一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台的制作方法

本实用新型涉及一种公交站台，具体涉及一种基于旋涡冷却器的制冷公交站台。

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，而本实用新型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，温度的自动调控系统避免了人为干预，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。

技术实现要素：

本实用新型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、供电系统和站台架体组成，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。

本实用新型的技术方案是：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系统。

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室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，否则系统处于停机状态。

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，单片机将手机端发送的合理温度范围作为设定值，并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，通过间接地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运行状态工作。

进一步地，单片机首先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，再由丝杠机构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系统，整个系统由地下交流电桩和太阳能电池板供电。

本实用新型的有益效果为：本实用新型绿色环保，可得到0℃以下的冷却气体，制冷效果明显，可为候车人员提供凉爽的候车环境。

附图说明

图1为本实用新型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为本实用新型基于旋涡冷却器的制冷公交站台的供电系统示意图；

图3为本实用新型基于旋涡冷却器的制冷公交站台的结构示意图；

图4为本实用新型中旋涡冷却器的制冷原理图；

图5为本实用新型中的冷却管路结构示意图；

图6为本实用新型设定制冷单元的工作时间的流程图；

图7为本实用新型控制单元判断是否启动制冷单元的流程图；

图8为本实用新型中手机与控制单元通讯信息的流程图

图9为本实用新型中控制单元调节公交站台顶棚下方环境温度的流程图；

图10为本实用新型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为本实用新型的供气泵控制电路中的可调电阻模块的机械控制部分的示意图；

图12为本实用新型的控制单元原理图。

图中：1、站台架；2、太阳能板；3、制冷系统安置箱；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、可调电阻模块；20、电桩；21、摄像头。

具体实施方式

为了更加清楚地描述本实用新型，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～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、制冷系统安置槽3、制冷管路4、顶棚6和隔热层7组成。制冷系统安置槽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系统，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。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，使系统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，沿涡流室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通讯。

下面结合本实施例，对本实用新型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系统由时间设定、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，否则制冷系统始终处于停机状态。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。