一种动车组空调智能温度控制系统的制作方法
本发明涉及铁路交通设备，特别涉及一种动车组空调智能温度控制系统。
背景技术：
1、随着我国高速铁路的快速发展，动车组已成为人们日常出行的重要交通工具。动车组空调系统作为保障旅客乘车舒适度的关键设备，其温度控制性能直接影响乘客的出行体验。目前，动车组空调温度控制多采用预设温度值结合简单反馈调节的方式，控制系统根据设定的目标温度与车厢内实际温度的差值进行调节。然而，这种控制方式存在一定的局限性，由于列车运行过程中载客量变化、车厢内外环境温度差异以及日照强度变化等因素的影响，导致温度调节响应存在滞后性，难以实现精确控制，同时也会造成一定的能源浪费。因此，需要一种能够根据实际环境变化智能调节的动车组空调温度控制系统，以提升温度控制精度和能效表现。
技术实现思路
1、发明的目的在于提供一种动车组空调智能温度控制系统，解决了背景技术中提到的问题。
2、本发明是这样实现的，一种动车组空调智能温度控制系统，包括环境参数采集模块、乘客密度检测模块、主控制器、温度预测单元、模糊控制单元、变频控制单元、送风控制单元、能耗评估单元、数据库、显示单元和报警单元；
3、所述环境参数采集模块包括车厢温度传感器、室外温度传感器、日照传感器和送风温度传感器，所述车厢温度传感器设置于车厢内部顶部位置，所述室外温度传感器设置于车厢外部前端位置，所述日照传感器设置于车厢顶部，所述送风温度传感器设置于空调出风口处；
4、所述乘客密度检测模块设置于车厢入口处，包括红外阵列传感器和压力传感器，所述红外阵列传感器沿车厢入口宽度方向均匀布置不少于八个检测点，所述压力传感器嵌入车厢地板内部；
5、所述环境参数采集模块和乘客密度检测模块分别通过信号传输线路连接至主控制器输入端；
6、所述主控制器内部集成有温度预测单元和模糊控制单元，所述温度预测单元采用径向基函数神经网络算法构建预测模型，所述模糊控制单元采用双输入三输出的模糊推理规则；
7、所述主控制器的输出端分别连接变频控制单元和送风控制单元；
8、所述变频控制单元通过功率驱动电路连接空调压缩机电机和冷凝器风扇电机；
9、所述送风控制单元通过风门驱动电机连接送风风门；
10、所述数据库存储有历史运行数据、环境参数阈值范围和乘客舒适度映射表；
11、所述显示单元设置于车厢两端顶部，包括温度显示屏和模式指示灯；
12、所述报警单元设置于车厢中部，包含声光报警器；
13、所述环境参数采集模块实时采集车厢内部温度信号、车厢外部温度信号、日照强度信号和送风温度信号，并将采集到的各参数信号通过a/d转换器转换为数字信号后传输至主控制器；
14、所述乘客密度检测模块中的红外阵列传感器持续扫描车厢入口区域，输出乘客数量计数信号，压力传感器检测乘客站立时对地板的压力变化信号，两种信号经融合处理后生成乘客密度数据并传输至主控制器；
15、所述主控制器接收环境参数采集模块和乘客密度检测模块传输的各类信号后，首先将车厢内部温度信号、室外温度信号、日照强度信号和送风温度信号输入至温度预测单元，温度预测单元根据当前时刻的环境参数和数据库中存储的前序时刻环境参数进行计算，输出未来三十分钟内的车厢温度预测值；
16、所述温度预测单元输出的预测值与模糊控制单元中的目标温度设定值进行比较，生成温度偏差信号和温度偏差变化率信号；
17、所述模糊控制单元根据温度偏差信号和温度偏差变化率信号，按照预设的模糊推理规则进行模糊推理运算，输出压缩机频率控制信号和送风量控制信号；
18、所述压缩机频率控制信号经变频控制单元转换为可变频率的交流电信号，该信号输出至压缩机电机驱动器的频率输入端，控制压缩机电机按照设定频率运行；
19、所述送风量控制信号输出至送风风门的驱动电机，控制送风风门的开度角度；
20、所述能耗评估单元实时采集变频控制单元的工作电流和电压信号，计算空调系统的实时功率，根据运行时间和功率计算累计能耗数据，并将能耗数据传输至主控制器进行存储和显示；
21、所述主控制器将环境参数采集模块采集的实时数据、温度预测单元的预测数据、模糊控制单元的输出参数以及能耗评估单元的能耗数据同时传输至数据库进行存储；
22、所述显示单元从主控制器获取各类数据信息，通过温度显示屏显示当前车厢温度、设定温度、室外温度和预测温度，通过模式指示灯显示当前空调运行模式；
23、所述报警单元与主控制器连接，当车厢内部温度超过预设温度上限阈值或低于预设温度下限阈值时，或者当乘客密度超过车厢额定承载量的百分之九十时，主控制器向报警单元发送报警触发信号，报警单元启动声光报警。
24、进一步的，所述车厢温度传感器采用铂电阻温度传感器，测量范围为零下四十摄氏度至零上八十摄氏度，测量精度为正负零点一度摄氏度，传感器输出端连接有信号放大电路，放大电路的输出端连接至a/d转换器。
25、进一步的，所述室外温度传感器采用防水型热敏电阻温度传感器，设置于车厢外部前端位置的防护罩内部，防护罩采用不锈钢材质制作，具有防雨和防尘功能。
26、进一步的，所述日照传感器采用硅光电池作为感光元件，感光面朝上设置于车厢顶部，传感器输出端连接有光照强度变送电路，变送电路将光电流信号转换为四至二十毫安的标准信号输出。
27、进一步的，所述送风温度传感器设置于空调出风口位置，采用贴片式温度传感器，传感器探头直接接触出风空气，实时监测空调出风温度。
28、进一步的，所述乘客密度检测模块中的红外阵列传感器采用八乘以四的红外线矩阵排列方式，覆盖车厢入口宽度方向和高度方向的检测区域，传感器驱动电路采用脉冲式驱动方式，驱动频率为四十千赫兹。
29、进一步的，所述压力传感器采用压阻式压力传感器，传感器敏感元件嵌入车厢地板夹层中，传感器量程为零至五百千帕，灵敏度为每千帕一点五毫伏。
30、进一步的，所述主控制器采用32位arm cortex-m4内核的微处理器芯片，主频为一百六十八兆赫兹，内部集成有浮点运算单元和数字信号处理指令集，外围扩展有uart接口、spi接口和can总线接口。
31、进一步的，所述温度预测单元中的径向基函数神经网络采用三层网络结构，输入层节点数为四个，分别对应车厢内部温度、室外温度、日照强度和送风温度，隐含层节点数为二十个，隐含层激活函数采用高斯函数，输出层节点数为三个，输出未来十分钟、二十分钟和三十分钟后的预测温度值。
32、进一步的，所述模糊控制单元中的模糊推理规则采用 mamdani 型推理方法，温度偏差变量的模糊子集设定为负大、负小、零、正小和正大五个等级，温度偏差变化率变量的模糊子集设定为负大、负小、零、正小和正大五个等级，输出变量压缩机频率的模糊子集设定为很低、低、中、高和很高五个等级。
33、进一步的，所述变频控制单元采用智能功率模块作为核心控制器件，功率模块内部集成有六路igbt驱动电路和过流保护电路，模块输入端连接至直流母线，直流母线电压为五百四十伏至七百五十伏直流电压，模块输出端连接三相异步压缩机电机。
34、进一步的，所述送风控制单元采用直流无刷电机驱动送风风门，电机的额定电压为二十四伏直流电压，额定转速为每分钟三千转，电机驱动器采用闭环控制方式，通过pwm信号进行转速调节。
35、进一步的，所述数据库采用非易失性闪存存储器作为存储介质，存储容量为八兆字节，数据库中存储的环境参数阈值范围包括温度上限阈值三十摄氏度、温度下限阈值十八摄氏度、湿度上限阈值百分之七十、湿度下限阈值百分之三十。
36、进一步的，所述显示单元中的温度显示屏采用七寸tft液晶显示屏，分辨率为八百乘以四百八十像素，显示屏通过spi接口与主控制器连接，显示屏驱动芯片采用ili9488型号。
37、进一步的，所述报警单元中的声光报警器采用蜂鸣器和红色led指示灯的组合方式，蜂鸣器音量大于八十五分贝，led指示灯直径为十毫米，采用高亮度红色led芯片。
38、进一步的，所述主控制器还设置有通信接口，通信接口通过列车通信网络连接至列车控制中心，实现远程监控和数据传输功能。
39、进一步的，所述环境参数采集模块还设置有传感器自检功能，主控制器定时发送自检信号至各传感器，各传感器返回标准信号值，主控制器根据返回信号判断传感器工作状态，当检测到传感器故障时，在显示单元显示故障提示信息。
40、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
41、本发明提供了一种动车组空调智能温度控制系统，通过设置环境参数采集模块采集车厢内部温度、车厢外部温度、日照强度和送风温度等多维环境参数，为温度控制提供全面的数据基础；通过设置乘客密度检测模块实时检测车厢内的乘客数量，为温度控制策略的调整提供依据；通过在主控制器内部集成温度预测单元，采用径向基函数神经网络算法对未来时刻的车厢温度进行预测，使控制系统能够提前做出调节动作，有效解决了背景技术中温度调节响应滞后的问题；通过设置模糊控制单元，采用模糊推理规则进行温度控制决策，实现了根据环境变化的自适应调节，提高了温度控制精度；通过设置变频控制单元，实现对压缩机电机转速的连续调节，使空调系统能够根据实际需求调整制冷或制热能力，避免了能源浪费；通过设置能耗评估单元，实时监测空调系统的能耗状况，为优化控制策略提供数据支持；通过设置显示单元和报警单元，使乘客和工作人员能够直观了解空调系统的工作状态，及时发现异常情况并进行处理。