车载智能通风系统设计

车载智能通风系统设计（精选7篇）

车载智能通风系统设计 第1篇

近年来,随着城市公交事业的迅速发展,国内公交车报站的方式已经有了很大改善,由传统的售票员喊话报站逐渐变为驾驶员使用报站器手动报站。虽然手动报站器使用比较方便,但是因为驾驶员需要在保证安全驾驶的前提下进行报站,所以经常出现报站不及时,甚至错报、漏报的现象,而且让驾驶员在驾驶过程中进行报站也存在安全隐患。采用自动报站的方式可以大大减轻驾驶员的工作量,促进公交系统的现代化进程。要实现自动报站,需要实时测出公交车的位置,以确定公交车是否已经到达站点。利用GPS可以确定公交车的地理位置,只需把当前位置同公交站点的位置数据(经、纬度)相比较,就可以知道公交车是否到达站点,使得报站系统具有一定的智能性。这种基于GPS的智能报站系统能够杜绝驾驶员驾驶过程中因兼顾报站器而带来的隐患特别适合因汽车行业高速发展而导致交通问题日益严峻的我国国情,还可以在重点线路上加入对城市景点风貌的相关介绍。该系统在GPS导航领域和商业领域都有着非常大的潜力,具有广阔的发展前景。

1 系统方案

基于GPS的公交车智能报站系统是移动通讯技术和GPS技术的结合,整个系统由S3C24l0 ARM9(进阶精简指令集机器)开发板、SIM548C GPS/GPRS模块、语音播报模块、AT89S52单片机以及OCMJ5X10B的LED(发光二极管)背光宽温黄绿屏等器件组成。GSM/GPS模块由GPS分模块与GSM(全球移动通讯系统)分模块组成。GPS模块负责GPS数据接收。公交车在行进过程中,GPS模块的实测信息同已存储的位置信息进行比较即可进行自动报站,无需人为干预,还可实现在固定位置播放某些特定信息如乘车提示广告信息等模块用于公交车与调度室之间的数据通讯,实现公交车的联合调度,实现调度中心对公交车的调度功能。语音播报模块负责语音播放,提供进出站以及提示信息等语音的播放。单片机模块控制按键扫描以及LCD显示。

1.1 硬件设计

系统硬件部分主要由S3C2410 ARM9开发板、GPS/GSM模块、功放模块、显示模块、语音播放模块及相应的外围电路组成。GPRS模块和GPS模块均通过RS232(串口)与ARM处理器相连,而LCD(液晶显示器)模块则由单片机控制通过串口与ARM通讯,语音播放模块通过IIS(InterIC Sound)、SPI(串行外设接口)与ARM通讯。硬件连接方式如图1所示。

GSM/GPS模块采用SIMCOM公司的GPS/GSM模块,该模块是一款四频GSM/GPRS(通用分组无线服务技术)无线模块,同时支持SiRF Star III AGPS技术。GSM/GPRS与AGPS技术的整合使得该模块可以满足GPS跟踪、导航、车辆船舶等设备和资产的监控管理以及其他GPS的应用。键盘扫描和屏幕显示由单片机做数据处理。键盘显示板主要实现键盘扫描、液晶屏幕的显示并与ARM处理器模块进行通讯。硬件系统整体框图如图2所示。

1.2 软件总体设计

系统的主要功能由控制采用语言进行编程,采用多线程处理相关功能模块。执行相关过程如下:系统初始化完成后,依据GPS定位信息和系统存储的线路信息计算位置、报站和读取相关信息,并由ARM控制车内的显示模块进行显示、语音播放以及向数据中心进行数据传送。

2 设计实现

2.1 系统初始化

在系统运行之前,必须用软件程序对各部分进行初始化。初始化包括以下几个部分:

(1)ARM以及系统初始化;

(2)显示按键模块初始化;

(3)外部器件、接口初始化:主要是GPS、GPRS和语音芯片等设备的初始化;

(4)软件系统的初始化:设置全局变量、指针和数组、数据结构以及公交信息初始化。

系统软件部分主要是在主程序中检测GPS信息,确定公交车当前的地理位置,然后决定是否播放语音信息。同时还需要实现按键所要求的功能,如切换到手动播报等。本系统的软件部分开发工作是基于Linux开发环境实现的。根据系统要完成的功能和各个模块的运行情况,主程序部分采用了多线程以及消息队列的方式,可以及时接收GPS数据。因为只使用GPRMC帧的数据,串行通讯的数据量不大,通讯及数据处理过程比较快,系统能够及时播放报站及其他语音信息。公交车途经的各站点的经纬度数据需要预先测量好,并存放到系统的数据区,作为对比参考使用。GPRS的信息通过串行口传递,采用查询法,按键也使用查询方式进行接收,以确定按下的是哪个功能键。软件采用C语言编写,调试成功后烧录到Flash中,实现脱机运行。

2.2 GPS模块

由于该GPS模块设置信息掉电丢失,在每次系统启动时均要对该GPS模块进行初始化。将模块设置成每秒钟输出一次GPS信息。

系统启动后,模块接收GPS信息,然后解析出GPS信息,根据解析出来的经纬度信息与数据区中存储的站点信息比较,计算出实际距离。如果距离到达阀值时,启动GPS报站中断。

该GPS模块接收模块遵循NMEA.0183协议,可以输出多种格式的数据帧,均以“MYM”开头。输出数据采用的是码字符内容包含了纬度经度、速度、日期、航向及卫星状况等信息。帧格式达10余种,该系统所使用的仅限于$GPRMC定位数据帧格式。

系统启动后,通过串口对GPS模块进行设置,由于系统对实时性要求不高,将GPS设置为每秒钟输出一次RMC数据。提取GPRMC语句的思路是设置一个数据缓冲区,把接收到的GPS数据都放入这个缓冲区,当缓冲区满了的时候就在缓冲区中查找是否接受到GPRMC定位语句,如果没有接收到则重新接收GPS数据。如果找到了GPRMC定位语句则还要判断该语句在缓冲区中的位置离缓冲区的最大字节数是否大于62个字节(因为本程序中需要的GPRMC定位语句所包含的字节数为62),然后通过多程序提取相关经纬度、时间和速度等信息并通过数据处理线程进行相关处理。系统工作流程如图3所示。

2.3 GPRS无线通讯模块

由于GSM模块内嵌TCP/IP协议,可以直接调用AT命令与服务器通过TCP、UDP通讯。无线通讯分为上行数据转换模块和通讯模块2个模块。

上行数据转换模块的主要功能是把接收到的GPS数据或是相关的状态信息转换成约定好的数据格式以便同主信息中心的通讯。该模块会判断需要转换的数据是GPS数据信息还是相关状态信息或是二者都有,然后选择相应的转换程序。由上面的介绍可以知道接收到的GPS数据都是顺序存放在数据缓冲区当中的,需要什么数据就到缓冲区中相应的位置提取就可以了。数据都是以字符形式存放的,所以实际要用的时候必须先转换成整形数据。下行数据转换模块的功能与上行数据转化模块的功能相反,它将主信息中心发送的命令进行识别后发送给车载终端,并通知用户界面模块显示。

通讯模块的主要任务是完成车载终端与监控中心的通讯,它既可以通过GPRS网络实现与主信息中心的无线通讯。如果车载终端与上位机的距离隔的很远可以直接通过GPRS网络与监控中心进行连接,而且通过SIM548C模块连接GPRS网络与监控中心连接也非常方便只需向模块发送几条AT命令就可以了,但是监控中心必须有因特网的固定IP。启动车载终端的同时SIM548C模块也会被启动,这是模块会自动连接上GPRS网络进入命令模式。拨号成功以后就连接上了GPRS网络了,然后对与SIM548C模块连接的串口进行读写操作就可以实现与监控中心的无线通讯。

在测试中发现,由于无线信号存在差异,在某些网络信号较差的地方容易与主信息中心失去网络连接。为解决这一问题,在系统中采用多线程监视网络连接状态,一旦失去网络连接,立即与主信息中心重新连接。

2.4 语音播放模块

语音播放采用飞利浦SPI接口音频芯片,驱动为Linux下的声卡设备。通过S3C2410 SPI控制音频芯片,通过IIS传送音频数据,最终将音频芯片驱动成系统下的标准声卡设备。

在语音报站时,需要为公交车上的喇叭提供语音信号,功放电路采用MAXIM功放模块,该功放模块采用单端输入的方式,输入的负端直接接地。

该功放模块为单声道/立体声、D类音频功率放大器,能向8Ψ立体声负载提供高达221 W功率,或向单声道4Ψ负载提供高达142 W功率,效率高达87%。该功放模块兼具D类放大器的效率和AB类放大器的性能,无需大体积散热器,降低了功耗。该功放模块采用+10～+18 V单电源供电,可驱动BTL配置的负载。

用于播放报站、广告和信息等语音的播放器选用基于开源的播放器,在源代码的基础上进行修改,形成适合播放短小音频的播放线程,为系统体统音频播放功能。

2.5 显示按键模块

键盘扫描和屏幕显示由51单片机做数据处理。键盘显示板主要实现键盘扫描、液晶屏幕的显示并与ARM处理器模块进行通讯。

显示按键模块通过串口与数据处理模块通讯,将扫描到按键发送给数据处理模块进行处理,同时接受数据处理模块的显示数据命令,在相应的液晶屏幕位置显示数据,从而实现车载报站系统的人机交互功能,实现公交车的调度管理功能。

基于GPS和GPRS的公交自动报站系统,具定位功能,GPRS无线通讯功能,能实现自动报站、调度、信息收发和中心通讯,具有USB接口等优点。大大降低了公交员工的劳动强度,提高了公交管理的科学性。

3 结束语

公交车载GPS智能报站系统采用GPS定位技术、无线通讯技术,具有体积小、播报准确等特点。能实现自动报站、调度、信息收发和中心通讯等功能。通过USB接口可使系统存储多条线路,方便公交车临时更换运营线路利用按键和广播等作为人机交互界面,方便乘客接收相关信息;可提供广告等增值业务。系统为建立完整的智能公交调度管理系统提供了关键的公交车载系统。

参考文献

[1]SamsungElectronics.User’s Manual S3C2410X 32-Bit RISCMicroprocessor[S],2003.

[2]SIM548C ARC V1.00芯讯通无线科技有限公司[S],2008.

[3]UDA1345手册Phillips[S],2002.

一种智能公交车载系统的设计 第2篇

关键词：车载系统,温度检测,湿度检测

0 引言

随着工业不断发展、城市化进程的加快,城市温度明显升高。公交汽车是城市中一种常见的交通工具,是人们日常出行的重要工具。由于气温升高,公交汽车司机会根据当日的温度,手动开启公交车上的空调。这种由人工开启空调的方法有很大弊端司机的主观性。由于司机没有正确判断车内实际的温度,在需要开启空调时没有开启空调,导致乘客在车内热晕的事件不断发生。为了解决这一问题,本文提出一种新型智能开启空调的公交车载系统。该系统由主控模块、温度检测模块、空气湿度检测模块和自动报站模块组成。通过在公交车内安装温度检测模块,来检查车内温度情况,根据车内温度来决定是否开启空调;单单以温度作为开启空调的依据是不够的,因为人体在高湿度的环境下,才会产生不适[1]。所以本设计方案中加入了空气湿度检测装置来检测车内的空气湿度。当车内温度没有达到,而车内的空气湿度达到开启空调条件的情况下,也可开启空调以及自动报站[2]等功能。

1 系统硬件设计

空调智能开启车载系统由主控模块、温度检测模块、湿度检测模块和自动报站模块组成,其系统框图如图1所示。温度检测模块和湿度检测模块循环检测车内的温度和湿度,若温度或湿度超过预先设定的阈值时,系统将开启空调。

1.1 温度检测模块设计

温度检测模块主要由三个部分组成:温度传感器,小信号放大电路和A/D转换器。温度传感器是整个模块的核心,常用的温度传感器主要是热敏电阻等测温元件。考虑到该系统为公交车载系统,因此我们需要的传感器应该具有体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单、抗干扰的特点,因此选择美国DALLAS半导体公司推出DS18B20温度传感器[3]。

温度检测模块的设计电路如图2所示:U1是DS18B20温度传感器,A和B引脚是信号输出,A引脚接电源,B引脚与地之间串一个200k的采样电阻,其作用是将人体电阻转成电压输出,在放大电路中,放大倍数为我们选取R3=R2,所以放大倍数为2,运放和A/D输入端相连。最后通过电阻和温度的关系,计算出车内的温度。

1.2 湿度检测模块设计

温度检测模块的设计电路如图3所示:湿度传感器选用Humirel公司的HM1500,其内部电路是由HS1101型湿敏电容构成的桥式振荡器、低通滤波器和放大器组成[4]。该电路为差分式减法电路,用电阻R3=R6=2.4kΩ,R2=R7=2kΩ调节增益,HM1500检测到湿度相对应的电流信号,并输出。TL431为差分的另一端的输入Vs提供电压,通过分压后可获得1.0V左右的电压。输出电压的计算公式如下:

当电压在1到4伏之间变化时,输出电压为0到2.5伏之间,通过电阻R1消除湿度传感器的零点误差。

1.3 自动报站模块设计

语音录放器方框图如图4所示。自动报站模块包括:语音芯片模块、控制模块、电源模块、输入输出模块和音频功放模块,对公交本系统采用ISD4004语音芯片[5]。ISD4004-08M芯片为电路的核心,完成车站站名的录音和放音的功能。采用芯片LM386对音频放大,以提高报站的音量。

1.4 主控电路设计

主控模块由单片机Atmega16L和外围电路组成。Atmega16L是一块8位单片机,其特点是处理速度快,采用RISC指令系统,具有接近1MIPS/MHz的高速处理能力,其执行速度比同机器周期51系列单片机快12倍,而且可以用C语言编程,编程方便,有32个可编程双向I/O口可进行数据交换;而且其接口电路十分丰富,其片上集成一个10位的A/D转换器,分辨率达到5/1024,这足以满足本系统的温度和湿度采样要求[3]。而且ATmega16L的功耗不高,仅为3.3mW,十分适合本车载系统应用。其电路设计如图5所示。

2 系统软件设计

本公交车载系统软件开发环境是IAR for AVR,采用C语言完成程序编写。软件设计包括温度检测模块、湿度检测模块、自动报站模块的底层驱动以及相关数据的处理部分,该系统整体软件流程如图6所示。系统上电后初始化,传感器检测公交车内空气湿度和温度,若温度和湿度均未超过预先设置的阈值,则不发送信号,不开启空调;若温度超过了阈值(或者湿度高出阈值),系统发送指令,开启空调。到站后,系统自动报站。

3 系统测试

本文温度阈值设为30°,空气湿度阈值为75%(当温度为28°且空气相对湿度为65%时,也可以开启空调)。结果如图7所示:从屏幕上得知,此时的空气的相对湿度为45%,温度为23°,表明并未达到开启空调的条件,所以主控电路不会发出开启空调信号,即灯没有亮。图8为开启空调时,屏幕上的结果。此时温度29°,空气湿度为68%,符合开启空调的条件,主控电路发出开启空调信号,所以灯亮了。

4 结论

为了解决因人工开启空调,导致乘客在公交车内热晕的问题,提出一种智能开启空调的公交车载系统。该系统可以根据检测出的温度和湿度完成对空调的开启,实现一种人性化的公交服务。该系统具有数据检测可靠、实现方便、功耗不高等优点,在公交空调车有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]田元媛,许为全.热湿环境下人体热反应的实验研究[J].暖通空调,2003,33(4):27-30.

[2]余为请,刘举平.基于GSM技术和GPS技术的车用远程跟踪报警器设计[J].华东大学学报,2010,27(2):42-45.

[3]宋炳雨,高松,等.DS18B20温度传感器在电动汽车电池管理系统中的应用[J].山东理工大学学报,2010,24(5):81-85.

[4]张景文,王林军,等.基于MSP430F149的温/湿度检测系统[J].河南科学,2010,28(8):1000-1004.

[5]颜世强,李树广.公交车自动报站系统的设计[J].工业控制计算机.2004,17(6):51-52.

车载智能通风系统设计 第3篇

1 智能检测系统原理及方法

1.1 检测原理

本研究是根据机械手与酒精检测相结合设计一套车载酒精检测系统,其工作原理:当驾驶员打开车门进入驾驶室并坐下时,驾驶员的背部靠在后背椅上,并碰到智能机械手压力开关,此时智能机械手开始启动(智能机械手嵌在驾驶员后背椅的顶部的左侧面)。首先主臂1向x轴旋转90度,小臂2绕z轴旋转90度并根据驾驶员的身体宽度自动调节长度,然后小臂3在沿z轴旋转270度运动到接近口腔的一定位置附近,在小臂3上装有酒精检测仪器并经过传感器控制汽车是否点火。

其中该套机械手布置示意图如图1所示。

1.2 检测系统的工作流程

该系统的智能机械手运动工作流程如图2所示。

2 检测系统的设计

2.1 酒精检测智能机械手设计

该酒精检测智能机械手设计如图3所示。其主要有四部分组成主臂1、小臂2、小臂3以及酒精检测仪组成。

该机械手能够运动到司机一定位置处,并进行酒精检测,如果检测到有酒精存在则立即切断点火线路,因此汽车无法行驶,从而避免了因醉酒导致的意外交通事故的发生,如果未检测到酒精的存在则机械手自动折叠回缩到司机后座的固定槽内。

2.2 硬件部分设计

该系统的硬件部分选用三菱FX2N系列晶体管输出型PLC,其中机械手臂旋转选用SH-20403型模块步进电机驱动器。检测机械手的外部接线图如图4所示。

机械手在未启动时,嵌在司机后座上椅左旁沟槽内。当人体坐在该座位上时,机械手开始工作。X1~X8是该机械手自动伸展开与回缩的限位控制开关。X9是司机人为手动按钮开关,按下该按钮可以进行X10~X15对应进行手动调试操作。X16是酒精检测仪的限位前段气体检测开关,X17是检测酒精内部控制限位开关。在机械手里面装有步进电机,该步进电机只有在有脉冲信号(Y0)时,将脉冲信号(Y0)输送到Y1(控制主臂旋转),同理将信号输送至Y2、Y3、Y4。Y5控制酒精检测,Y6控制点火电路的切断模式。

2.3 软件设计

酒精检测智能机械手系统在选择手动或自动前,系统则是处于手机驾驶座位椅的侧槽中。如果是自动检测方式,该工作的顺序动作为以下操作:主臂1旋转展开限位X1小臂2旋转展开限位X2小臂2伸展限位X3小臂1回收限位X8。

该系统的机械手自动工作方式的顺序功能图如图4所示。其中智能机械手主臂1、小臂2、小臂3的旋转是由输入步进电机的脉冲频率控制,脉冲频率和脉冲数可以司机实际情况在程序中设定,具有可重复检测性。

本系统使用了PLC梯形图顺序编程的方法。该编程方式简单、修改方便。当每完成上一个步骤就开始动作下一个操作,从而依次顺序进行,当完成后则停止其中一个限位开关,则该自动检测系统停止工作。从而能够实现机械手的自动伸展,酒精的自动检测。

2.4 机械手部分参数

主臂1旋转角度:900

主臂1臂长:10.5cm

小臂2旋转角度:900

小臂2的基本长度:21cm

小臂2伸出长度:38cm

小臂3旋转角度:2700

小臂3臂长:15.5cm

经检测智能机械手设计如图3所示。其主要有四部分组成主臂1、小臂2、小臂3以及酒精检测仪组成。

3 总结

(1)设计了一套智能机械手检测酒精的系统,具有自动化检测的效果,并从硬件与软件的设计使该系统得以实现。

(2)该系统的成本低,不需要大量的改动车内结构。并且将机械手与酒精检测相结合在检测领域是一大创新,该系统的设计对车载酒精检测具有一定的影响意义。

摘要：针对目前国内醉酒驾驶日趋严重,为了在源头能够杜绝醉酒驾驶,本文将酒精检测技术与智能机械手技术相结合,提出了一套自动化的酒精检测智能机械手系统。并设计了系统中机械手的结构以及硬件与软件控制方式,从而达到自动化检测的目的。该系统的实现也将是车载酒精检测的一大突破。

关键词：车载,酒精检测,机械手,PLC

参考文献

[1]卢玲,胡记,文徐亮.基于酒精含量检测的车辆限制启动系统[J].科技论坛,2010(11)17.

[2]徐乐乐.新型红外酒精检测仪面世[J].科技前沿.2006.(7)51.

[3]马圣乾,等.车载即时测健康防酒驾智能检测器的设计[J].泰山学院学报.2011.5(33):80-83.

[4]陈新亚.汽车为什么会“跑”,图解汽车结构与原理[M].北京:机械工业出版社,2009.

矿井掘进面智能通风控制系统设计 第4篇

关键词：通风,智能控制,STM32F103,瓦斯监测,CAN总线

瓦斯是困扰煤矿安全高效生产的主要问题之一, 煤矿事故70%以上是由于通风设备故障、通风管理不善造成的。对掘进工作面局部通风机的稳定控制则是解决此问题的关键。

智能控制系统的功能分析

根据实际掘进面巷道工况的需求和《煤矿安全规程》对局扇“三专两闭锁”方式的使用要求[1], 并借鉴国内外相关系统的优点, 智能通风控制系统应具备以下功能。

(1) 安全排放瓦斯

在瓦斯的排放过程中为了不污染瓦斯未积聚区域, 瓦斯排放要求在监控瓦斯浓度的条件下缓慢地进行。本智能通风控制系统的首要功能是根据不同的瓦斯浓度分布情况, 选择合理的瓦斯排放措施, 达到安全有效地排放瓦斯的目标。

(2) 双机准热备控制模式

实现两双两自动, 即在掘进巷道中一个掘进工作面必须设置两台同型号同功率的局扇, 一台正常运转, 另一台可靠备用。当一台局扇因线路停电或出现故障等原因停止运转时, 使另一台局扇能够自动起车, 自动换风, 以保证供风的连续性, 以确保煤矿的安全生产。

(3) 掘进面风机故障处理

智能通风控制系统应在不影响负载运行的情况下检修风机开关的控制系统, 并且要求检修侧完全断电, 真正做到不停风检修, 保证生产正常进行, 从根本上杜绝带电检修的危险性。

(4) 掘进巷道瓦斯浓度实时监测

掘进面巷道内的瓦斯浓度信息, 是智能控制系统的一个重要控制依据, 因此准确实时的监测瓦斯浓度是本系统的又一个重要功能。

(5) 节能

在实际使用时, 通风机功率一般都偏大, 造成电能的巨大浪费。智能通风控制系统应根据不同的巷道内瓦斯浓度情况, 进行风量的自动调节起到节能的作用。

智能控制系统的硬件结构

掘进面智能通风控制系统由以下三部分组成:井下局扇电磁启动器、瓦斯实时监测系统和地面集控中心。整个控制系统的结构框图如图1所示。

掘进面智能通风控制系统具有中文人机界面显示、变频调速、双机准热备控制模式、风量的闭环控制、灵活的参数设定方式、完善的报警提示以及故障诊断功能, 同时提供设备的实时运行状态信息。

局扇电磁启动器的设计

目前, 公知的煤矿掘进工作面对风机控制通常采用两台真空隔爆型电磁起动器带动两部风机, 其占地面积大, 系统接线复杂, 系统事故点多, 不易维修。

本系统中新型矿用隔爆四回路智能电磁启动器以STM32F103ZET6单片机为中央控制器, 检测电机过载、断相、短路、漏电等故障。用户可以通过一个液晶显示模块对电磁启动器的各种参数进行设定, 电磁启动器的各种工作状态和故障信息通过这个液晶显示模块进行显示。单片机对外部的各种情况进行判断, 并根据用户所设定的运行参数对四台轴流对旋风机进行自动控制。STM32系列基于CortexM3内核, 专门设计以满足集成度高、低功耗、实时应用并具有竞争价格, STM32F103ZET6是STM32F103系列32位单片机资源配置最为丰富的一员。

硬件系统的设计

新型矿用隔爆四回路智能电磁启动器的硬件系统由主电路和控制电路组成, 主电路由隔离换向开关、真空接触器连接而成, 控制电路以单片机为核心, 主要包括电源供给单元、信号形成采集单元、开关量输入输出单元、中央处理单元、人机交互单元、通讯单元和语音报警单元等。以继电器为输出负载, 输入信号为按钮、转换开关和过载、漏电、断相、过流故障信号。所有电路均安装布置在一个封闭的隔爆金属腔体内部, 操作按钮和转换开关在腔体外部可以操作。控制电路框图如图2所示。

控制软件

局扇自动切换控制可实现程控全自动控制程序。主机设备启动运行后;如果主机设备发生故障, 系统停止主机设备的运行;经过设定的延时时间后, 自动启动备机设备;如果主机设备掉电, 当掉电时间小于2s重新上电, 系统维持主机设备的运行状态;当掉电时间大于2s则停止主机设备的运行, 系统经过设定的延时时间后, 自动启动备机设备。程控全自动动作流程图如图3所示。

瓦斯监测系统设计

数据融合算法

基于CAN总线的数据融合多传感器瓦斯监测系统采用多传感器数据自适应加权融合估计算法[5], 在不知道任何传感器测量数据先验知识的条件下, 可以从含有观测噪声的测量数据中得到被测量的最小均方误差估计值。该方法不但充分利用了传感器的测量数据, 还将传感器的均方误差、测量精度等信息融合处理, 快速、准确地估计出真值, 提高了测量精度, 扩大了观测范围。该估计算法可以大幅度提高瓦斯浓度测量的可信度。

设有一个多传感器检测系统, 其中N个传感器对某一被测对象进行采样检测, 数据融合估计模型如图4所示。

多传感器数据自适应加权融合估计算法会根据数据的精度参数确定对所处理的不等精度数据, 在已知各数据的精度参数时, 为了确定各数据应得的权数, 可把这些不等精度数据看成相当于在等精度测量条件下, 由于测量次数不同而构成的不等精度, 把各数据给出的精度参数看成相当于只是测量次数不同而得出的测量结果的精度参数。方差小的传感器所对应的权系数大, 而方差大的传感器所对应的权系数小。

硬件设计

CAN-BUS采用双线串行通信方式, 具有通信速率高, 检错能力强, 可在高噪声干扰环境中工作, 容易实现, 性价比高等诸多特点, 已成为国际标准的现场总线。CAN-BUS用于工业通讯系统中, 不仅可以增强系统通讯的可靠性和通讯距离, 还能增强系统的实时性。STM32F103ZET6片内集成CAN控制器, 系统只需在外部扩展一个CAN收发器就可以实现CAN通讯。

系统选用广州致远公司生产的CTM8251AT通用CAN隔离收发器, 内部集成了所有必需的电气元件:包括通讯隔离电路、电源隔离电路、CAN接收器、总线保护等。CTM8251AT将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平, 并且具有电压隔离、ESD保护功能及TVS管防总线过压保护功能。接口电路如图5所示。

瓦斯监测系统的主要功能

(1) 为掘进面智能通风控制策略提供瓦斯浓度信息依据, 合理选择瓦斯浓度的测量位置, 有效地提高了瓦斯浓度分布状况监测的准确性。

(2) 对掘进工作面模拟巷道内瓦斯浓度分布情况进行实时监测:瓦斯监测系统将多个瓦斯传感器采集的数据通过CAN总线传递给单片机, 由单片机进行存储并将实时瓦斯浓度数据通过工业以太网传输给地面集控中心进行分析。

(3) 掘进面模拟巷道内实时瓦斯平均浓度的估计分析:瓦斯监测系统使用了自适应加权算法多传感器数据融合技术, 该技术利用多个瓦斯传感器共同或联合的操作优势, 提高掘进面巷道瓦斯监测系统对巷道瓦斯平均浓度估计分析的有效性、准确性, 消除单个或少量传感器的局限性。当单个瓦斯传感器发生故障时, 瓦斯监测系统对于整个模拟巷道内瓦斯平均浓度的分析具有容错性。

智能控制策略

地面集控中心采用BP人工神经网络智能控制策略[6], 以变化的瓦斯浓度为参量, 自动、大范围地连续调节局部通风机转速, 使其在最佳的工况条件下运转, 合理地控制模拟巷道内的风量, 这样能够大量节省局部通风机由于长期恒速运转造成的能量浪费, 同时也自动地将瓦斯浓度控制在安全范围之内。

风量控制模式为风量闭环控制。对矿井掘进面瓦斯浓度可靠稳定的控制是保证煤矿掘进面安全生产的关键, 掘进面风机的风量是重要的控制参数。采用变频调速技术, 可以有很好的节能效果, 更重要的是通过变频技术实现对风机电动机转速的改变以直接调节风量、风压大小, 保证煤矿掘进面瓦斯的安全排放和充足的供氧量, 并达到人性化供风的目标。掘进面智能通风控制系统的风量控制策略图如图6所示。

掘进面智能通风控制系统根据掘进面工作现场状况设定一个初始值, 反馈信号由局扇风量实际值和瓦斯浓度实际值通过风量传感器和瓦斯浓度传感器检测提供, 这两个输入信号首先传输给上位机中的BP神经网络控制器, 由其进行分析并向单片机给出控制信号, 再由单片机向变频器给出信号, 以控制电动机的转速, 达到自动控制风量, 稳定控制瓦斯浓度、供氧量的目的。

结论

本文给出了掘进面智能控制系统的总体设计方案, 详细介绍了新型智能隔爆四回路电磁启动器和基于CAN总线的数据融合多传感瓦斯监测系统的设计。在控制系统结构方面, 上位机与井下单片机控制站通讯采用工业以太网技术, 保证上下位机数据的快速准确传输。

参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:2006.

[2]STM32F103xxx hardware development getting started[R].ST Corporation, 2008.

[3]STM32F103CDE增强型系列数据手册[D].2009.

[4]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

[5]章万静.基于CAN总线的多传感器实时监控系统的设计[J].计算机测量与控制, 2006, 14 (6) :716-718.

车载智能通风系统设计 第5篇

1 总体设计

公交车载终端[2]采用GPS/GPRS/WLAN等技术，对公交运营车辆实施动态监控调度和自动报站，为车内乘客提供更准确更规范的站点播报服务;此外，借助车载终端这一平台优势播放流媒体公益广告，为乘客提供更人性化的出行服务。

车载终端系统具有六大类功能：车辆定位报站功能、公交监控调度功能、刷卡系统功能、无线通信服务、系统管理功能和媒体播放功能。整个车载终端系统采用Intel的Atom N270[3]芯片及相关的外围设备，总体设计如图1所示：

2 系统及模块概要设计

车载终端加电后自主引导操作系统和应用程序，不需要人机交互界面，但要求LCD显示屏能够正常显示播放的媒体文件和报站信息。

根据车载终端的功能需要，将整个软件设计划分为操作系统的定制和应用程序设计。

2.1 操作系统定制

定制操作系统，内核支持显卡驱动、声卡驱动、PCMCIA驱动、WLAN网卡驱动、GPS[4]卡驱动、以太网驱动、TCP/IP[5]协议支持、WLAN无线扩展工具包。车载终端加电启动时检查根文件系统是否需要更新，如若需要，则更新根文件系统，检查应用系统分区的完整性。最后引导二级rcS脚本，安装内存文件系统、WLAN网卡和GPRS网卡的驱动程序和模块配置，直到引导应用程序正确运行。

2.2 各模块设计

车辆定位、报站模块：车载终端连接的GPS接收机模块实时输出车辆的定位信息，车载终端要求与线路的站点坐标进行实时比对，识别公交车辆的进站和出站。根据识别出的进站和出站状态，分别通过车载LCD图形显示器、车LED报站器和车内喇叭进行报站提示，为车上乘客提供多媒体的报站提示服务。

监控调度模块：车辆进出站时，车载终端通过GPRS通信系统向后台服务器发送相应的进出站消息，更新公交调度台的实时车辆位置信息，从而实现对公交车的后台监视。此外，当车辆发生道路拥堵、行驶超速情况时，也要求车载终端通过GPRS通信系统向后台服务器发送告知信息，从而实现对运营车辆的全程状态监视和安全管理。

GPRS通信系统是连接车载终端与后台服务器的纽带，车载终端要求保持实时的GPRS通信连接，并根据监控调度系统或者其它相关应用功能的需要，完成车载终端与后台系统之间的消息交互。

WLAN通信系统在公交枢纽站、加气站等场合连接安装在站场的WLAN服务器，为车载终端日志上传和应用程序、数据文件下载提供宽带连接通道，以满足车载终端与后台系统之间的大量数据传输的需要。

系统管理功能包括:行车日志管理、终端诊断维护、设备管理、应用程序和数据文件的上传下载。

媒体播放功能:在车载终端LCD显示器上循环播放广告流媒体文件，要求流媒体文件及其播放列表均可以通过WLAN通信系统下载更新。

视频监控功能包括：实时视频数据采集、视频数据存储、多路视频回访和实时监控车厢内情况。

3 系统协议

整个公交监控调度系统的通信系统划分为应用层、Route通信协议层和底层通信协议层。其分层示意如图2所示：

Route通信协议为应用程序之间的通信提供统一的数据帧封装接口定义和应答机制，并通过调用底层通信协议的接口完成应用指令和数据的发送与接收。

当Route通信开始时，发送者将公交监控系统各应用程序的指令或数据进行Route协议帧包装后，由底层通信协议传送给接收者;同样地，接收者将底层通信协议接收的Route协议帧进行解包后，提交给上层的应用程序实体。

其中Route协议帧格式如图3所示：

域项说明

设备ID编码起始设备ID编码和目的设备ID编码分别为Route协议帧发送者和接收者的设备ID编码的后六位构成的压缩BCD码。

流水号高字节在前低字节在后，流水号的最高位为应答标志，当标志位置1时，要求协议帧的接收者给予通信应答;否则不要求协议帧的接收者通信应答。每次成功地发送一帧数据之后，流水号自动加一。

字节长度整个协议帧的字节长度，包括从起始设备ID编码到帧数据域的所有字节。

CRC校验整个协议帧的CRC校验，包括从起始设备ID编码到帧数据域的所有字节，计算校验时，CRC校验域先清零。

帧类型数据帧的类型编号。

帧数据域帧数据结构的内容,不同的帧类型具有不同的帧数据结构。

4 总结

给出了在嵌入式系统下实现智能公交系统的各种功能，设备发挥了嵌入式处理器N270接口丰富、处理速度快、易于扩展和linux操作系统的优势，设备运行稳定，达到了预期效果，且为今后系统的扩展和升级提供了方便，是实现集自动调度系统,智能报站系统，车载安全系统，车载娱乐系统等于一体的智能公交系统的优异平台，为现代城市公交系统提供了可行的解决方案。

摘要：智能化公共交通系统是现代控制技术、定位技术和无线通信技术等多种技术的有机结合。文章定制嵌入式linux操作系统,并设计适合车载终端需要的通信协议,结合GPS/GPRS/WLAN等技术,实现采集车况信息、播报站点、显示服务信息、统计客流量等,与地面通讯,将相关的数据信息传输到监控中心,更好地实现车辆跟踪和调度。

关键词：嵌入式Linux系统,Route,智能公交,GPS/GPRS

参考文献

[1]linux kernel[EB/OL],http://www.kernel.org2009.

[2]黄承安,张跃.车载GPS智能终端的设计与实现[J].电子技术应用,2003,29(7):27-29.

[3]扈鹏,王忠,杜传利,等.PXA255处理器最小系统的硬件设计[J].微计算机信息,2007,23[14]:273-274.

[4]Jean-Lien C.Wu,Wei-Yeh Chen,Hung-Huan Liu,Radio Resource Allocation in GSM/GPRS Networks[J],Lecture Notes in Computer Science,Volume2343/2002,January2002,Pages:457-468.

车载智能通风系统设计 第6篇

传统车载紫外线空气消毒灯具, 工作时间不可调控, 中断比较麻烦。遇见紧急情况不能及时采取有效措施, 每次关闭电源需要人工直接操作, 人体长期接受紫外照射, 会对人的身体产生伤害。并且传统紫外线空气消毒灯具没有时间显示功能, 对维修维护带来不便。

现代社会是节约型社会, 笔者想设计出一个更适合在救护车使用的智能型车载空气消毒灯具。使用单片机、数码显示和遥控技术对传统车载空气消毒灯具进行改进, 形成智能车载空气消毒灯具控制系统。

该系统主要应用在救护车等需要移动消毒场所, 也可以使用在食堂、宿舍等。

二、系统的设计基本思路

智能车载紫外线空气消毒灯具电路框图如下:

汽车电源稳压电路, 给紫外线空气消毒灯具的控制电路, 显示电路, 遥控接收电路以及灯管提供稳定的电源;数码显示电路, 是显示电源工作指示, 开关次数, 累计时间等一些参数;控制电路, 控制遥控接收、数码显示以及紫外线灯管的电路;遥控接收电路, 接收遥控器发出的控制信号, 输送给控制电路, 实行对紫外线灯管进行开关控制;紫外线灯管, 受控于控制电路信号。

三、硬件电路结构及功能

该系统中有为汽车电压检测电路, 将检测的结果送到单片机, 进行自动判断, 当汽车电瓶工作电压偏低时, 自动进行切断电源。保护汽车电瓶过放电。

数码显示与驱动电路由74LS164、数码管和发光二极管等组成, 所有接口"Port"都是连接单片机。该电路是显示工作状态, 开关次数, 累计时间以及倒计时等。

该电路为灯管启动电路, 为了减少启动电路对单片机的干扰影响, 使用光耦电路。"LAMP"连接单片机。

该电路为单片机控制电路, U1为单片机, 5脚接蜂鸣器, 4脚接遥控器接收电路, A2, AT24C02为存储器。

四、工作过程及操作方法

电源接通, "电源"指示灯亮。按下"工作时间设置"键, 数码管第一、二显示30、60、90。同时"M"指示灯亮。按下"开始"键, 数码管第三、四显示60., 并开始倒计时。同时"S"指示灯亮。当倒计时10秒时, 蜂鸣器发"嘀"声, 直至0秒。开始30、60、90分钟的时间倒计时。灯点亮。时间到, 灯熄灭。在工作期间任意时间再次按下"开始"键, 立即停止。按下"显示切换"键所有数码管显示开关次数, 同时"开关次数"指示灯亮。再按下"显示切换"键所有数码管显示累计时间的小时单位。同时"H"指示灯亮。再按下"显示切换"键数码管第一、二显示累计时间的分钟单位。数码管第三、四显示累计时间的秒单位。同时"M""S"指示灯亮。遥控器等同于"工作时间设置"和"开始"键。遥控器学习:在工作状态, 按下并保持内部键, 然后按下遥控器任意键。听到蜂鸣器发出"嘀"声, 表示学习成功。在开机前按下内部键, 然后启动电源, 当听到蜂鸣器长鸣, 表示清零成功。汽车电池的过放电保护功能, 当汽车电池的电压低于6V, 并持续1min的时间的话, 系统自动停止工作。防止汽车电池过放电, 影响汽车的启动。

五、结束语

智能车载紫外线消毒灯具优点:具有数码显示, 三个时间段的倒计时及遥控开关。数码显示和开关次数对紫外线灯管工作时间进行记录, 了解灯管使用时间根据时间可以及时更换寿命到期的灯管。三个时间段, 可以让灯管工作30分钟, 60分钟和90分钟, 等设定一个时间, 倒计时就可以工作, 等倒计结束, 自动停止工作。遥控开关, 当紫外线灯管在工作期间, 突然有急事必须进入消毒空间, 可以使用遥控器让紫外线灯管停止工作。也可以使用遥控器设定紫外线灯管的工作模式。目前该系统已经获得国家专利证书 (ZL 2010 20198925.9) , 计划实际投入生产。

参考文献

[1]黄炳乐, 新型智能照明系统的设计, 《福建电脑》2010年11期

[2]温武、陈耀华, 基于单片机控制的LED灯具智能开关控制系统[J].电脑知识与技术。2010

太阳能光伏驱动车载散热通风系统 第7篇

烈日的暴晒使得汽车内部的温度骤升,车内的诸多配件因高温会加速老化或损坏,同时也会降低驾驶和乘坐人员的舒适感。传统的车内遮阳措施效果不佳,而采用空调降温则会消耗发动机功率产生较大油耗。因此,驻车时增加车载散热通风系统将是未来增加汽车舒适性和节能减排的措施之一。

太阳能光伏发电作为未来主要的清洁能源利用和节能减排的方式之一,引入光伏发电系统用于车载散热通风风扇驱动是一种新的应用选择。为此国外多家公司做过类似的尝试,英国苏伯公司曾开发过一款EV-1 型实验型小型汽车,采用太阳能电池为动力的自动通风装置; 日本丰田公司挖掘了太阳能车顶系统的很多潜在应用领域,特别对太阳能风扇进行了研究; 日本Kyocera公司开发了一款Prius太阳能车顶模块,产生的动力供停放中的车辆内部通风时使用,当模块启动后,当室外温度升到64°F( 18°C) 和有阳光时,该系统自动开启。在国内,也有这个项目的相关研究专利[1,2]。由此可见,针对太阳能光伏独立发电系统用于车载散热通风的研究具备相当的商业价值和重要意义,但目前报导的研究未见与蓄电池充电管理相联系。

本文提出一种新型的采用太阳能光伏电池驱动的车载散热通风系统,将太阳能光伏电池与汽车的蓄电池充电电路相结合,使用Freescale的56F8013一片DSC对系统的DC /DC光伏变换器、风扇调速电路进行控制,一方面控制DC /DC光伏电路使光伏电池工作在最大功率点,提高光伏电池板利用效率; 另一方面通过太阳能光伏电能驱动车载风扇来排出车厢内热空气,降低因夏日阳光暴晒而过高的车内气温。系统根据车内温度控制风机转速,太阳能光伏板提供的多余电能可为蓄电池充电,当光伏发电电量不足时,蓄电池也可放电补足风扇所需电能。通过控制光伏电池板的最大输出功率、蓄电池充电量及散热风扇功率,实现系统的能量管理,提高能量利用率。最后,通过仿真对系统的可行性和正确性进行了验证。

1 系统结构与工作原理

本文研究的新型车载散热通风系统主要是驻车通风散热系统,需增加的是光伏电池发电部件( 可安装于天窗遮阳板上或仪表台上方) ,SEPIC变换器形式的光伏电池控制变换器,风扇调速BUCK变换器,利用原有的车载蓄电池及通风无刷直流风扇,其整体结构如图1 所示。光伏电池的输出电压随光照强度的变化而变化,其电压将可能高于或低于车载蓄电池电压,因此选择可以进行升降压调节的SEPIC DC / DC变换器拓扑[3]。系统采用将光伏电池、SEPIC变换器、蓄电池和BUCK风扇调速器并联的结构,SEPIC和BUCK变换器控制电路共用一片DSC,SEPIC变换器用于实现太阳能电池的最大功率追踪控制,BUCK变换器用于控制风扇的转速和输出功率,以DSC为核心的控制电路可以实时检测车内温度调节风扇转速( 散热功率) ,光伏发电量与风扇能耗之差即蓄电池的输入或输出电能。DSC实现系统的能量管理与功能实现。

2 系统控制

2. 1 太阳能电池板特性及最大功率追踪控制策略

太阳能电池板的输出外特性通常包括I - V伏安特性和P - V特性: 在太阳能电池板输出电压很小时,输出电流几乎不变,近似为恒流源,当输出电压较大时,电流迅速减小,而电压变化很小,近似为恒压源; 在给定温度和光照条件下,太阳能电池板有唯一的最大功率输出点,在这一点工作时电池板的工作效率最高[4]。因此在利用太阳能电池板作为电源时,应控制负载特性曲线,使得电池板在任何光照和温度条件下,始终工作在最大功率点上。

光伏电池的最大功率追踪控制策略通常采用的是扰动观测法,这种方法的优点是结构简单,控制算法容易实现,对传感器精度要求不高[5]。但是该方法在光照快速变化的情况下会出现判断失误的情况,而且跟踪精度和响应速度无法兼顾,扰动步长越大,精度越差,速度越快,扰动步长越小,精度越高,但响应速度慢。

针对本文研究的系统对快速性要求不高的特点,考虑采用定步长的电压干扰法,通过实时检测光伏电池的输出功率,控制SEPIC变换器输出功率,使负载特性曲线跟踪电池功率曲线的最大点,实现最大功率追踪。此种较小步长的扰动观测算法,可满足系统控制要求,具体流程图如图2 所示。

2. 2 系统控制策略

系统主电路的拓扑如图3 所示,根据车内温度和太阳能电池板的输出外特性,控制开关管Q1 和Q2 可分别实现对SEPIC和BUCK变换器的控制,具体的控制逻辑如下:

①烈日下车内温度可设定为一定值,如30℃ ,控制器检测车内温度与设定温度之差作PI调节,控制输出BUCK电路Q2 的占空比,改变无刷直流风机的施加电压,改变风扇速度; 若车外气温过高,且高于设定温度较高,极限情况是PI调节器输出饱和,BUCK变换器Q2 导通,输出全部电池电压,风扇工作在额定功率,进行车内外空气流通交换。

②如果光照充足,光伏发电量高于风扇运行消耗电能,蓄电池吸收多余电能; 光照不足时,太阳能电池板和蓄电池同时向风扇负载提供电能。

③车内温度小于设定最低温度时,BUCK变换器关断,太阳能电池板发出的所有电能为蓄电池充电。

④系统运行时需实时检测蓄电池端电压,当蓄电池充满电时,进入涓流浮充状态,光伏发电控制脱离最大功率追踪控制。一种需要降低风扇功率的情况是,光照不足,蓄电池电量也已亏电,降低风扇工作电压,使蓄电池的放电电流为零,光电池电量等于风扇耗电量。

由图3 所示,当Q1处于通态时,E-L1-Q1回路和C1-Q1-L2回路同时导电,L1和L2贮能,此时,电感L1、L2的端电压和流入电容C1、C2的电流为:

其中,Vg为光伏电池输出电压,IL为负载电流。

当Q1处于断态时,E-L1-C1-VD1-负载( C2和M)回路及L2-VD1-负载回路同时导电,此阶段E和L1既向负载供电,同时也向C1充电,C1贮存的能量在Q1处于通态时向L2转移。此时电感L1、L2的端电压和流入电容C1、C2的电流为:

根据电感电容的稳态条件可以得出:

联合式( 1) - ( 8) ,可解得:

上面的公式推导和结论表明了SEPIC变换器的工作原理,调节Q1管的工作占空比,可使SEPIC变换器的输出电压调节在设定值,从而改变其输出电功率,根据功率平衡关系,实际是调节光伏电池的负载特性,从而实现最大功率追踪控制,提高效率的目的。

Q2管实际功能为斩波调压,组成的调压电路是Buck电路,根据温度偏差进行PI调节器改变其控制占空比,实现对风扇无刷直流电机施加的电压的调节。

3 仿真和实验验证

在MATLAB /Simulink环境中构建仿真模型,对系统进行仿真验证。太阳能电池板规格和实测参数[6]如表1 所示,主电路设计和运行参数如表2 所示,构建光伏电池的仿真模型、风扇电机模型、车辆冷热空气流动及热平衡模型( 设为4m3空气) 、控制电路仿真模型等子系统及组成的整个系统模型,对光伏电池最大功率追踪控制策略和整个车载光伏电池散热风扇系统温度控制策略进行仿真验证。

由于太阳能电池板的输出特性会受到光照和温度参数的影响,为验证光伏电池最大功率追踪控制策略的正确性,采用前述定步长的电压扰动最大功率追踪算法。图4 和图5 分别给出了光照和温度变化时的系统仿真结果。从结果可以看出,通过改变外界条件,系统能够根据不同的光照和温度条件改变太阳能电池板输出功率。温度不变时,光照增强,电池板输出功率增加,并趋近于一个稳定值。光照条件不变,温度升高时,输出功率略有降低,亦最终,趋近于一个稳定值。因SEPIC变换器占空比在实时调节,因此输出功率达到稳态时存在着小幅波动。为了考察系统的动态性能,仿真时将光照与温度的改变设置成跳变,实际情况是光照变化与温度变化均应为缓变。

根据对车厢热平衡模型分析,假设仅靠通风散热,车厢热平衡简化模型可以用公式( 9) 所示:

式中,Q为单位时间传入车厢内的热量,C为空气比热,n为转速,kn3为该转速下轴流风机的输送的空气质量。假定进入车厢空气温度为Tout,排出空气温度为T度,式( 10) 右边第一项为散热量,C为车厢空气单位温度热容量,认为车厢初始温度为车外温度,右边第二项为车厢吸热。在该车厢热平衡模型基础上,给出对系统温度控制策略的仿真。设定初始温度为Tout= 25℃ 、光照S = 1000W / m2、车内控制温度为30℃,蓄电池电压12V。初始20 秒内,热量传入车内,车内温度逐渐增加时,但温度低于30℃ ,风扇不转,光伏发电为蓄电池充电,随着温度的上升,光伏电量略有下降。当传入车内的热量进一步增加,车内温度有超过30℃ 趋势,温度控制器起作用,BUCK电路的斩波调压起动,风机的功率加大,风量增大,散热量提高,这一过程中,光伏电池发电量基本稳定,蓄电池的充电量减小,约40 秒后通风散热量等于传热量,处于热平衡。图6 给出了风机功率、太阳能电池板和蓄电池输出功率的动态变化结果。若传热量很高( 烈日暴晒) ,随着温度不断上升,直流风机负载消耗的功率增加,同时太阳能电池能够输出的最大功率降低,调节器饱和,风扇达额定输出,蓄电池可由充电状态转为放电状态,仿真结果不再给出。

为了对本系统和仿真结果进行实验验证,构建了如图7 所示的系统实验装置,蓄电池采用12V铅酸电池,太阳能电池板规格为40W/12V,风扇额定电压为12V,控制器采用飞思卡尔MC56F8013 数字信号处理器。图8 为光照中等情形下的实验结果,图中分别给出了负载电流和电池板的输出电流波形,电流波动的主要原因为采样电流值较小,此时电池板输出功率不够,由蓄电池输出多余的功率给负载。图9 给出了光照较弱情况下的实验波形,图中给出的为蓄电池放电电流和电池板输出波形,此时负载电流基本全由蓄电池来提供,电池板输出功率很小。

4 结束语

无论温度和光照条件如何变化,通过升降压可调的SEPIC电路以及定步长扰动观察法的控制电路可以实现任意负载下太阳能电池板输出最大功率,提高了太阳能电池利用率。同时,将车载12V蓄电池作为储能环节,在驻车时,根据车内温度与设定值的偏差,调节散热风扇的转速,利用散热通风风扇排出车内热空气,控制温度,多余的光伏电能可为蓄电池充电。仿真和实验结果验证了该设计方案的可行性和正确性,该方案设计合理,成本低,达到提高车辆乘坐舒适性的效果,并具备一定的节能减排的效果。

参考文献

[1]孙韵琳,洪瑞江,沈辉,等.一种太阳能车载换气系统:201220165900.8[P].2013-03-20.

[2]湖南泰诺凯节能科技有限公司.一种太阳能车载降温系统.201420079807.4[P].2014-07-02.

[3]汪义旺,曹丰文,索迹,等.改进型Sepic变换器在光伏MPPT系统中的应用[J].可再生能源,2010,28(4):102-105.

[4]秦岭,谢少军,杨晨,等.太阳能电池的动态模型和动态特性[J].中国电机工程学报,2013,33(7):19-27.

[5]Esram T,Chapman P L.Comparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2007,22(2):439-449.