目 ?錄
摘要?
Abstract?
第一章 緒論?
1.1 研究背景及意義?
1.2 國內外研究現狀?
1.3 研究內容及目的?
第二章 地鐵站智能通風系統總體方案?
2.1 地鐵站智能通風系統的基本構成?
2.2 地鐵站智能通風系統需求分析?
2.3 整體方案結構設計?
2.4 有線和無線通信傳輸方案?
第三章 智能通風系統的硬件設計?
3.1 硬件方案?
3.2 主控芯片選型?
3.3 藍牙模塊選型?
3.4 傳感器電路設計?
3.5 執行器電路設計?
3.6 硬件電路總覽?
第四章 智能通風系統系統的軟件設計?
4.1 STM32 主控制器軟件設計?
4.2 部分程序源代碼講解?
第五章 系統調試?
5.1 作品外觀展示?
5.2 系統測試?
5.3 手機APP監控界面?
第六章 總結與展望?
6.1 總結?
6.2 展望?
致謝?
參考文獻?
摘 要
隨著國家人口的不斷激增，經濟的不斷發展，全國各地通過興建地下軌道交 通以解決出行難題和給人們帶來舒適、便捷的出行體驗。如何減少地下軌道交通 運作時的高能耗的同時為人們提供良好出行環境，是迫切需要解決的問題。
論文對當前地鐵站通風系統和相關解決方案進行了分析，提出了地鐵站智能 通風系統方案。地鐵站通風系統借助換氣稀釋和空調手段去控制空氣污染物的傳 播與造成的危害，以此將地鐵站內環境保持在令人感到最舒適的狀態。系統基于 微處理器技術、傳感器技術和通信技術，根據場景要求對系統的核心處理模塊、 監測模塊、信息傳輸模塊進行了設計與實現，對實時監測、遠程監控、事件上報、 控制命令接受等流程的邏輯功能進行了規劃以及系統軟件的設計實現，最后對搭 建好的地鐵站智能通風系統進行聯調和整體測試。通過對測試結果的分析，系統 符合設計需求。

關鍵詞：變速風扇，溫度檢測，系統架構，ARM

Abstract

With ?the ?continuous ?surge ?of the ?country's ?population ?and ?the continuous ?development ?of the ?economy, underground rail ?transit has been built throughout the ?country to ?solve travel problems ?and bring people a comfortable and convenient travel experience. How to reduce the high energy consumption during the operation of underground rail transit and how to provide a good travel environment for people is an urgent problem to be solved.
This paper analyzes the current subway station ventilation system
and ?related ?solutions, ?and ?proposes ?the ? subway ?station ?intelligent ventilation system scheme. The ventilation system of the subway station uses means such as ventilation dilution and air conditioning to control the spread ?and ?harm ?caused ?by ?air ?pollutants, ?so ?as ?to ?maintain ?the environment in the subway station in the most comfortable state. Based on ?microprocessor ?technology, ?sensor ?technology ?and ?communication technology, ?the ?system ?designs ?and ?implements ?the ?core ?processing module, monitoring module and information transmission module of the system according to the requirements ?of the ?scenario, plans the logic functions of real-time monitoring, remote monitoring, event reporting, control ?command ?acceptance ?and ?other ?processes ?and ?designs ?and implements the system software, and finally conducts joint adjustment and ?overall ?testing ?of the ?built ?subway ?station ?intelligent ?ventilation system. Through the analysis of the test results, the system meets the design requirements.

Keywords：Variable ?Speed ?Fan; ?Temperature ?Detection; ?System Architecture; ARM
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第一章 緒論
1.1 研究背景及意義
隨著經濟的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，人們對便捷出行、舒適旅 途的向往也更加強烈。全國各地通過興建地鐵方便人民出行，位于城市中心區域 的地鐵為了緩解用地緊張的情況一般選擇鐵路建于地下，而地下車站會存在氣體 流通不夠充分并伴隨有害氣體無法排出和溫度多變的情況。對廣大人民群眾來說 是否有一個舒適的乘車環境是決定地鐵上座率的重要因素，如果地鐵站內的二氧 化碳的濃度高同時氧氣的含量低必會導致乘客在早晨通勤路上昏昏欲睡，不合適 的溫度讓人心情煩躁，必然會減少人們通過坐地鐵來實現通勤目的的想法，并且 當人們處在更加舒適的通勤環境中，有利于提高后續的工作效率和有益于身心健 康，通風系統的優化迫在眉睫。通風是優化地鐵站內復雜物理環境的主要措施， 因此需要設計一套智能的地鐵通風空調系統來減少上述現象的發生。
智能通風系統是以地鐵站為平臺，利用傳感器技術、自動控制技術、空調和 通風技術，通過微處理器實現智能統一的系統功能調度和管理，以此實現多點位 溫度監測、有害氣體檢測，當檢測到危險氣體時自動報警同時更變空調、通風裝 置的運行模式。根據《中國城市軌道交通年度報告》指出，地鐵車站用能情況中 通風空調系統占比最大，約為 54-71%。因此，在地鐵網絡遍布城市地下的時代， 如何合理確定車站通風空調系統形式和運行控制模式，將是降低整個車站運行能 耗的關鍵[1] 。與普通地鐵站通風系統相比，智能通風系統不僅有常見的通風功能 還可以實現對環境實時監測并做出分析，判斷出適合當前狀況的空調溫度和通風 裝置工作功率，在營造舒適的地鐵站內環境的前提下提高能源的利用率，減少大 電流對電網的沖擊，最終實現節能減排。
1.2 國內外研究現狀
1.2.1 國外研究發展
英國在 1863 年 1 月首次在倫敦建成地下鐵路，當時列車的動力來源是蒸汽 機，在地下相對密閉的環境中蒸汽機工作時會焚燒大量煤炭產生有毒氣體，僅僅 依靠列車運作時所產生的活塞效應難以將有毒有害氣體排出車站，需通過管道將
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有害氣體排除車站。伴隨著科技的發展進步，倫敦引入更多的地鐵線路，地鐵站 客流量的增加和地鐵運作所產生的巨大熱量使地鐵站內溫度異常的高，原先的活 塞效應顯然無法滿足散熱要求，隨后倫敦在地鐵車站中引入大型風扇，通過管道 將外部的冷空氣引入地鐵站，并將地鐵站內高溫氣體抽出，通過這種機械的排風 方式極大的改善了地鐵內的空氣質量和調節了地鐵站內溫度[2]。
美國地鐵建設初期科學家就考慮到了環境控制問題，地鐵站內可能存在的高
溫，通過計算公式測出列車活塞效應的影響，通過數據設計建造地下鐵路，在站 臺處設置通風管道排出高溫。1980 到 1990 年期間通過計算機模擬軟件，計算地 鐵站內空氣流通、溫度、風量以及空調負載，在實際驗證中獲得成功。現如今引 入了空氣—水空調系統，充分采用暗挖車站的功能，可用于將冷水有效地輸送到 相應的盤管位置處，使新風可以通過風管送入車站內部，在公共區域中可以實現 自然通風，在空調運行時新風會與回風混合完成冷卻處理之后，供給公共區域使 用，進一步的實現了節能減排。
1.2.2 國內研究發展
國內地鐵發展較晚，1965 年開建的北京地鐵利用活塞效應自然通風以此來 冷卻隧道和地鐵站以達到降溫的效果。1980 年后專家對地鐵站和隧道進行重新 勘探，收集并分析了地鐵站和隧道內溫度分布、氣體流動速度變化等多種數據， 對地鐵站通風空調系統進行改造，引入機械通風裝置，對自動控制系統提供技術 支持。
上海地鐵建成于 1995 年，是國內初次在地鐵站內引入屏蔽門系統，地鐵屏 蔽門系統的建設一定程度上促進了地鐵運行的環保節約[3]。地鐵屏蔽門能夠很好 地控制車站溫度，同時還能控制車站整體的溫度，防止過多熱量進入隧道，減少 能源上的消耗。地鐵中的空調系統能夠很好地改善地鐵中的溫度，利用屏蔽門的 形式進行溫度控制。
北京地鐵建成后國內地鐵通風系統進入緩慢發展，在往后的十幾年間引入空 調系統冷凍水。陳華等人在 2004 年通過對某常規建筑通風空調系統的研究，得 出可以通過不同的控制方式來對通風空調系統的能效進行一定優化改進[4]。王童 等人在 2012 年通過MATLAB 軟件模擬了水泵的變流量運行模式對冷水機組工作效 率的影響,得出水泵變流量模式下冷水機組的效率下降的不多，因此可以利用變 流量模式進行節能[5] ?。
到 2020 年各地地鐵站通風系統結合了活塞風、屏蔽門和通風空調冷凍水系
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統等設施能有效的創造舒適環境。地鐵站設施已經相對完善但通風空調系統仍然 消耗非常多的能量，根據《中國城市軌道交通年度報告》指出，地鐵車站用能情 況中，通風空調系統占比最大，約為 54-71%。想要使地鐵站的運作成本下降的 同時給乘客營造一個舒適的乘車環境，在后續的發展中，節能智能的地鐵站通風 空調系統引入顯得尤為重要。
1.3 研究內容及目的
本論文研究地鐵站內智能通風系統，通過查閱有關地鐵站通風系統的文獻和 有關自動化控制的文獻，找出當前地鐵站通風系統所存在的問題，結合實際情況 設計制作一套適合地鐵站的通風系統。智能控制作為一個新型的產業，將智能硬 件與無線通信相結合，能推動傳統通風系統更新換代。系統集安全監測報警、環 境狀況檢測、通風裝置控制、空調系統控制于一體，可以使得地鐵站內長期保持 一個溫度合適和各種氣體含量平衡的舒適的環境。系統的環境監控平臺可以通過 手機 APP 進行訪問，實時查看各種環境數據，如遇火情或有有害氣體可以在第一 時間內通知到地鐵管理人員。系統通過多點的環境檢測設施給出的數據進行分析 決策，最終決定通風裝置的工作效率和空調的開啟以此做到節能減排的目的。
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第二章 地鐵站智能通風系統總體方案
本章主要介紹基于 STM32F103 微處理器的地鐵站智能通風系統的基本概念 和涉及到的主要技術。給出環境檢測的重要技術指標，最終確定智能通風系統的 總體方案。
2.1 地鐵站智能通風系統的基本構成
地鐵站智能通風系統是以 STM32 微處理器和傳感器技術為核心，其主要目 的是實現對地鐵站內的溫度、空氣質量以及危險氣體進行監測，在獲得上述數據 的基礎上合理控制通風系統和空調系統的運作。系統利用藍牙通信技術、計算機 技術、嵌入式技術、傳感器技術構建一個智能化監控管理平臺，以此打造一個舒 適、舒心、安全的候車乘車環境。
2.2 地鐵站智能通風系統需求分析
隨著人口增長，地鐵作為廣受人們青睞的公共交通工具，人們對在地下候車 時的環境舒適度提出更高的要求。經過資料搜集和實地調查，地下車站的溫度和 空氣質量還有安全是人們廣泛關注的問題，地下車站的通風空調系統的能耗也一 直占據這地下車站總能耗的一半以上，因此能夠創造良好環境同時又可以節約能 耗的智能通風系統尤為重要。
2.2.1 地鐵站內環境質量指標
根據國家地鐵設計規范中指出夏季車站中心溫度不得超過 25℃ ，采用通風 系統時室內每個乘客每小時所獲的新鮮空氣量不少于 30 平方米。采用空調系統 時每個人所獲得的新鮮空氣含量不得少于 12.6 平方米。當車站內發生火災事故 時，應具備排煙、通風功能。車站公共區內的二氧化碳 (CO2)日平均濃度應小于 1.5%。車站內空氣中存在的可吸入顆粒物濃度應小于 0.25mg/平方米[6]。
2.2.2 系統需求分析
本文設計的地鐵站智能通風系統需求分析如下：
(1) 地鐵站位于地下，站內環境多變充滿不確定性，將多種傳感器如溫度傳感器、濕度傳感器、空氣質量傳感器、危險氣體傳感器等布局在不同點位進 行實時監測以此達到全面監測，傳感器將數據發送到主控芯片上，主控芯片 進行分析和校準數據以此得到準確數值。
(2) 系統需要具有手機端監控功能，除了固定的顯示屏獲取實時更新得 到的數據，微處理器還能通過藍牙將數據發送到手機，在手機上通過 APP 可 以查看實時的環境數據和收到報警信息，有助于車站管理員第一時間內收到 通知并進行險情處置。
(3) 系統需要具有通風裝置、空調多設備聯動功能。系統在收到傳感器 數據后進行分析， 自動判斷是否需要打開空調和是否需要打開通風系統， 以 此營造舒適的候車環境。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的地铁线路管理系统的设计与实现_kaic的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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