基于单片机的列车车厢环境实时监测控制系统

龙源期刊网基于单片机的列车车厢环境实时监测控制系统作者：毛伟成来源：《物联网技术》2018年第04期摘要：为了改善旅客列车车厢内的空气质量，提高旅客乘坐舒适度，文中设计了一款列车车厢内环境实时监测控制系统。此系统通过实时检测车厢内CO2浓度、光照强度、温湿度，并通过STM32进行数据分析和处理后在显示屏上显示。当车厢内环境较差时，会自动通过电气控制柜调整车载空调的状态，改善车厢环境。关键词：空气质量；传感器；STM32；显示屏中图分类号：TP274.2文献标识码：A文章编号：2095-1302（2018）04-00-020引言随着我国经济的发展，铁路旅客运输量逐年增加。但由于旅客列车运行距离远、人员密集、环境相对封闭等特点，导致车厢内空气流动性差，空气质量难以保证。对于长时间乘坐的旅客而言，舒适度严重下降[1，2]。当前主要依靠火车司机控制车载空调的开关、温度等方式改善车厢内空气质量。但这种依靠经验进行控制的方法会导致车厢内温度过高或过低，不仅降低了旅客的出行舒适度，同时也造成了巨大的能源浪费。基于此种现状，本文设计了一套车厢内温度实时监测控制系统，通过实时监测车厢内的温度，自动调节车载空调的模式，使车厢内的空气质量维持在合适的状态。1系统总体方案设计本系统主要实现的功能是首先利用相应的传感器采集车厢内的温度、湿度、CO2浓度、光照强度等环境参数，将采集到的数据信号经A/D转换模块进行转换，然后通过单片机STM32分析和处理，最后将传感器数据按照一定的时间间隔在显示屏上显示。当检测到信号满足预设要求时，控制电气控制柜打开或关闭车载空调，或者转换空调模式。系统总体框架如图1所示[3-5]。2系统硬件设计2.1传感器选择2.1.1温湿度传感器龙源期刊网（DHT22）数字温湿度模块具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点，因此被广泛应用在自动控制、测试及检测设备等相关温湿度检测控制中。AM2302包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并与一个高性能8位单片机相连。AM2302是一款数字信号输出的温湿度复合传感器。其与微处理器之间的通信和同步采用单总线数据格式，即只用一根数据线来完成系统中的数据交换和控制。用户主机发出一次起始信号后，AM2302从休眠模式转换到高速模式。待主机开始信号结束后，AM2302发送响应信号，从数据总线串行送出40bit数据，发送数据结束触发一次信息采集。采集结束后，传感器自动转入休眠模式，等待下一次通信来临。AM2302传感器接口电路原理如图2所示。2.1.2光照传感器使用光敏电阻作为光照传感器。光敏电阻的阻值随入射光线的强弱变化而变化。在黑暗条件下，其阻值可达到1～10MΩ；而在强光照射下，其阻值仅有几百至数千欧姆。光敏电阻对光的敏感度与人眼对可见光的响应接近，但凡人眼可以感受到的光都会引起其阻值发生变化。光照传感器输出的量为模拟量，因此需要先将信号接入A/D转换电路进行模数转换。光照传感器接口电路如图3所示。2.2控制模块意法半导体（ST）公司设计的STM32系列MCU，内嵌Cortext-M3内核以及丰富的外设，具有低功耗、低电压、高性能等优点，是目前CM3内核ARM处理器中数量和影响较大的产品。STM32F103ZET6芯片具有的片上资源包括64kBSRAM，512kBFLASH，3个SPI，3个12位ADC，1个12位DAC，8个定时器，1个FSMC接口以及112个通用I/O口等。该芯片能够满足多个传感器信息的接收、处理和控制。STM32F103ZET6芯片实物如图4所示。2.3LCD显示屏液晶显示用于实时显示采集的温度、湿度、光照度等车厢内环境参数。本系统选用TFT-LCD模块，使用流程如图5所示。STM32F103芯片带有FSMC（灵活的静态存储控制器）接口，能够与同步或者异步存储器的16位PC存储器卡连接，支持SRAM，NANDFLASH，NORFLASH和PSRAM等[6]。在系统设计过程中，可将TFT-LCD当作SRAM来控制。外部SRAM的控制一般包括地址线、数据线、写信号、读信号、片选信号，这些信号与控制LCD的信号相似。3系统软件设计系统软件主程序包括系统初始化，LCD显示屏初始化，各采集点数据采集、分析和处理[7]。主程序流程如图6所示。龙源期刊网数据采集子程序数据采集函数包括各传感器的启动、复位和采样频率设置函数，以及采集数据的保存和函数读取。数据采集程序流程如图7所示。3.2显示屏子程序显示屏程序包括LCD显示函数，LCD坐标设置函数，LCD画点函数，LCD读点函数，LCD字符显示函数。显示屏程序流程如图8所示。4试验将传感器安放在实验室的不同位置，进行样机测试试验。实验测试结果如图9所示。5结语本文详细介绍了一种可应用于列车进行车厢环境检测与控制的系统，并对系统的软硬件做了详细的阐述。实验测试结果表明，系统满足设计要求，能够对列车车厢内的环境进行实时检测与控制，进一步提升了我国铁路列车服务水平。参考文献[1]王志全.空调硬座客车车厢内部热舒适度研究[D].兰州：兰州交通大学，2012.[2]张吉光，杨晚生，李华.铁路高速客车车内空气品质及改善措施[J].建筑热能通风空调，2001，20（5）：67-69.[3]汤锴杰，栗灿，王迪，等.基于DS18B20的数字式温度采集报警系统设计[J].传感器与微系统，2014，33（3）：99-102.[4]黄保瑞，贾之豪，邵婷婷.基于AT89C51单片机的温度测控系统设计[J].现代电子技术，2011，34（6）：142-143.[5]殷斌.基于单片机的温度控制系统的研究[J].机电工程，2015，32（6）：887-890.[6]尤卫卫，冒建亮，叶桦.基于STM32和CPLD的TFT-LCD显示控制器设计[J].液晶与显示，2015，30（3）：444-450.[7]马玉龙.光照度自动检测系统的设计[D].哈尔滨：黑龙江大学，2015.[8]郭佳，陈乾君.基于单片机及PC机的温度控制系统设计[J].物联网技术，2013，3（7）：18-20.龙源期刊网