基于壓力感應(yīng)的地鐵論文范文

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1裝置的硬件設(shè)計(jì)

1.1溫濕度傳感器溫濕度傳感器放置于車箱內(nèi)，用于時(shí)刻檢測(cè)車箱內(nèi)的溫度，并把獲得的數(shù)據(jù)傳輸給MCU，顯示屏上會(huì)將得到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。傳感器包括一個(gè)電阻式測(cè)濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說(shuō)明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零，操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。用戶MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集，數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。部分通訊過(guò)程如圖3所示。總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待20－40us后，讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。

1.2制冷模塊半導(dǎo)體制冷器在通電的情況下，兩端極板會(huì)產(chǎn)生一定的溫差，人們正是利用它的冷凝面為物體提供一個(gè)低溫環(huán)境、發(fā)熱面提供熱源能量，效果非常明顯，使用極其方便。TEL1-12706采用半導(dǎo)體材料是碲化鉍，加入不純物經(jīng)過(guò)特殊處理而N型或P型半導(dǎo)體溫差元件。它的工作特點(diǎn)是一面制冷而一面發(fā)熱。接通直流電源后，電子由負(fù)極出發(fā)，首先經(jīng)過(guò)P型半導(dǎo)體，在此吸收熱量，到了N型半導(dǎo)體，又將熱量放出，每經(jīng)過(guò)一個(gè)NP模組，就有熱量由一邊被送到另外一邊，生成溫差，從而形成冷熱端。如圖4所示為溫濕度傳感器。需要指出的是制冷片的功率指的是耗電量，制冷效率一般在60%左右，也就是能效比在0.6左右，因此要將模型中的溫度降下來(lái)需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。同時(shí)制冷片的效果還受熱面的散熱效果有很大關(guān)系，所以我們?cè)谥评淦臒崦嫔霞恿艘粋€(gè)鋁制散熱器。

1.3顯示模塊12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊（LCM）就是由128*64個(gè)液晶顯示點(diǎn)組成的一個(gè)128列*64行的陣列。每個(gè)二進(jìn)制數(shù)，顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)一位二進(jìn)制數(shù)，1表示亮，0表示滅。存儲(chǔ)這些點(diǎn)陣信息的RAM稱為顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。要顯示某個(gè)圖形或漢字就是將相應(yīng)的點(diǎn)陣信息寫(xiě)入到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。圖形或漢字的陣信息由自己設(shè)計(jì)，問(wèn)題關(guān)鍵就是顯示點(diǎn)在液晶屏上的位置與其在存儲(chǔ)器中的地址之間的關(guān)系。由于多數(shù)液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)電路是由一片行驅(qū)動(dòng)器和兩片列驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，所以12864液晶屏實(shí)際上是由左右兩志獨(dú)立的64*64液晶屏拼接而成，每半屏有一個(gè)512*8bit顯示數(shù)據(jù)RAM。左右半屏驅(qū)動(dòng)電路及存儲(chǔ)器分別由片選信號(hào)CS1和CS2選擇。顯示點(diǎn)在64*64液晶屏上的位置由行號(hào)（line,0-63）與列號(hào)確定（coloumn,0-63）。512*8bitsRAM中某個(gè)存儲(chǔ)單元的地址由頁(yè)地址和列地址確定。每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)8個(gè)液晶點(diǎn)的顯示信息。加入12864的目的就是為了確保得到的數(shù)據(jù)能夠顯示在屏幕上，并且屏幕上數(shù)字的實(shí)時(shí)變化能體現(xiàn)出本裝置的可行性，給人直觀的感受，同時(shí)在后期的裝置改進(jìn)中有利于添加各種可視化因素，對(duì)于提高裝置的整體性能有很大益處。

2裝置程序設(shè)計(jì)

圖5為本裝置的程序流程圖。開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)通過(guò)溫濕度傳感器和壓力傳感器分別檢測(cè)地鐵車輛內(nèi)的溫度和總載重，進(jìn)行程序的分析和整理，并控制制冷片的開(kāi)關(guān)，使得制冷片開(kāi)始工作，降低車箱內(nèi)的溫度達(dá)到理想溫度，達(dá)到一個(gè)平衡。考慮到車箱中空氣質(zhì)量受到人數(shù)量的影響，因此壓力傳感器的作用除了傳遞壓力之外，還用于計(jì)算車箱中所需要的風(fēng)力大小。由于現(xiàn)在地鐵領(lǐng)域?qū)囅鋬?nèi)人體所需適宜風(fēng)力的大小還沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而且我們現(xiàn)階段也無(wú)法通過(guò)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算車箱內(nèi)風(fēng)力大小的變化，所以只能用一個(gè)簡(jiǎn)單的線性方程來(lái)模擬車箱內(nèi)人數(shù)和風(fēng)力之間的關(guān)系，并且風(fēng)力的大小由變量車箱內(nèi)的溫度來(lái)替代。通過(guò)查尋資料知道人體感知外界最舒適溫度為27℃，在此基礎(chǔ)上建立溫度和人數(shù)量的數(shù)學(xué)模型，且隨著人密度的增加，所需要的溫度也在增加，即溫度的人數(shù)成線性關(guān)系。溫度傳感器時(shí)時(shí)檢測(cè)車箱內(nèi)的溫度，并把數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算得出車箱內(nèi)所需的適宜溫度并和現(xiàn)有溫度作比較，若高于現(xiàn)有溫度高于適宜溫度，則發(fā)出指令控制制冷片工作，將車箱內(nèi)的溫度降低到適宜溫度。

3總結(jié)

本裝置模擬地鐵車箱的空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)車箱內(nèi)的溫度，并從傳感器靈敏度、程序優(yōu)化度等方面對(duì)裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)起來(lái)得出了以下結(jié)論：（1）地鐵車箱內(nèi)的溫度可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)重力感應(yīng)根據(jù)車輛的載重進(jìn)行簡(jiǎn)單的自動(dòng)調(diào)節(jié)；（2）本裝置的原理簡(jiǎn)單，控制靈活，安裝方便，對(duì)于人口較為稠密的地區(qū)可以廣泛用于地鐵車輛上；（3）要使車箱內(nèi)的溫度迅速調(diào)整到理想溫度，需要對(duì)傳感器的靈敏度有較高的要求，并且在程序上還需要進(jìn)一步的優(yōu)化。

作者：王赫李小波陳培羅浩鑫單位：上海工程技術(shù)大學(xué)