CN108331377B - 一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种具有自动降温功能的公交站台，包括控制单元、制冷单元、冷却管路、供电***和站台架体。采用旋涡冷却器制冷，其进气端与供气泵相连，热排气端由引导管路引导排出到站台顶棚上方环境中，冷端连接制冷管路；制冷管路采用开孔的盘管结构，与中间隔热层一起固定在顶棚下面，在顶棚上面设置太阳能电池板；摄像头安装于顶棚中心位置，方便判断站台上是否有候车人员；地下交流电桩和太阳能电池板作为供电***，并将交流电整流成直流电为控制单元供电。本发明还公开了一种实现公交站台自动降温的控制方法。本发明专利兼制冷、遮阳功能于一体的新型节能公交站台，为夏季高温下的候车人员带来凉爽。

Description

一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台及控制方法

技术领域

本发明涉及一种公交站台，具体涉及一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台及控制方法。

背景技术

炎热的夏季是一个令多数生活在一线、二线城市的居民头疼的季节，众所周知高温、强紫外线对人体、皮肤都有不可小觑的危害。据新闻报道，特别在过去的一年中，曾发生多起因持续高温、酷热天气导致室外活动人员不幸死亡的事件。城市的人流密集、车流量大，常见到公交站台前站满了候车的人，可见候车环节成为了每个居民生活中的一部分，夏季炎热的高温使得候车人员苦受煎熬。

目前城市中大多见到的公交站台，只是起到遮阳的目的，具有制冷功能的公交站台尚未普及。当站台内候车人数较多时，燥热的站台容易引起候车人员身体不适，特别对于候车时间较长的老年人和儿童来说，他们难以承受煎熬般的酷热天气。因而，发明推广一种具有自动降温功能的站台是非常有意义的，使遭受高温折磨的候车人员得到解放。

近几年杭州试用的喷雾式降温公交站台，利用液体汽化吸热原理降低环境温度，而喷出的细雾易造成喷口处发生滴水现象，易淋湿长时间候车的人员衣服，而本发明推出的具有自动降温功能的节能型公交站台，采用旋涡冷却器制冷，得到温度可达0℃以下的冷却气体，制冷效果更加明显，同时利用冷却气体降温使候车人员无需担心衣服被打湿。

一方面，为降低能耗，配置太阳能电池板，利用绿色能源。另一方面，温度的自动调控***避免了人为干预，使得候车人员安心、舒适地候车。因此，研究一种绿色节能、智能降温的公交站台将有望成为城市交通规划中的一个新方向。

发明内容

本发明提供一种具自动降温功能的公交站台，该站台由控制单元、制冷单元、冷却管路、供电***和站台架体组成，采用旋涡冷却器制冷，可得到0℃以下的冷却气体，制冷效果明显，为候车人员提供凉爽的候车环境。

本发明的技术方案是：一种具自动降温功能的公交站台，其特征是：控制单元包括单片机、测温模块、蓝牙模块、电机驱动器、直流电机、可调电阻、整流器、CCD摄像头、DSP开发板和连接导线；制冷单元由旋涡冷却器和供气泵组成；冷却管路为向下均匀开孔的盘管结构，与中间隔热层一起固定在顶棚下面；顶棚上面铺置太阳能电池板，与地下交流电桩构成供电***。

进一步地，旋涡冷却器为制冷装置，其进气端连接供气泵，压缩空气进入冷却器的涡流管中经涡流交换使能量得以分离，热端产生的热空气由引导管路引导排出到站台顶棚上方的环境中，冷端可产生0℃以下的冷却气体用于制冷。

进一步地，控制单元预先设定的工作时间为早上8点到晚上8点，CCD摄像头安装于顶棚中心位置，利用导线与DSP开发板相连，可将模拟图像信号转化为数字信息采集到DSP开发板中，预先选择无人站台图像对应的数据作为参照对象，并设定一个临界值，如果当前图像数据与参照数据的差值大于临界值，说明站台内有人候车，只有在满足工作时间段内有人候车的条件时，单片机才发出控制信号，启动制冷单元，否则***处于停机状态。

进一步地，单片机的输入端连接测温模块和DSP开发板，并连接蓝牙模块实现与手机通讯，输出端连接继电器线圈、直流电机驱动模块，由电机驱动模块控制直流电机转向，直流电机通过联轴器、减速器、联轴器连接丝杠机构，丝杠与可调电阻的滑动头固定相连，可调电阻与供气泵、继电器触点开关、电源串联构成回路。

进一步地，单片机发出制冷单元启停控制信号，通过继电器驱动线圈通断电来控制继电器触点开或关，控制供气泵启停，达到控制制冷单元运行状态的目的。

进一步地，单片机能够接收测温模块实时传输的温度信号，其内部储存空间能记录温度历史数据，通过蓝牙模块的透传功能，实现单片机与手机端的双向通讯，打开手机APP软件就可查看顶棚下方的环境温度数据，也可通过手机向单片机发送温度设定信号。

进一步地，单片机接收手机端发送的合理温度范围设定值，将其与测温模块传递的温度检测值进行比较，若检测值不在合理范围，单片机发出控制信号，通过调节供气泵的输出功率维持环境温度在合理范围内，若检测温度在合理温度设定范围内，单片机不发出控制信号，制冷装置仍旧按照原来的状态工作。

进一步地，单片机将控制信号发送给电机驱动模块，通过驱动模块控制直流电机正转或反转，由丝杠将轴的旋转运动转换为直线运动形式，进而带动固定在丝杠上的滑动头移动，改变可调电阻的阻值，进而改变供气泵的输出功率，改变旋涡冷却器的进风量，最终达到控制温度的目的。

进一步地，单片机、测温模块、直流电机均采用直流电供电，由整流元件将交流电整流后产生的直流电提供，采用地下电桩为供气泵供电，太阳能电池板设置于站台顶棚上面，为增大有效日照面积，电池板设计有30º倾角，各个单元通过硬件线路连接构成完整电***，整个***由地下交流电桩和太阳能电池板供电。

本发明的有益效果为：本发明绿色环保，可得到0℃以下的冷却气体，制冷效果明显，为候车人员提供凉爽的候车环境。

附图说明

图1为本发明基于旋涡冷却器的制冷公交站台的制冷管路布置示意图；

图2为本发明基于旋涡冷却器的制冷公交站台的供电***示意图；

图3为本发明基于旋涡冷却器的制冷公交站台的结构示意图；

图4为本发明中旋涡冷却器的制冷原理图；

图5为本发明中的冷却管路结构示意图；

图6为本发明设定制冷单元的工作时间的流程图；

图7为本发明控制单元判断是否启动制冷单元的流程图；

图8为本发明中手机与控制单元通讯信息的流程图

图9为本发明中控制单元调节制冷单元功率的流程图；

图10为本发明的供气泵控制电路中的供气泵启停控制电路部分的示意图；

图11为本发明的供气泵控制电路中的变阻模块的机械控制部分的示意图；

图12为本发明的控制单元原理图；

图中：1、站台架；2、太阳能板；3、制冷***安置箱；4、制冷管路；5、热气排出端；6、站台顶棚；7、隔热层；8、制冷器冷端；9、旋涡冷却器；10、供气泵；11、单片机；12、测温模块；13、蓝牙模块；14、直流电机；15、手机端；16、联轴器；17、减速机构；18、丝杠机构；19、变阻模块；20、电桩；21、摄像头。

具体实施方式

为了更加清楚地描述本发明专利，现根据附图详细地对本具有自动功能的公交站台作进一步描述。

图1至图3显示了具有自动降温功能公交站台的整体结构，主要由站台架1、太阳能板2、制冷***安置槽3、制冷管路4、顶棚6和隔热层7组成。制冷***安置槽3位于站台顶棚左下方区域，槽内固定安装控制单元和制冷单元，以求准确获取顶棚下方环境温度，控制单元的测温模块12的测温探头需向外伸出5厘米。顶棚上方安装30º倾角的太阳能电池板2，电池板和地下交流电桩20构成整个降温站台的供电***，由整流元件将交流电整流后产生的直流电为单片机11、测温模块12、直流电机14供电，地下电桩20作为供气泵10的供电装置。冷却管路4与中间隔热层7一起固定在顶棚6下面，隔热层7的作用是阻止顶棚6上方热空气与冷却管路4发生热交换。CCD摄像头21安装于顶棚6下方的中心位置，用来实时获取站台图像，使***自动判断站台内是否有人候车的基础。

图4显示了具有自动降温功能公交站台的制冷原理，旋涡冷却器9为制冷装置，其进气端连接供气泵10，经泵10的泵送作用，将空气加压泵送入旋涡冷却器9，压缩空气以很高的线速度沿切线方向进入旋涡冷却器9的涡流室，经涡流交换使能量得以分离，一部分气体形成涡流后旋转前进，沿涡流管壁的气体与管壁发生摩擦，温度迅速升高，形成的热空气由引导环引导从热端5排出到顶棚6上方环境中，另一部分气体沿中心线返回，形成回流，这部分气体与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生的热交换，使得其温度逐渐降低，形成温度可达0℃以下的冷却气体，最终通过冷排出端8进入制冷管道4，能够有效快速地降低站台顶棚6下方环境温度。

图5显示了具有自动降温功能公交站台的制冷管道结构，制冷管道4布置于隔热层7下面，为向下开有均匀小孔的盘管结构，由左右两个部分组成，且左右管道完全对称，确保站台顶棚6下方区域均匀制冷。制得的冷空气首先由冷端8进入制冷主管，然后均匀分离进入左、右盘管，冷却空气由开孔向下竖直排出，为站台内的候车人员带来凉意。

本实施例中，所述单片机型号为MSP430，测温模块采用型号为DS18B20的数字温度传感器，并采用型号为HC-06蓝牙串口模块实现单片机与手机相互通讯。

下面结合本实施例，对本发明的工作原理作进一步的阐述。应当说明的是，对于本领域的普通技术人员，利用单片机、结合带死区的PID算法实现制冷公交站台的控制降温的方法是容易实现的。因此，本专利对于单片机的具体引脚、电路、编程，以及带死区的PID算法的具体原理不再赘述。

图6-图9为制冷单元控制流程图，可将自动降温站台的控制***由时间设定、图像检测、制冷启停、温度调控四个部分构成。预先设置站台制冷单元的工作时间为早上8点至晚上8点，通过时间查询判断当前时间是否在工作时间段内，若满足该条件，继续检测站台内是否有人员候车，检测原理是通过CCD摄像头21获取当前站台图像，再将模拟图像信号转化为数字信息采集到DSP中，预先选择无人站台图像对应的数据作为参照对象，并设定一个临界值，如果当前图像数据与参照数据的差值大于临界值，说明站台内此时有人候车，并且只有在满足工作时间段内有人候车的前提下，单片机11才发出控制信号，启动制冷单元，否则制冷***始终处于停机状态。单片机11与蓝牙模块13连接，通过蓝牙模块13的透传功能，实现单片机11与手机端15的双向通讯，手机端15可以实时查看环境温度，亦向可单片机11发送温度范围设定信号，单片机11根据设定值与检测值之间的偏差发出相应的控制信号。

图10-图12为制冷单元控制原理图，在制冷单元中，旋涡冷却器9为制冷装置，供气泵10作为制冷装置的供气源，冷却器9进气量的多少决定着冷却气体的产量，直接影响着站台内的环境温度。电源、继电器触点开关、供气泵10和可调电阻19串联构成回路，可通过继电器触点开关的闭合、断开动作来实现制冷单元的启停，通过调节供气泵10的输出功率来控制顶棚6下方环境温度。

当满足工作时间段里站台内有人候车的条件时，单片机11发出启动信号控制继电器驱动线圈得电，使继电器触点开关闭合，电源、继电器触点开关、供气泵10和可调电阻19构成闭合回路，供气泵10泵芯电机开始转动，旋涡冷却器9进气端有压缩空气进入，开始产生冷却气体，制冷单元启动。

制冷单元开始工作后，蓝牙模块13接收手机端15发出的温度范围设定信号，将其传递给单片机11，测温模块12将实时检测的温度信号传递给单片机11作为测量值，单片机11内部采用带死区的PID算法，将设定值与检测值进行比较、计算偏差。当偏差值小于死区宽度时，单片机11无控制信号输出，供气泵10的输出功率保持不变，制冷单元按照原来的状态继续工作；当温度检测值偏高、偏差大于死区宽度时，单片机11向直流电机驱动器发出控制信号，使直流电机14正转，经联轴器16、减速机构17、联轴器16带动丝杠18运动，将轴的旋转运动转换为直线运动形式，牵连固定在丝杠上的滑动头向左移动，减小了电路中可调电阻19的有效阻值，增大了供气泵10的输出功率，增加了冷却气体的产生量，用于进一步降低站台顶棚6下方的环境温度，达到温度检测值维持在合理预设范围内的目的。

Claims (9)

1.一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台，包括站台架（1）、制冷单元、控制单元及供电***，其特征在于：

所述站台架（1）顶部连接站台顶棚（6），站台架（1）内安装制冷***安置箱（3）及电桩（20），站台架（1）上还设有热气排出端（5）；所述站台顶棚（6）下部设有制冷管路（4），制冷管路（4）上方安装隔热层（7），用于阻止站台顶棚（6）上方热量与制冷管路（4）的热交换；站台顶棚（6）顶部安装太阳能板（2），站台顶棚（6）下部安装摄像头（21）；摄像头（21）采用CCD摄像头，摄像头通过导线与DSP开发板相连；DSP开发板的输出端连接单片机（11）的输入端；摄像头（21）对公交站内图像进行实时监控；

制冷***安置箱（3）用于安装制冷单元及控制单元；所述制冷单元包括旋涡冷却器（9）及供气泵（10）；旋涡冷却器（9）的压缩空气进口连接供气泵（10）的压缩空气出口，旋涡冷却器（9）的热空气出口通过管路连接热气排出端（5），旋涡冷却器（9）连接制冷器冷端（8），用于使产生的冷空气进入制冷管路（4）实现制冷；

所述控制单元包括单片机（11）、测温模块（12）及蓝牙模块（13）；单片机（11）的输入端分别连接测温模块（12）的输出端及蓝牙模块（13）的输出端；单片机（11）的输出端分别连接蓝牙模块（13）的输入端及供气泵（10）控制电路的输入端；

所述供电***包括电桩（20）及太阳能板（2）；供电***用于为控制单元及供气泵（10）供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台，其特征在于：所述供气泵（10）的控制电路为包括继电器驱动线圈、继电器触点开关、电源、供气泵（10）及变阻模块（19）的控制电路；单片机（11）的输出端连接继电器驱动线圈，继电器触点开关接入供气泵（10）的供电电路，使单片机（11）通过继电器驱动线圈控制继电器触点开关来实现控制供气泵（10）的启停；所述变阻模块（19）接入供气泵（10）的供电电路，用于调节供气泵（10）的输出功率。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台，其特征在于：单片机（11）的输出端通过直流电机驱动器连接直流电机（14），直流电机（14）通过减速机构（17）连接丝杠机构（18），丝杠机构（18）与变阻模块（19）的滑动头固定相接，用于使单片机（11）通过控制直流电机（14）调节变阻模块（19）的电阻值。

4.根据权利要求1所述的一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台，其特征在于：所述制冷管路（4）按照蛇形管路布置，制冷管路（4）下部设置80个以上的大小均匀的气孔；制冷管路（4）为两段相互对称的蛇形管路，用于使冷空气自制冷器冷端（8）均匀进入两段相互对称的制冷管路（4）。

5.一种用于权利要求1~4任一项所述的基于旋涡冷却器的制冷公交站台的控制降温的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据时间查询结果，判断当前时间是否处于预设的工作时间内；以及，根据图像检测结果，判断公交站台是否被人使用；若当前时间处于工作时间、且图像检测结果显示公交站台正在被人使用，则制冷***启动；否则，制冷***处于关闭状态；

2）将采集到的实时温度检测值与温度设定范围进行比较；若温度检测值大于设定范围最大值，增大供气泵输出功率；若检测值小于设定值范围最小值，减小供气泵输出功率；若检测值在设定范围内，保持供气泵输出功率不变。

6.根据权利要求5所述的一种用于基于旋涡冷却器的制冷公交站台的控制降温的方法，其特征在于：摄像头（21）采用CCD摄像头，摄像头通过导线与DSP开发板相连，将图像数据采集到DSP开发板中；DSP开发板的输出端连接单片机（11）的输入端，实现单片机（11）对摄像头（21）采集图像中公交站台是否被人使用的判断；摄像头（21）对公交站内图像进行实时监控；预先选择无人使用时站台图像对应的数据作为参照对象，并设定一个阈值，如果当前图像数据与参照数据的差值大于阈值时，则判断公交站内有人正在候车。

7.根据权利要求5所述的一种用于基于旋涡冷却器的制冷公交站台的控制降温的方法，其特征在于：通过蓝牙模块（13）的透传功能，实现单片机（11）与手机端（15）的双向通讯；单片机（11）可以通过蓝牙模块（13）向手机端（15）发送测温模块（12）测得的环境温度数据；手机端（15）也可以通过蓝牙模块（13）向单片机（11）发送温度设置信号。

8.根据权利要求7所述的一种用于基于旋涡冷却器的制冷公交站台的控制降温的方法，其特征在于：所述步骤2）将采集到的实时温度检测值与温度设定值进行比较；单片机（11）将接收的手机端（15）发送的合理温度范围作为设定值，将其与测温模块（12）传递的温度检测值进行比较，若检测值不在该合理温度范围设定值内，单片机（11）发出控制信号，通过调节供气泵（10）的输出功率维持环境温度在合理范围内；若检测值处于该合理温度范围设定值内，单片机（11）不发出控制信号，供气泵（10）保持当前状态工作。

9.根据权利要求8所述的一种用于基于旋涡冷却器的制冷公交站台的控制降温的方法，其特征在于：制冷单元开始工作后，蓝牙模块（13）接收手机端（15）发出的温度范围设定信号，将其传递给单片机（11）；测温模块（12）将实时检测的温度信号传递给单片机（11）作为测量值，单片机（11）将设定值与检测值进行比较、计算偏差，制冷公交站台基于带死区PID控制实现自动降温；

当偏差值小于死区宽度时，单片机（11）无控制信号输出，供气泵（10）的输出功率保持不变，制冷单元按照原来的状态继续工作；

当温度检测值偏高、偏差大于死区宽度时，单片机（11）向直流电机驱动器发出控制信号，使直流电机（14）正转，经联轴器（16）、减速机构（17）带动丝杠机构（18）运动，将轴的旋转运动转换为直线运动形式，牵连固定在丝杠上的滑动头移动，减小了电路中变阻模块（19）的有效阻值，增大了供气泵（10）的输出功率，增加了冷却气体的产生量，用于进一步降低站台顶棚（6）下方的环境温度，达到令温度检测值维持在合理预设范围内的目的。

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