CN110696857B - 一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制系统。本发明包括置于每节车厢上的主控制器、载客饱和度信号灯、中央控制板、风机分控制器和柔性点阵式智能触控地毯。所述的柔性点阵式智能触控地毯铺设于车厢内，所述的柔性点阵式触控地毯是由多个测试单元构成，每个测试单元由两个薄膜压力传感器组成。本发明通过计算响应的压力传感器数目，反推人数，从而较为快速准确的测量车厢内的人群密度。通过关门时测得的人群密度调控风机档位，较为精确的按需调整车厢内的新风量，改善车厢内的空气质量以及车厢内的卫生状况和环境的舒适性。

Description

一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制系统

技术领域

本发明涉及地铁人流监测技术领域，特别涉及一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制系统。

背景技术

新风量是指室内新鲜空气的总量，一般情况下，常规地铁新风系统的送风量通常是按照国标规范的设计值提前确定并按定风量供给，这会导致乘客少的地铁车厢新风送风量过多，而在乘客多的地铁车厢新风送风量不足而造成车厢太闷。

人体呼吸作用产生的二氧化碳是地铁车厢空气的主要污染物，研究发现地铁车厢内二氧化碳含量与人员密度呈正相关关系。如果人们长期处在新风量不足、二氧化碳超标的环境中，就容易出现胸闷、疲劳、头痛等症状，而且还会引发神经系统、呼吸系统相关的疾病。由于地铁车厢不同时段乘客流量会发生变化，需要尽可能保证新风量的供给满足实际需求，则需要在尽可能少的消耗能源的基础上提高空气的质量，降低二氧化碳的浓度。

此外目前大多数的新风控制系统基本上都采用二氧化碳浓度指标为监测标准，通过在地铁车厢上放置检测相应的传感器，根据监测到的二氧化碳浓度改变地铁车厢的新风量。该方法虽然比计算乘客所需的新鲜空气量或换气次数的方法更精确，但是同样存在反应较慢的问题，使得传感器提供的测试数据无法准确表征车厢实际运行中的二氧化碳浓度。所以急需提出一种带有高效反馈功能的人群密度测试系统，并将人群密度变化数据与新风系统风量调节联动，从而满足车厢内部微环境中乘客的实际新风量需求，为新风系统电源驱动模块的技术升级以及实时风量调节提供数据依据。

已有专利提出了通过在桌椅下方布置压力传感器检测人群数量，再控制新风系统调节风量的方法。但该方法仅适合针对桌椅上一一对应的所坐人数获得检测数据。而对于地铁车厢的实际运行环境，相比确定的桌椅位置区域，非座位区域的中间走道、车门附近、车厢连接处通常会聚集大量乘客，尤其在乘车高峰时段，很容易由于人群拥挤引起人群重叠、不同站姿的双脚踩压跨度距离、压力传感器的铺设密度、压力检测地板拼接连接的装配间隙等因素，产生人群数量检测误差。因此，很难直接采用已有专利中提到的根据已知桌椅位置一一对应布置压力传感器的压力定位方法，来准确获得非桌椅位置区域的人群密度信息。同时，也使得如何采用压力传感器准确获得包括车厢内非桌椅区域的人群分布区域定位、人群密度、车厢载客饱和度等检测数据成为重点和难点问题。

目前大多数的人群检测技术使用的是按划分的区域去测人数，但是考虑到人群站姿的不同，此方法存在一定的缺陷，故需要提出一种可以避免因人群站姿不同而导致测得数据包含误差的人群密度检测方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制系统。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括置于每节车厢上的主控制器、载客饱和度信号灯、中央控制板、风机分控制器和柔性点阵式智能触控地毯。

所述的柔性点阵式智能触控地毯与所述的主控制器连接，主控制器与中央控制板、风机分控制器连接；中央控制板控制新风机以及载客饱和度信号灯，所述的载客饱和度信号灯设置在车厢屏蔽门上。

所述的柔性点阵式智能触控地毯铺设于车厢内，所述的柔性点阵式触控地毯是由多个测试单元构成，每个测试单元由两个薄膜压力传感器组成，柔性点阵式触控地毯内的薄膜压力传感器之间的间距不超过成年人脚面宽度；每个薄膜压力传感的尺寸跨度为8.4～11.2cm，通过所述的车厢内所有薄膜压力传感输出确定当前车厢的人群密度；

所述的人群密度数据发送给风机分控制器，风机分控制器通过中央控制板实现按需送风。

进一步说，还包括上位机，所述的上位机位于地铁车厢内，用于采集各节车厢上主控制器的数据，该数据通过上位机上传至数据库，所述的数据库与地铁总控制中心连接。

一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制方法，上述的新风控制系统，包括以下步骤：

A、地铁进站车厢开门后，主控制器开始时长为60s的倒计时，所述柔性点阵式智能触控地毯每15s检测一次数据，并发送至主控制器；

B、所述主控制器通过人群密度算法计算得到当前车厢的人群密度，依据人群密度确定所述载客饱和度信号灯显示颜色，不同颜色表示不同程度的载客饱和度，用于引导候车乘客。

C、车厢在60s关门后，所述每节车厢内主控制器得到最后一次人群密数据，主控制器依据人群密数据确定新风机运行风量大小，并将控制数据发至风机分控制器，风机分控制器通过中央控制板实现按需送风。

所述的人群密度算法具体是：统计当前车厢内所有传感器的输出，确认有输出信号的传感器数量，将该数量除以4倍的当前车厢面积，即可得到当前车厢内的人群密度。

本发明的有益效果：通过本发明的测量方法：通过计算响应的压力传感器数目，反推人数，从而较为快速准确的测量车厢内的人群密度。通过关门时测得的人群密度调控风机档位，较为精确的按需调整车厢内的新风量，改善车厢内的空气质量以及车厢内的卫生状况和环境的舒适性，且在一定程度上避免了能源的浪费。

附图说明

图1是系统流程图；

图2是风机控制流程图；

图3是系统模块连接图；

图4是智能地毯传感器电路图；

图5智能地毯的坐标定位；

图6是数码管控制电路图；

图7是信号指示灯控制电路图；

图8是风机控制电路图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，下面结合系统流程图即附图1、风机控制流程图2和具体电路来进一步详细说明。

本发明的最小控制器为STM32F103ZET6单片机，各个模块连接图如图3所示，其中具体实物电路集成在中央控制板上。

步骤1：当列车到站开门时通过智能地毯采集最小单元的人群密度。

在本步骤中，智能地毯的最小工作模块为压力薄膜传感器，工作原理为：在压力传感器受到的压力大于阈值时导通，否则断开。信息采集电路如附图4所示，2片薄膜压力传感器为1个测试单元区域，当某处传感器因无压力或压力未到达阈值而断开时，单片机通过图4中的排针接口读取相应传感器处的电压值为高电平“1”，否则为低电平“0”。

智能地毯为柔性材质，为了实现压力源的定位，系统中的智能测试地毯首先依据乘客的占位面积，得到薄膜压力开关在测试面板上的铺设密度，以2片压力开关为最小测试单元，最小测试单元的尺寸为成年男子的脚面大小。根据数据统计，成年男子的脚码80％以上处于41～43码，按照鞋码对照表得出，42码的脚面大小为27cm X 6cm，因穿上鞋后，脚面会适当增大，故压力传感器的尺寸设置为边长为6～8cm矩形，其最长尺寸跨度为8.4～11.2cm，且相邻的两片传感器间距不超过成年人脚面宽度，若干测试单元按照阵列铺设方式，围合成最小区域，形成柔性点阵触控智能定位面板即附图5。然后通过测得响应的压力传感器数目，将数目除以2则得到脚的只数，再除以2即可得到人数，最后除相应的区域面积得到人群密度。即将响应的传感器数目除以4倍相应区域的面积，既可得到相应区域的人群密度。

上述测量方式避免了目前技术中，按照区域测人数由于人群站姿不同，而引起的测量误差，也避免了当前技术中，测量结果受限于传感器所铺设的物体体积较大或灵活性教差，引起的测量结果偏小的误差，且该技术具有环境鲁棒性好、持久性强、无负担性，定位精度高等优点，应用于室内定位系统可弥补其他定位技术的不足。

步骤2：单片机发送八位二进制码到倒计时电路即附图6，通过数码管显示关门倒计时，提醒乘客关门时间。

在本步骤中，单片机每过一秒发送八位二进制码传送到CD4511，分别为十位的四位二进制码以及个位的四位二进制码，由CD4511进行解码并驱动共阴数码管进行倒计时提醒乘客换乘时间。

步骤3：单片机采集“0”，“1”数据汇总计算后与已设定的人群密度等级比较，控制车厢上的人群密度信号灯。

在本步骤中，控制电路图如附图7所示，向三个引脚中相应的一个发送高电平信号输送到运放，其余两个为低电平，高电平信号LM358运算放大器放大后，达到13.5V，处于信号灯驱动所需的电压值12～24V范围内，即驱动了相应颜色的信号灯。

步骤4：将地铁开门的总时长均分为四个时间点，在每个时间点重测一次数据，并将信号灯实时更新，此过程耗时极短（100ms以内）。

步骤5：在列车关门时刻单片机测最后一次数据，并将此次数据执行步骤3，同时控制风机的转速，实现车厢内不同人群密度的新风量调控，即实现一个车厢内新风量大小的分调控，此方法可以避免人群未上完测得的数据偏小以及由于地铁列车启动造成失重导致测得的数据存在误差等缺陷。

在本步骤中，控制风机的电路如附图8，单片机通过内部12位DAC输出不同的电平值信号，设定值为高档：2.8V,中档：2.3V，低档：1.8V。经过LM358运放放大约四倍后达到所需要的不同电平值，将此电平值通过MJE13009三极管进行功率放大从而获得大电流的输出能力，驱动相应的风机，实现风机的实时按需分档调控。

步骤6：单片机将最后一次采集的“0”,“1”信号按照一定的顺序编码，发送至上位机。

在本步骤中，单片机与上位机之间的通讯协议，采用串口通讯协议实现异步半双工通信，可以在1秒内完成数据的传输。

步骤7：上位机接收到单片机的信号后进行相应的解码，并将解码后的数据发送至数据库。

步骤8：车厢到达下一站，重复步骤1。

Claims (3)

1.一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制系统，包括置于每节车厢上的主控制器、载客饱和度信号灯、中央控制板、风机分控制器和柔性点阵式智能触控地毯，其特征在于：

所述的柔性点阵式智能触控地毯与所述的主控制器连接，主控制器与中央控制板、风机分控制器连接；中央控制板控制新风机以及载客饱和度信号灯，所述的载客饱和度信号灯设置在车厢屏蔽门上

所述的柔性点阵式智能触控地毯铺设于车厢内，所述的柔性点阵式智能触控地毯是由多个测试单元构成，每个测试单元由两个薄膜压力传感器组成，柔性点阵式智能触控地毯内的薄膜压力传感器之间的间距不超过成年人脚面宽度；每个薄膜压力传感器的尺寸跨度为8.4～11.2cm，通过所述的车厢内所有薄膜压力传感器输出确定当前车厢的人群密度；所述的人群密度数据发送给风机分控制器，风机分控制器通过中央控制板实现按需送风；

所述的人群密度计算如下：

2.根据权利要求1所述的一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制系统，其特征在于：还包括上位机，所述的上位机位于地铁车厢内，用于采集各节车厢上主控制器的数据，该数据通过上位机上传至数据库，所述的数据库与地铁总控制中心连接。

3.一种随地铁车厢载客饱和度智能调节的新风控制方法，采用权利要求1所述的新风控制系统，包括以下步骤：

A、地铁进站车厢开门后，主控制器开始时长为60s的倒计时，所述柔性点阵式智能触控地毯每15s检测一次数据，并发送至主控制器；

B、所述主控制器通过人群密度算法计算得到当前车厢的人群密度，依据人群密度确定所述载客饱和度信号灯显示颜色，不同颜色表示不同程度的载客饱和度，用于引导候车乘客；

C、车厢在60s关门后，所述每节车厢内主控制器得到最后一次人群密数据，主控制器依据人群密数据确定新风机运行风量大小，并将控制数据发至风机分控制器，风机分控制器通过中央控制板实现按需送风；

所述的人群密度算法具体是：统计当前车厢内所有传感器的输出，确认有输出信号的传感器数量，将该数量除以4倍的当前车厢面积，即可得到当前车厢内的人群密度。