基于單片機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封閉，客流量相對較大，且感染性病毒傳染性強，迫切需要對其客室氣流進行控制，防范病毒在車內的快速傳播。在現有基礎上，采用了單片機技術對新風自動調控系統進行了設計，提供模擬發現，該系統可以根據人流量的變化進行監控檢測，實現客室氣流的調控，通過對地鐵客室氣流質量的改善，有助于防控病毒通過城軌交通傳播，保障乘客安全。

關鍵詞：交通工程;單片機;地鐵車廂

1引言

隨著車輛智能化的發展，單片機技術在車輛控制中的優勢越來越明顯。Xi等[1]研究發現，單片機技術在車輛空調的控制中，具有智能化，抗干擾能力強，操作簡單，性價比高等優點。He等[2]通過單片機技術實現了地鐵氣流、振動及沖擊等數據記錄和列車系統管理功能的智能集成。但目前針對傳染性疾病時期城軌車輛客室氣流控制的研究文獻尚比較少，新風問題很多地鐵仍沒有引起重視。如江等調查發現[3]，廣州地鐵夏季空調送風中細菌總數合格率為41.11%、真菌總數合格率為72.22%，細菌總數、真菌總數的最高濃度分別超出衛生部《公共場所集中空調通風系統衛生規范》WS394—2012中所規定限值的11倍、5倍以上。Liu等[4]研究發現，空氣中的病毒在一定時間后會沉降于物體表面和地面上，如未得到及時消毒，可以重新懸浮于空氣中，所以室內通風和有效的消毒措施對于最大程度地減少病毒傳播至關重要。本文主要通過單片機技術對新風自動調控系統進行了設計。

2通風系統自動適配

地鐵通風系統需要外部空氣來控制地鐵系統內的溫度，為乘客提供新鮮空氣。車廂上人流量的增加或者減少都會影響車廂內的通風情況，最直觀的就是通過風流量進行判斷，而決定風流量最直接的因素即為“入風”和“排風”[5]。良好的風流量調控系統可以通過調節風流量，讓固定的風在復雜的人群中快速通過[6]。這種方式不同于內部循環，可以達到降低感染的風險。基于已有通風系統，設計出這樣一套基于單片機的閉環直流負反饋控制系統[7]。

2.1正常空載

如圖1所示，定義正常情況下的轉速是380r/min，這個數字是滿足風流量的防控要求的。但是隨著人流量的增加和減少會發生一定的變化，因此在頁面中設置了兩個模擬人數的控制按鈕“加人數”和“減人數”。

2.2增加人數

在人數增加時，地鐵內的風流量不足以達到平衡時要求的風扇轉速，當無動力出風口風扇風流量減少時，轉速自然降低。如圖2所示，經檢測，出風口轉速下降至370r/min，低于標準轉速380r/min。通過單片機控制，電信號傳導到進風口，使風扇轉速提高，進風口風流量迅速增長，如圖3所示。即使人群更加密集，出風口風流量依然能夠維持在380r/min左右。人數增加-無動力出風口轉速下降-進風口轉速上升-出風口轉速維持標準值，通過這一系列反饋使地鐵內部與外部風流交換循環達到標準，氣流的充分交換使得傳染率降低的目的得以實現。

2.3減少人數

在人數減少后，車廂內部的風量循環極度過剩，能源浪費，乘客舒適度降低問題凸顯，此時，單片機控制就變為“人數減少-轉速降低”的負反饋。風流量過剩，出風口無動力風扇轉速高于380r/min，想要調控轉速就要降低內部風的流通量，即降低入風口動力風扇的轉速。如圖4所示，初始條件下出風口轉速上升至410r/min，此時進風口受到單片機的控制，將轉速調控到380r/min以下，減少了進風量。經過調控后，如圖5所示，出風口風速下降至標準轉速。此時不僅達到了傳染性疾病防控的標準，而且降低了入風口風機轉速，降低能耗，從而實現了綠色交通。

3結論

通過單片機技術，可以對地鐵車廂新風自動調控系統進行設計，實現風流量的調控，能夠適應不同載客量時的通風變化需要。

參考文獻

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[7]SUN Xiao-chun.Design of Intelligent Power Limiter Based on Microcomputer[J].Natural Science Journalof Hainan University.2014.Vol.32. No.2.142-146.

基金項目

北京市自然科學基金委員會-北京市自然科學基金面上項目（No.820 2015）;

北京市委組織部-北京市優秀人才培養資助青年骨干個人項目（No.20 17000020124G005）;

北京建筑大學-北京市市屬高校基本科研業務費項目（No.X18253）;

北京建筑大學-北京建筑大學特別委托項目（No.00331615028）;

北京建筑大學-城市軌道交通車輛服役性能保障北京市重點實驗室開放基金項目（No.06080915001）。

作者簡介

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

通訊作者

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