專利名稱：天然氣公交車智能全新風空調控制系統和控制方法
技術領域：
本發明涉及一種天然氣公交車智能全新風控制系統和方法，應用于使用天然氣 (CNG)、液化石油氣(LPG)作為燃料以及對空氣質量和節能環保有一定要求的城市公交車輛空調。
背景技術：
近年來隨著國家對車輛排放要求的提高，使用燃油的公交車輛普遍從歐III逐步過渡到歐IV水平，而采用天然氣作為燃料的公交車輛相比使用燃油的公交車輛，有著更低的氮氧化物和顆粒物排放，以及更好的經濟性等優點，在中西部富氣省份得到大批量推廣應用。但是，作為天然氣公交車輛零部件之一的空調裝置，所采用的新風系統只能簡單的單向引入新風功能，只能通過簡單的手動開啟和關閉新風門，將外界新風引入車內，對車內空氣質量改善作用不明顯，也不利于實現節能環保；且不能實現智能控制，即不能根據車內外溫度的變化，適時調整新風量大小，實現0% 100%的無級新風調節，也不能實現空氣清新和節能目的。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能實現智能控制，可有效提高車內空氣質量的智能全新風空調控制系統和方法。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是一種天然氣公交車智能全新風空調控制系統，其關鍵技術在于包括控制器、執行裝置以及溫度傳感器；所述執行裝置包括回風門電動執行器、溢風門電動執行器以及新風門電動執行器，所述溫度傳感器包括車外溫度傳感器以及車內溫度傳感器；所述車外溫度傳感器和車內溫度傳感器分別接控制器的相應輸入端，所述控制器的輸出端分別接新風門電動執行器、溢風門電動執行器以及回風門電動執行器的控制端，所述回風門電動執行器的反饋端接控制器的相應輸入端；所述新風門電動執行器、溢風門電動執行器以及回風門電動執行器的輸出軸分別與公交車上的新風門、溢風門以及回風門的旋轉軸相連接。上述控制器包括單片機U1、數模轉換器U2、運算放大器U3、三極管T1-T4以及電阻R1-R8 ；所述單片機Ul型號為TMP86FH46，數模轉換器U2的型號為DAC0832，所述單片機 Ul的9-12腳分別依次接數模轉換器U2的輸入端7-4腳，單片機Ul的13-16腳分別依次接數模轉換器U2的輸入端16-13腳，數模轉換器U2的11腳、12腳分別接運算放大器U3的反相輸入端、同相輸入端，運算放大器U3的同相輸入端接地，運算放大器U3的輸出端接數模轉換器U2的輸入端9腳，運算放大器U3的輸出端接回風門電動執行器的控制端，所述電阻Rl、R4串聯后接在回風門電動執行器的反饋端與地之間，電阻Rl與電阻R4的節點接單片機Ul的輸入端42腳；單片機Ul的40腳、41腳分別經電阻R3和電阻R2接VCC ；單片機 Ul的輸出端30腳、31腳分別經電阻R7、R5接三極管T3、Tl的基極，三極管T3、Tl的發射極分別接地，三極管T3、T1的集電極分別經電阻R8、R6接三極管T4、T2的基極，三極管Τ4、 Τ2的發射極分別接MV電壓，三極管Τ4、Τ2的集電極分別接所述溢風門電動執行器、新風門電動執行器的控制端。上述新風門電動執行器和溢風門電動執行器型號為UC4-F，所述回風門電動執行器型號為LMUM-SR。上述車內溫度傳感器和車外溫度傳感器均為NTC熱敏電阻；兩個NTC熱敏電阻的輸出端分別接單片機Ul的輸入端40腳、41腳。上述天然氣公交車智能全新風空調控制系統的控制方法，其包括以下步驟
①、空調開啟前，單片機Ul借助車外溫度傳感器和車內溫度傳感器檢查車外溫度和車內溫度的高低，當車內溫度比車外溫度高4°c以上時，通過單片機Ul的控制，開啟新風門和溢風門，同時關閉回風門，使車內外溫度平衡；
②、然后通過單片機Ul的控制，開啟公交車空調制冷，打開回風門(9)，并關閉新風門、 溢風門；此時，車外溫度傳感器和車內溫度傳感器每10分鐘檢查一次車外溫度和車內溫度，并借助單片機Ul計算其與設定溫度之間的差值；
③、當車內溫度比車外溫度高，且車外溫度比設定溫度低時，開啟新風門、溢風門，關閉空調制冷，關閉回風門；
④、隨著車外新鮮冷空氣的進入，車內熱空氣不斷從溢風口排出，待車內溫度降低到跟設定溫度相等時，單片機Ul調整回風門打開一定的角度，使車內一部分熱空氣也參與循環，使車內溫度不低于設定溫度。采用上述技術方案所產生的有益效果在于本發明通過設置的控制器、溫度傳感器以及回風門電動執行器，可根據車內外溫度差值變化自動開啟和關閉新風和空調，并可實時的調節回風門的角度，實現閉環控制，從而可實現精準的混合風比例調節，實現了智能控制，不僅可以為天然氣公交車車廂提供舒適清新的空氣環境，還可最大程度的實現節能降耗。


圖1是本發明的流程框圖； 圖2是本發明的電路原理其中，1、控制器；2、車內溫度傳感器；3、車外溫度傳感器；4、新風門電動執行器；5、溢風門電動執行器；6、回風門電動執行器；7、新風門；8、溢風門；9、回風門。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。參見附圖1，本發明系統包括控制器1、執行裝置以及溫度傳感器；所述執行裝置包括回風門電動執行器6、溢風門電動執行器5以及新風門電動執行器4，所述溫度傳感器包括車外溫度傳感器3以及車內溫度傳感器2 ；所述車外溫度傳感器3和車內溫度傳感器2 分別接控制器1的相應輸入端，所述控制器1的輸出端分別接新風門電動執行器4、溢風門電動執行器5以及回風門電動執行器6的控制端，所述回風門電動執行器6的反饋端接控制器1的相應輸入端；所述新風門電動執行器4、溢風門電動執行器5以及回風門電動執行器6的輸出軸分別與公交車上的新風門7、溢風門8以及回風門9的旋轉軸相連接。參見附圖2，上述控制器1包括單片機U1、數模轉換器U2、運算放大器U3、三極管 T1-T4以及電阻R1-R8 ；所述單片機Ul型號為TMP86FH46，數模轉換器U2的型號為DAC0832， 所述單片機Ul的9-12腳分別依次接數模轉換器U2的輸入端7-4腳，單片機Ul的13-16 腳分別依次接數模轉換器U2的輸入端16-13腳，數模轉換器U2的11腳、12腳分別接運算放大器U3的反相輸入端、同相輸入端，運算放大器U3的同相輸入端接地，運算放大器U3的輸出端接數模轉換器U2的輸入端9腳，運算放大器U3的輸出端接回風門電動執行器6的控制端，所述電阻Rl、R4串聯后接在回風門電動執行器6的反饋端與地之間，電阻Rl與電阻R4的節點接單片機Ul的輸入端42腳；單片機Ul的40腳、41腳分別經電阻R3和電阻 R2 接 VCC ；
單片機Ul的輸出端30腳、31腳分別經電阻R7、R5接三極管T3、T1的基極，三極管Τ3、 Tl的發射極分別接地，三極管Τ3、Tl的集電極分別經電阻R8、R6接三極管Τ4、Τ2的基極， 三極管Τ4、Τ2的發射極分別接MV電壓，三極管Τ4、Τ2的集電極分別接所述溢風門電動執行器5、新風門電動執行器4的控制端。單片機Ul的輸出端30腳、31腳輸出5V高電位信號時，三極管Tl、Τ3飽和導通，從而引起三極管Τ2、Τ4飽和導通，24V電壓輸出到新風門電動執行器4、溢風門電動執行器5的控制端，通過Τ1-Τ4三極管的動作，可將單片機Ul輸出的5V電壓信號轉化為新風門電動執行器4和溢風門電動執行器5所需要的24V控制電壓信號。上述的控制器1輸出2V IOV電壓的角度控制信號給回風門電動執行器6，回風門電動執行器6控制回風門9可在0° 90°之間旋轉，其中，2V電壓對應角度0°，IOV電壓對應角度90° ；同時回風門電動執行器6輸出2V IOV電壓的位置反饋信號給控制器 1，輸出2V時對應回風門角度在0°，輸出IOV電壓時對應回風門角度在90°，從而實現精準的閉環控制，實現智能調節功能。上述的新風門電動執行器4和溢風門電動執行器5采用瑞士 BELIMO品牌，規格為 LM24-F,最大扭矩2Nm。回風門電動執行器6采用瑞士 BELIMO品牌，規格為LMUM-SR，最大扭矩5Nm。車內溫度傳感器2和車外溫度傳感器3均為NTC熱敏電阻，分別起感應車內溫度和車外溫度的作用，兩個NTC熱敏電阻的輸出端分別接單片機Ul的輸入端40腳、41腳。以上所述控制系統的控制方法步驟如下
1、每次開啟空調前，控制器模塊利用車外溫度傳感器3和車內溫度傳感器2檢查車外溫度和車內溫度的高低；
2、當車內溫度比車外溫度高4°C以上時，通過控制器1的控制，開啟新風門7，關閉回風門9，開啟溢風門8，使車內外溫度平衡；
3、之后，通過控制器1的控制，開啟制冷，打開回風門9，關閉新風門7、溢風門8；
4、空調開啟后，利用車外溫度傳感器3和車內溫度傳感器2，每10分鐘檢查一次車外溫度、車內溫度，并利用控制器1計算其與設定溫度之間的差值；
通過步驟1-4的過程，可將車外低溫新鮮空氣引入車內，對車廂內由于太陽暴曬產生的高溫進行初步降溫，然后再開啟制冷，在高溫天此過程有著非常明顯的效果，可迅速減少車內熱負荷，對實現節能也有著積極的影響。5、當車內溫度比車外溫度高，且車外溫度比設定溫度低時，開啟新風門7、溢風門8，關閉制冷，關閉回風門9;
6、在開啟全新風的過程中，隨著車外新鮮冷空氣的進入，車內熱空氣不斷從溢風口排出，使得車內溫度下降，到車內溫度降低到跟設定溫度相等時，控制器1調整回風門9的角度，讓車內一部分熱空氣也參與循環，跟車外的冷空氣混合，使車內溫度不至于下降到設定溫度以下。其動作過程為全新風運行車內溫度下降，此時回風門9角度90°，當下降到接近設定溫度時，控制器1根據車內外溫度差值調整回風門9的角度，車內外溫度差值不一樣回風門9調整的角度也不一樣，使車內溫度穩定在設定溫度附近，當運行過程中車內溫度有偏離設定溫度時，控制器1會及時調整回風門9的角度始終保持車內溫度在設定溫度附近。這里回風門9角度在0°時為全部打開狀態，此時全部車內熱空氣參與循環；回風門9 角度越小時，則混風風中熱空氣的比例越大，反之則冷空氣的比例越大；在90°時回風門9 全部關閉，此時沒有車內熱空氣參與循環，全部為車外冷空氣。 通過步驟5-6的過程，本來需要壓縮機工作實現降溫的步驟由引入車外新鮮冷空氣代替，本來需要通過壓縮機開停來實現恒溫的過程，通過調整車外新風和車內熱空氣混合的比例實現恒溫，在春秋季節使用空調此過程的設置有著重要作用，對于實現節能也有著積極的影響。
權利要求
1.一種天然氣公交車智能全新風空調控制系統，其特征在于包括控制器(1)、執行裝置以及溫度傳感器；所述執行裝置包括回風門電動執行器(6)、溢風門電動執行器(5)以及新風門電動執行器(4 )，所述溫度傳感器包括車外溫度傳感器(3 )以及車內溫度傳感器(2 )； 所述車外溫度傳感器(3)和車內溫度傳感器(2)分別接控制器(1)的相應輸入端，所述控制器(1)的輸出端分別接新風門電動執行器(4)、溢風門電動執行器(5)以及回風門電動執行器(6)的控制端，所述回風門電動執行器(6)的反饋端接控制器(1)的相應輸入端；所述新風門電動執行器(4)、溢風門電動執行器(5)以及回風門電動執行器(6)的輸出軸分別與公交車上的新風門(7)、溢風門(8)以及回風門(9)的旋轉軸相連接。
2.根據權利要求1所述的天然氣公交車智能全新風空調控制系統，其特征在于所述控制器(1)包括單片機Ul、數模轉換器U2、運算放大器U3、三極管T1-T4以及電阻R1-R8 ； 所述單片機Ul型號為TMP86FH46，數模轉換器U2的型號為DAC0832，所述單片機Ul的9_12 腳分別依次接數模轉換器U2的輸入端7-4腳，單片機Ul的13-16腳分別依次接數模轉換器U2的輸入端16-13腳，數模轉換器U2的11腳、12腳分別接運算放大器U3的反相輸入端、同相輸入端，運算放大器U3的同相輸入端接地，運算放大器U3的輸出端接數模轉換器 U2的輸入端9腳，運算放大器U3的輸出端接回風門電動執行器(6)的控制端，所述電阻R1、 R4串聯后接在回風門電動執行器(6)的反饋端與地之間，電阻Rl與電阻R4的節點接單片機Ul的輸入端42腳；單片機Ul的40腳、41腳分別經電阻R3和電阻R2接VCC ；單片機Ul的輸出端30腳、31腳分別經電阻R7、R5接三極管T3、T1的基極，三極管Τ3、 Tl的發射極分別接地，三極管Τ3、Tl的集電極分別經電阻R8、R6接三極管Τ4、Τ2的基極， 三極管Τ4、Τ2的發射極分別接MV電壓，三極管Τ4、Τ2的集電極分別接所述溢風門電動執行器(5)、新風門電動執行器(4)的控制端。
3.根據權利要求2所述的天然氣公交車智能全新風空調控制系統，其特征在于所述新風門電動執行器(4)和溢風門電動執行器(5)型號為UC4-F，所述回風門電動執行器(6) 型號為LMUM-SR。
4.根據權利要求2所述的一種天然氣公交車智能全新風空調控制系統，其特征在于 所述車內溫度傳感器(2)和車外溫度傳感器(3)均為NTC熱敏電阻；兩個NTC熱敏電阻的輸出端分別接單片機Ul的輸入端40腳、41腳。
5.權利要求1所述的天然氣公交車智能全新風空調控制系統的控制方法，其特征在于包括以下步驟①、空調開啟前，單片機Ul借助車外溫度傳感器(3)和車內溫度傳感器(2)檢查車外溫度和車內溫度的高低，當車內溫度比車外溫度高4°C以上時，通過單片機Ul的控制，開啟新風門(7)和溢風門(8)，同時關閉回風門(9)，使車內外溫度平衡；②、然后通過單片機Ul的控制，開啟公交車空調制冷，打開回風門(9)，并關閉新風門(7)、溢風門(8);此時，車外溫度傳感器(3)和車內溫度傳感器(2)每10分鐘檢查一次車外溫度和車內溫度，并借助單片機Ul計算其與設定溫度之間的差值；③、當車內溫度比車外溫度高，且車外溫度比設定溫度低時，開啟新風門(7)、溢風門(8)，關閉空調制冷，關閉回風門(9)；④、隨著車外新鮮冷空氣的進入，車內熱空氣不斷從溢風口排出，待車內溫度降低到跟設定溫度相等時，單片機Ul調整回風門(9)打開一定的角度，使車內一部分熱空氣也參與循環，使車內溫度不低于設定溫度。
全文摘要
本發明公開了一種天然氣公交車智能全新風空調控制系統及控制方法，其包括控制器，執行裝置以及車內、車外溫度傳感器，執行裝置包括回風門電動執行器、溢風門電動執行器以及新風門電動執行器；車外、車內溫度傳感器分別接控制器的相應輸入端，控制器的輸出端分別接所述三個風門電動執行器的控制端，回風門電動執行器的反饋端接控制器的相應輸入端；新風門電動執行器、溢風門電動執行器以及回風門電動執行器的輸出軸分別與公交車上的新風門、溢風門以及回風門的旋轉軸相連接。本控制方法借助上述控制系統來完成，采用本發明可以根據車內外溫度差值變化自動開啟和關閉新風和空調，實現了智能控制，可提供舒適清新的空氣環境。
文檔編號F24F11/02GK102563823SQ20121004530
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者于新泉, 常偉俊, 張逵 申請人:上海加冷松芝汽車空調股份有限公司, 石家莊市公共交通總公司