,以防把家居弄潮弄濕。
[0077] 3)在溫控模式下,當室外溫度比室內(nèi)溫度低時,(如當空調(diào)定時關閉時,室內(nèi)溫度 上升,空氣不流通的情況)智能窗戶會自動把關閉的窗戶打開,以達到通風降溫的功用。 [0078] ?智能風扇端
[0079] 1)根據(jù)使用對象和環(huán)境的需要,隨環(huán)境溫度的改變智能調(diào)整風速,起到節(jié)能的效 果。從而有效地避免人身體因受風過多而生病的問題,讓生活變得更加舒適和方便,體現(xiàn)出 人性化設計等特點。
[0080] 2)系統(tǒng)會自動檢測使用者是否在風扇附近,假如使用者不在檢測局域內(nèi),風扇會 自動關閉達到節(jié)能環(huán)保的目的。
[0081] 3)植入數(shù)字時鐘和日歷功能,自動更新日期和時間。系統(tǒng)斷電后還可以通過后備 電源供電記錄時間,保證系統(tǒng)再次開啟以后能夠準確顯示實時時間。同時可以通過遙控重 新設定時間。
[0082] 4)可根據(jù)不同用戶的需要,設定風扇啟動的初始溫度值,同時通過這種操作可以 手動提高或者降低風扇速度,且調(diào)節(jié)后同樣能實現(xiàn)風速隨環(huán)境溫度智能調(diào)整。
[0083] 5)使用12864大液晶顯示屏幕,設計簡潔明了而又美觀的工作界面,顯示當前環(huán) 境的溫度,當前日期以及時間。
[0084] 二、方案論證
[0085] 1、硬件控制器的選擇
[0086] 方案1 :智能手機
[0087] 智能手機是指"像個人電腦一樣,具有獨立的操作系統(tǒng),可以由用戶自行安裝軟 件、游戲等第三方服務商提供的程序,通過此類程序來不斷對手機的功能進行擴充,并可以 通過移動通訊網(wǎng)絡來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡接入的這樣一類手機的總稱"。智能手機可以安裝第三 方軟件,所以通過編寫智能手機的應用程序可以令智能手機有豐富的功能。
[0088] 方案2:ARM系列
[0089] ARM處理器是Acorn計算機有限公司面向低預算市場設計的第一款RISC微處理 器。更早稱作AcornRISCMachine。ARM處理器本身是32位設計,但也配備16位指令集。一 般來講比等價32位代碼節(jié)省達35%,卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。ARM處理器的三大 特點是:耗電少功能強、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。
[0090] 方案 3 :STM32 系列
[0091] STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的 ARMCortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列:STM32F103"增強型"系列和STM32F101 "基 本型"系列。增強型系列時鐘頻率達到72MHz,是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品;基本型時鐘 頻率為36MHz,以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能,是16位產(chǎn)品用戶的 最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存,不同的是SRAM的最大容量和外設接口的 組合。時鐘頻率72MHz時,從閃存執(zhí)行代碼,STM32功耗36mA,是32位市場上功耗最低的產(chǎn) 品,相當于〇. 5mA/MHz。
[0092] 方案4 :51單片機系列
[0093] 51單片機是對目前所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機 的始祖是Intel的8031單片機,后來隨著Flashrom技術的發(fā)展,8031單片機取得了長足的 進展,成為目前應用最廣泛的8位單片機之一,其代表型號是ATMEL公司的AT89系列,它廣 泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出,在目前乃至今后 很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機是基礎入門的一個單片機,單片機以其低功 耗、廉價、穩(wěn)定性能,占據(jù)著國內(nèi)較大市場,是應用最廣泛的一種控制器。
[0094] 方案選擇:
[0095] 本實施例綜合考慮開發(fā)成本、開發(fā)需求以及開發(fā)難度,決定編寫相關的android 應用程序下載到智能手機作為主控制器,而采用51單片機作為從機控制器,如圖2中所示, 本實施例中控制器單片機最小系統(tǒng)。
[0096] 2、模塊間通訊方式的選擇
[0097] 方案1 :有線傳輸
[0098] 采用傳統(tǒng)的導線作為傳輸信號的方式。傳統(tǒng)的導線傳輸信號,適用于小規(guī)模(探 測點較少)、小范圍的系統(tǒng),它的突出優(yōu)點是穩(wěn)定性好、操作簡單、不容易受到干擾。然而,容 易受到環(huán)境和距離的限制。
[0099] 方案2 :簡單無線傳輸
[0100] 采用無線傳輸模塊作為傳輸信號的方式。無線通信模塊廣泛地運用在車輛監(jiān)控、 遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標簽、 身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號 采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù) 字圖像傳輸?shù)阮I域中。具有適應性好、擴展性好等突出優(yōu)點。
[0101] 方案3:藍牙傳輸
[0102] 所謂藍牙技術,實際上是一種短距離無線通信技術,利用"藍牙"技術,能夠有效地 簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信,也能夠成功 地簡化以上這些設備與Internet之間的通信,從而使這些現(xiàn)代通信設備與因特網(wǎng)之間的 數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬道路。說得通俗一點,就是藍牙技術使得現(xiàn)代 一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備,不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng),并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上 因特網(wǎng),其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電,組 成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡。
[0103] 方案選擇:
[0104] 為了實現(xiàn)主機控制單元,窗戶控制單元和智能節(jié)電型風扇調(diào)速器單元之間的通 信,本系統(tǒng)采用了藍牙模塊。
[0105] 3、電機及電機驅(qū)動的選擇
[0106] 方案1 :步進電機
[0107] 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非 超載的情況下,電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負載變 化的影響,當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個 固定的角度,稱為"步距角",它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的??梢酝ㄟ^控制脈沖 個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機 轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速的目的。然而,步進電機并不能像普通的直流電機,交 流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。 因此用好步進電機具有較大難度。
[0108] 方案2:直流電機
[0109] 直流電機是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流 電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作 電動機運行時是直流電動機,將電能轉(zhuǎn)換為機械能;作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機,將機械 能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機操作簡單,通過控制轉(zhuǎn)動時間同樣可以準確定位轉(zhuǎn)動距離。然而 直流電機的轉(zhuǎn)動力矩較小。
[0110] 方案3:直流減速電機
[0111] 直流減速電機,即齒輪減速電機,是在普通直流電機的基礎上,加上配套齒輪減速 箱。齒輪減速箱的作用是,提供較低的轉(zhuǎn)速,較大的力矩。同時,齒輪箱不同的減速比可以 提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了,直流電機在自動化行業(yè)中的使用率。減速電機是 指減速機和電機(馬達)的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機。通常 由專業(yè)的減速機生產(chǎn)廠進行集成組裝好后成套供貨。減速電機廣泛應用于鋼鐵行業(yè)、機械 行業(yè)等。使用減速電機的優(yōu)點是簡化設計、節(jié)省空間。
[0112] 方案選擇:
[0113] 考慮到帶動窗體,需要較大的力矩,同時為了開發(fā)的簡便性,本系統(tǒng)選擇了直流減 速電機。
[0114] 因為選擇好了電機的種類,就可以確定相對應的電機驅(qū)動了。為此該實施例中選 擇了 LMD18200驅(qū)動芯片。
[0115] 4、人體信號采集模塊的選擇
[0116] 方案1 :熱釋電紅外探測方法
[0117] 熱釋電紅外探測方法。這種熱釋電紅外采集人體信號方法目前技術相對成熟,廣 泛應用于防盜系統(tǒng),且成本低,模塊集成高。其原理是:當無人體移動時,熱釋電紅外傳感器 感應到的只是背景溫度,當人體進入探測區(qū),人體發(fā)射的10微米左右的紅外線通過菲泥爾 濾光片增強后聚集到紅外感應源上。熱釋電元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就 會失去電荷平衡,向外釋放電荷。因此,熱釋電紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應 移動物體與背景物體的溫度的差異。
[0118] 方案2 :紅外線生命探測方法
[0119] 紅外線生命探測方法。任何物體只要溫度在絕對零度以上都會產(chǎn)生紅外輻射,人 體也是天然的紅外輻射源。但人體的紅外輻射特性與周圍環(huán)境的紅外輻射特性不同,紅外 生命探測方法就是利用它們之間的差別,以成像的方式把要搜索的目標與背景分開。人體 的紅外輻射能量較集中的中心波長為9. 4 μ m,人體皮膚的紅外輻射范圍為3?50 μ m,其中 8?14 μ m占全部人體輻射能量的46%,紅外線生命探測方法的原理遠比一般意義上的紅 外探測器復雜的多。其核心技術目前只有少數(shù)幾個國家掌握,從上考慮,不適合應用于本實 施例。
[0120] 方案3 :音頻采集方法
[0121] 音頻采集方法。音頻采集方法應用了聲波及震動波的原理,采用先進的微電子處 理器和聲音/振動傳感器,進行全方位的振動信息收集,可探測以空氣為載體的各種聲波 和以其它媒體為載體的振動,并將非目標的噪音波和其它背景干擾波過濾,進而迅速確定 人體的位置。同理于方法二,技術成本高,不適應于本實施例。
[0122] 方案選擇:
[0123] 由于紅外線生命探測方法的原理遠比一般意義上的紅外探測器復雜的多。其核心 技術目前只有少數(shù)幾個國家掌握,從上考慮,不適合應用于本系統(tǒng)。同樣,音頻采集方法技 術成本太高,不符合本系統(tǒng)簡單經(jīng)濟的特點,綜上所述,將采用技術成熟、成本低廉、集成度 高的熱釋電紅外傳感器為本實施例采集人體信號。
[0124] 5、溫度采集模塊的選擇
[0125] 方案1:熱敏電阻
[0126] 傳統(tǒng)的溫度檢測多以熱敏電阻為傳感器,采用熱敏電阻,可滿足40攝氏度至90 攝氏度測量范圍,但熱敏電阻可靠性差,測量溫度準確率低,對于1攝氏度的信號是不適用 的,還得經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能由微處理器進行處理。
[0127] 方案2 :DS18B20數(shù)字式溫度傳感器
[0128] DS18B20數(shù)字式溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是,使用集成芯片,采 用單總線技術,其能夠有效的減小外界的干擾,提高測量的精度,同時,它可以直接將被測 溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理,接口簡單,使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。
[0129] 方案選擇:
[0130] 本實施例中采用DS18B20作為溫度信號的采集。
[0131] 6、濕度與雨水采集模塊的選擇
[0132] 方案 1:DTH11
[0133] DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。 它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術,確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的 長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件,并與一個高性能8位 單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。 每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在 0ΤΡ內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口, 使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗,信號傳輸距離可達20米以上,使其成 為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便, 特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。
[0134] 方案2 :HDS05結(jié)露傳感器
[0135] HDS05結(jié)露傳感器是正特性開關型元件,對低濕不敏感而僅對高濕敏感,可在不超 過IV直流電壓下工作,高溫環(huán)境下有極高敏感性,響應快,具有開關功能。結(jié)露傳感器里面 有一個電阻,相同溫度下,濕度越大,電阻值越大。
[0136] 方案選擇:
[0137] 為了做到精確感應雨水及空氣濕度的功能,及時關閉窗戶,同時考慮到上述兩種 方案都十分具有可操作性與實用性,本實施例中同時應用兩種傳感器。從相對濕度檢測和 雨水檢測兩個角度感應下雨情況,即一遇到水就會啟動裝置,關閉窗戶。
[0138] 7、風扇轉(zhuǎn)速控制方案
[0139] 方案 1:
[0140] 通過控制風扇兩端的輸入電壓,將輸入電壓值隨著室溫的變化而改變,進而改變 風扇功率,達到控制風扇轉(zhuǎn)速的效果。
[0141] 方案 2:
[0142] 通過改變輸入脈沖占空比來控制風扇電機的導通或是截止。隨著室內(nèi)溫度升高 時,輸出占空比增加,電風扇導通時間變長,進而控制風扇轉(zhuǎn)速。然而對于市電220V的電壓 大小的控制不僅實現(xiàn)起來困難,并且對于電壓穩(wěn)定性不高;相反地,采用輸入占空比控制風 扇電機的轉(zhuǎn)動不僅實現(xiàn)起來電路簡單容易,并且對于可控性好。
[0143] 方案選擇:
[0144] 為了提高產(chǎn)品的普遍性,適應市場上絕大多數(shù)家用電風扇使用的交流電機,本實 施例采取利用單片機輸出隨溫度變化而變化的占空比脈沖,從而控制固態(tài)繼電器的導通或 截止時間,達到控制風扇轉(zhuǎn)速的功能,即采用方案2.本系統(tǒng)采用固態(tài)繼電器來連接市電與 單片機。
[0145] 8、顯示模塊的選擇
[0146] 方案1 :數(shù)碼管
[0147] 采用數(shù)碼管顯示,數(shù)碼管只能顯示數(shù)字,比較單一,雖然能基本符合要求,但布局 麻煩,且功能上存在不足。
[0148] 方案 2 :LCD1602 模塊
[0149] 采用1602液晶顯示模塊,液晶顯示具有體積小功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧 等優(yōu)點,采用單+5V電源供電,外圍電路配置簡單,價格便宜,具有很高的性價比,但只能顯 示ASC II碼。
[0150] 方案 3 :LCD 12864 模塊
[0151] LCD 12864液晶顯示平穩(wěn)、省電、美觀,更容易實現(xiàn)要求,對后續(xù)的功能兼容性高,只 需將軟件作修改即可,可操作性強,也易于讀數(shù),采用LCD12864四行十六個字符的顯示,能 同時顯示當前溫度、當前日期、時間以及風扇檔位,更能體現(xiàn)人機對話。
[0152] 方案選擇:
[0153] 故本實施例中的智能節(jié)電型風扇調(diào)速器單元采用LCD12864作為顯示模塊。
[0154] 三、系統(tǒng)實現(xiàn)方法
[0155] 1、總體方案
[0156] 本實施例中的智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。
[0157] 本實施例中的智能風扇單元的軟件流程圖和智能窗戶單元的軟件流程圖分別如 圖3和圖4所示。
[0158] 2、智能窗戶單元
[0159] 2. 1 電機驅(qū)動 LMD18200
[0160] 為了實現(xiàn)對窗體的開關控制,本系統(tǒng)需要米用電機轉(zhuǎn)動模塊。電機傳動模塊的核 心的電機驅(qū)動芯片。本系統(tǒng)采用美國國家半導體公司推出的LMD18200芯片,它是12V直流 供電的電機,專用于直流電動機驅(qū)動的Η橋組件。上面集成有CMOS控制電路和DM0S功率 器件,可以與主處理器、電機和增量型編碼器構(gòu)成一個完整的運動控制系統(tǒng)。典型驅(qū)動直流 電機,有良好的過熱與短路保護功能。
[0161] 圖5是本實施例中LMD18200外形結(jié)構(gòu)以及引腳對應圖,如圖5中所示,LMD18200 芯片的內(nèi)部集成了四個DM0S管,組成一個標準的Η型驅(qū)動橋。通過充電泵電路為上橋臂的 2個開關管提供柵極控制電壓,充電泵電路有一個300kHz左右的工作頻率。可在引腳1、11 外接電容形成第二個充電泵電路,外接電容越大,向開關管柵極輸入的電容充電速度越快, 電壓上升的時間越短,工作頻率可以更高。引腳2、10接直流電機電樞,正轉(zhuǎn)時電流的方向 應該從引腳2到引腳10 ;反轉(zhuǎn)時電流的方向應該從引腳10到引腳2。電流檢測輸出引腳8 可以接一個對地電阻,通過電阻來輸出過流情況。內(nèi)部保護電路設置的過電流閾值為10A, 當超過該值時會自動封鎖輸出,并周期性的自動恢復輸出。如果過電流持續(xù)時間較長,過熱 保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出,當結(jié)溫達到145度時引腳9有輸出 信號。它提供雙極性驅(qū)動方式和單極性驅(qū)動方式。本系統(tǒng)應用雙極性驅(qū)動,即在一個PWM 周期里,電動機電樞的電壓極性呈正負變化。它具有低速運行平穩(wěn)的特點,因此適用于中小 功率直流電動機的控制。圖6是本實施例中LMD18200芯片內(nèi)部電路框圖。
[0162] 2. 2DTH11數(shù)字濕溫度傳感器
[0163] A、單總線數(shù)據(jù)格式:
[0164] DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊 時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以 后擴展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:(一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。)
[0165] B、數(shù)據(jù)格式:
[0166] 8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗和(數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于"8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)"所得結(jié)果的末8位。)
[0167] 其中,圖7是DTH11典型電路接法。用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功 耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的 數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信 號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度 采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。
[0168] 總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須 大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主 機開始信號結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待 20-40us后,讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者 輸出高電平均可,總線由上拉電阻拉高。
[0169] 總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應信號,DHT11發(fā)送響應信號后,再把總線拉 高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù),每一 bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù) 據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示,其中圖8是數(shù)字0信號表示方法,圖9是數(shù)字1信號表 示方法。
[0170] 如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最 后一 bit數(shù)據(jù)傳送完畢后,DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。
[0171] 2. 3結(jié)露傳感器
[0172] 對于雨水的檢測,本實施例中應用HDS05結(jié)露傳感器。它是正特性開關型元件,對 低濕不敏感而僅對高濕敏感,可在不超過IV直流電壓下工作,高溫環(huán)境下有極高敏感性, 響應快,具有開關功能。結(jié)露傳感器里面有一個電阻,相同溫度下,濕度越大,電阻值越大。 為了能夠真實的模擬出下雨時自動窗能夠感應濕度的變化,我們在模擬出下雨時,雨滴滴 到窗臺的情景。測試中,我們用水滴滴到HDS05結(jié)露傳感器的感濕膜上面,實驗測得以下數(shù) 據(jù),如下圖10本實施例中HDS05結(jié)露傳感器的電阻值與相對濕度的特性曲線圖所示。其中, 圖11是本實施例中HDS05結(jié)露傳感器的電路原理圖
[0173] 2. 4藍牙模塊
[0174] BMX-02/03系列藍牙模塊采用CSR BlueCore芯片,配置6_8Mbit的軟件存儲空間, 支持AT指令,用戶可根據(jù)需要更改SPP角色(主從模式)以及串口波特率、設備名稱、配對 密碼等參數(shù),使用靈活。
[0175] MX-03系列藍牙模塊采用插座方式,載板上只需要焊接一個2*6PIN,pitch = 2. 0mm的插針,避免藍牙模塊再次經(jīng)過回流焊接,同時方便客戶更換,適用于WY或小批量 的客戶,大批量客戶同樣適用。
[0176] BMX-03系列管腳說明如下表所示:
[0177]
【權(quán)利要求】
1. 一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),包括智能風扇單元、智能窗戶單元和用戶控制單元,其特征 在于:其中所述智能風扇單元具有根據(jù)周圍環(huán)境、溫濕度的變化,智能控制風扇的開啟、轉(zhuǎn) 速的功能,同時還具有接收外部的用戶控制單元的控制指令對風扇進行控制的功能; 所述智能窗戶單元具有根據(jù)周圍環(huán)境、溫濕度的變化,智能控制窗戶的開啟和閉合,同 時還具有接收外部的用戶控制單元的控制指令對窗戶進行控制的功能; 所述用戶控制單元具有用于接收用戶的語言控制信號,并以無線傳輸?shù)姆绞较蛑悄茱L 扇單元和智能窗戶單元發(fā)送控制指令信號的功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于: 所述的智能風扇單元包括第一從機控制模塊、電源模塊、溫度傳感器模塊、濕度傳感器 豐旲塊、液晶顯不1旲塊、風扇1旲塊, 其中第一從機控制模塊用于接收檢測到的周圍環(huán)境數(shù)據(jù),然后通過預先設計的邏輯關 系,發(fā)送控制指令到風扇模塊; 電源模塊,與第一從機控制模塊相連,并為整個智能風扇單元提供工作電源; 溫度傳感器模塊,與第一從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的溫度,并將監(jiān)測到的 溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降谝粡臋C控制模塊; 濕度傳感器模塊,與第一從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的濕度,并將監(jiān)測到的 濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降谝粡臋C控制模塊; 液晶顯示模塊,與第一從機控制模塊相連,用于顯示周圍環(huán)境的溫度、濕度、以及風扇 的轉(zhuǎn)速; 風扇模塊,與第一從機控制模塊相連,并接收其控制指令控制風扇的開啟及轉(zhuǎn)速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于: 所述的智能窗戶單元包括第二從機控制模塊、電源模塊、溫度傳感器模塊、濕度傳感器 模塊、結(jié)露傳感器模塊、直流電機模塊, 其中第二從機控制模塊用于接收檢測到的周圍環(huán)境數(shù)據(jù),然后通過預先設計的邏輯關 系,發(fā)送控制指令到直流電機模塊; 電源模塊,與第二從機控制模塊相連,并為整個智能窗戶單元提供工作電源; 溫度傳感器模塊,與第二從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的溫度,并將監(jiān)測到的 溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降诙臋C控制模塊; 濕度傳感器模塊,與第二從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的濕度,并將監(jiān)測到的 濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)降诙臋C控制模塊; 結(jié)露傳感器模塊,與第二從機控制模塊相連,用于監(jiān)測周圍環(huán)境的雨水情況,并將監(jiān)測 到的雨水數(shù)據(jù)傳輸?shù)降诙臋C控制模塊; 直流電機模塊,與第二從機控制模塊相連,并接收其控制指令控制窗戶的打開與閉合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于: 所述的智能風扇單元還包括人體信號采集模塊,與第一從機控制模塊相連,用于監(jiān)測 使用者是否在風扇附近; 其中人體信號采集模塊中用到的人體信號監(jiān)測方法包括熱釋電紅外探測方法、紅外線 生命探測方法、音頻采集方法; 采用熱釋電紅外探測方法的人體信號采集模塊包括熱釋電紅外傳感器和菲涅爾透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于: 所述的智能窗戶單元還包括人體信號采集模塊,與第二從機控制模塊相連,用于監(jiān)測 是否有陌生人從窗戶的外側(cè)靠近窗戶; 其中人體信號采集模塊中用到的人體信號監(jiān)測方法包括熱釋電紅外探測方法、紅外線 生命探測方法、音頻采集方法; 采用熱釋電紅外探測方法的人體信號采集模塊包括熱釋電紅外傳感器和菲涅爾透鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于:所述的第一 從機控制模塊、第二從機控制模塊可以使用ARM系列、STM32系列、51單片機系列單片機,所 述的所述用戶控制單元可以使用ARM系列、STM32系列、51單片機系列單片機以及編寫相關 的android應用程序下載到智能手機作為用戶控制單元的主控制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于:所述的智能 風扇單元、智能窗戶單元與用戶控制單元之間的無線信號傳輸可以采用WiFi、藍牙、ZigBee 或者無源RFID,其中藍牙無線傳輸方式中可以使用BMX-02/03系列CSR BlueCore藍牙芯 片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于: 所述的溫度傳感器模塊中使用熱敏電阻作為傳感器或者DS18B20數(shù)字式溫度傳感器; 所述的濕度傳感器模塊中使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于: 所述的風扇模塊包括固態(tài)繼電器和風扇; 所述的液晶顯示模塊可以使用數(shù)碼管或IXD1602顯示模塊或IXD12864顯示模塊完成 顯示功能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的一種智能室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),其特征在于: 所述的直流電機模塊包括電機驅(qū)動和電機,其中電機驅(qū)動采用LMD18200驅(qū)動芯片,電 機可以采用步進電機、直流電機或者直流減速電機; 所述的結(jié)露傳感器模塊采用HDS05結(jié)露傳感器實現(xiàn)周圍環(huán)境的雨水情況的監(jiān)測功能。
【文檔編號】E05F15/71GK104295517SQ201410390757
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】黃偉英, 蔡彬, 楊禮嘉, 鄭家逸, 黃銳 申請人:暨南大學