基于單片機(jī)的城軌車輛客室氣流控制

梁一迪 陳新華 張晨

摘要：城軌交通已成為我國(guó)大中城市的公共交通的重要組成部分，由于城軌車輛客室空間相對(duì)封閉，客流量相對(duì)較大，且感染性病毒傳染性強(qiáng)，迫切需要對(duì)其客室氣流進(jìn)行控制，防范病毒在車內(nèi)的快速傳播。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，采用了單片機(jī)技術(shù)對(duì)新風(fēng)自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提供模擬發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以根據(jù)人流量的變化進(jìn)行監(jiān)控檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)客室氣流的調(diào)控，通過(guò)對(duì)地鐵客室氣流質(zhì)量的改善，有助于防控病毒通過(guò)城軌交通傳播，保障乘客安全。

關(guān)鍵詞：交通工程;單片機(jī);地鐵車廂

1引言

隨著車輛智能化的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)在車輛控制中的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。Xi等[1]研究發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)技術(shù)在車輛空調(diào)的控制中，具有智能化，抗干擾能力強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。He等[2]通過(guò)單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地鐵氣流、振動(dòng)及沖擊等數(shù)據(jù)記錄和列車系統(tǒng)管理功能的智能集成。但目前針對(duì)傳染性疾病時(shí)期城軌車輛客室氣流控制的研究文獻(xiàn)尚比較少，新風(fēng)問(wèn)題很多地鐵仍沒(méi)有引起重視。如江等調(diào)查發(fā)現(xiàn)[3]，廣州地鐵夏季空調(diào)送風(fēng)中細(xì)菌總數(shù)合格率為41.11%、真菌總數(shù)合格率為72.22%，細(xì)菌總數(shù)、真菌總數(shù)的最高濃度分別超出衛(wèi)生部《公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》WS394—2012中所規(guī)定限值的11倍、5倍以上。Liu等[4]研究發(fā)現(xiàn)，空氣中的病毒在一定時(shí)間后會(huì)沉降于物體表面和地面上，如未得到及時(shí)消毒，可以重新懸浮于空氣中，所以室內(nèi)通風(fēng)和有效的消毒措施對(duì)于最大程度地減少病毒傳播至關(guān)重要。本文主要通過(guò)單片機(jī)技術(shù)對(duì)新風(fēng)自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)適配

地鐵通風(fēng)系統(tǒng)需要外部空氣來(lái)控制地鐵系統(tǒng)內(nèi)的溫度，為乘客提供新鮮空氣。車廂上人流量的增加或者減少都會(huì)影響車廂內(nèi)的通風(fēng)情況，最直觀的就是通過(guò)風(fēng)流量進(jìn)行判斷，而決定風(fēng)流量最直接的因素即為“入風(fēng)”和“排風(fēng)”[5]。良好的風(fēng)流量調(diào)控系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)流量，讓固定的風(fēng)在復(fù)雜的人群中快速通過(guò)[6]。這種方式不同于內(nèi)部循環(huán)，可以達(dá)到降低感染的風(fēng)險(xiǎn)?；谝延型L(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出這樣一套基于單片機(jī)的閉環(huán)直流負(fù)反饋控制系統(tǒng)[7]。

2.1正?？蛰d

如圖1所示，定義正常情況下的轉(zhuǎn)速是380r/min，這個(gè)數(shù)字是滿足風(fēng)流量的防控要求的。但是隨著人流量的增加和減少會(huì)發(fā)生一定的變化，因此在頁(yè)面中設(shè)置了兩個(gè)模擬人數(shù)的控制按鈕“加人數(shù)”和“減人數(shù)”。

2.2增加人數(shù)

在人數(shù)增加時(shí)，地鐵內(nèi)的風(fēng)流量不足以達(dá)到平衡時(shí)要求的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)無(wú)動(dòng)力出風(fēng)口風(fēng)扇風(fēng)流量減少時(shí)，轉(zhuǎn)速自然降低。如圖2所示，經(jīng)檢測(cè)，出風(fēng)口轉(zhuǎn)速下降至370r/min，低于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速380r/min。通過(guò)單片機(jī)控制，電信號(hào)傳導(dǎo)到進(jìn)風(fēng)口，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高，進(jìn)風(fēng)口風(fēng)流量迅速增長(zhǎng)，如圖3所示。即使人群更加密集，出風(fēng)口風(fēng)流量依然能夠維持在380r/min左右。人數(shù)增加-無(wú)動(dòng)力出風(fēng)口轉(zhuǎn)速下降-進(jìn)風(fēng)口轉(zhuǎn)速上升-出風(fēng)口轉(zhuǎn)速維持標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)這一系列反饋使地鐵內(nèi)部與外部風(fēng)流交換循環(huán)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，氣流的充分交換使得傳染率降低的目的得以實(shí)現(xiàn)。

2.3減少人數(shù)

在人數(shù)減少后，車廂內(nèi)部的風(fēng)量循環(huán)極度過(guò)剩，能源浪費(fèi)，乘客舒適度降低問(wèn)題凸顯，此時(shí)，單片機(jī)控制就變?yōu)椤叭藬?shù)減少-轉(zhuǎn)速降低”的負(fù)反饋。風(fēng)流量過(guò)剩，出風(fēng)口無(wú)動(dòng)力風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高于380r/min，想要調(diào)控轉(zhuǎn)速就要降低內(nèi)部風(fēng)的流通量，即降低入風(fēng)口動(dòng)力風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。如圖4所示，初始條件下出風(fēng)口轉(zhuǎn)速上升至410r/min，此時(shí)進(jìn)風(fēng)口受到單片機(jī)的控制，將轉(zhuǎn)速調(diào)控到380r/min以下，減少了進(jìn)風(fēng)量。經(jīng)過(guò)調(diào)控后，如圖5所示，出風(fēng)口風(fēng)速下降至標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。此時(shí)不僅達(dá)到了傳染性疾病防控的標(biāo)準(zhǔn)，而且降低了入風(fēng)口風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低能耗，從而實(shí)現(xiàn)了綠色交通。

3結(jié)論

通過(guò)單片機(jī)技術(shù)，可以對(duì)地鐵車廂新風(fēng)自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流量的調(diào)控，能夠適應(yīng)不同載客量時(shí)的通風(fēng)變化需要。

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作者簡(jiǎn)介

梁一迪（2000-），男，漢族，廣東陽(yáng)江人，本科生，北京建筑大學(xué)，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

通訊作者

陳新華（1983-）男，漢族，湖北武穴人，工學(xué)博士，北京建筑大學(xué)，副教授，研究方向：車輛工程。