温湿度环境数据库（精选7篇）
温湿度环境数据库 篇1
在中国, 经济生活水平的提高正倒逼着环境质量的改善。 PM2.5作为环境空气质量的重要影响因素, 也越来越受到人们的关注。准确监测PM2.5, 为社会提供评价和治理依据, 已成为当下环境工作者又一重要课题。然而实际监测过程中, 会出现PM2.5平均浓度高于PM10平均浓度的情况, 即“倒挂”现象。 “倒挂”现象出现的原因有多种, 包括监测仪器监测原理不同, 环境温度和湿度的影响, 仪器日常维护不规范等[1]。本文主要探讨PM10和PM2.5监测数据 “倒挂”与环境温度、湿度的关系。
1实验部分
1.1 PM10和PM2.5监测仪器及方法
实验分别采用赛默飞世尔FH62C14型和5030 SHARP型在线监测仪对PM10和PM2.5开展24小时连续在线监测, 监测时长为2年。其中, FH62C14型PM10监测仪采用传统 β 射线法, SHARP5030型PM2.5在线监测仪采用带动态加热装置 (DHS) 和光浊度计的 β 射线法, 设备原理见如图1、图2。
1.2监测数据
选取南方某市2014 ~ 2015年两个不同点位的监测数据, 比较不同温度和湿度范围内, PM2.5与PM10小时值监测数据倒挂现象出现的概率, 结果如下:
2结果与讨论
2.1环境温度、湿度对“倒挂”现象的影响
实验数据表明, 5 ~ 40℃环境下, PM10与PM2.5数据“倒挂”的概率呈现随温度升高而变小的趋势;相对湿度为30% ~ 90% 环境下, PM10与PM2.5数据“倒挂”的概率呈现随湿度升高而变大的趋势。并且, 温度与湿度对数据倒挂的影响概率均在1%~20% 左右的范围内。
2.2原因分析
FH62C14型PM10在线监测仪和5030 SHARP型PM2.5在线监测仪基本原理相同, 均利用了 β 射线的衰减计算颗粒物浓度。但前者为传统 β 射法, 采样管对收集气体进行恒温加热 (加热温度设定在40℃) , 而后者对收集气体则实行动态加热 (加热温度保持与环境温度一致) 。
环境温度越接近40℃, PM10在线监测仪与PM2.5在线监测仪捕获到的颗粒物中半挥发性成分的总量越接近。若环境温度偏低, 空气经PM10在线监测仪的恒温加热器加热后, 颗粒物中的半挥发性成分损失较大, 容易造成PM10数据与PM2.5数据出现“倒挂”。
3结论
环境温度为5 ~ 40℃, 相对湿度在30% ~ 90% 条件下, 采用赛默飞世尔FH62C14型和5030 SHARP型在线监测仪分别对环境空气中的PM10和PM2.5开展监测, PM10与PM2.5数据“倒挂”的概率呈现随温度升高而变小, 随相对湿度升高而增大的趋势。
摘要：采用赛默飞世尔FH62C14型和5030 SHARP型在线监测仪分别对环境空气中的PM10和PM2.5开展监测, 统计监测数据同时记录环境温度和湿度信息, 探讨PM2.5和PM10在线监测数据“倒挂”现象与环境温度和湿度之间的关系。结果表明, 一般情况下 (温度540℃, 相对湿度30%90%) , PM2.5和PM10在线监测数据“倒挂”的概率呈现出温度升高则变小, 湿度升高则变大的趋势。
关键词：在线监测,PM2.5和PM10,倒挂
参考文献
[1]张宇烽.PM2.5和PM10监测数据“倒挂”成因浅析[J].广东化工, 2013, 40 (12) .170-171.
[2]罗汉翔.浅析大气自动监测中PM2.5和PM10“倒挂”成因[J].环境与生活, 2014, (81) .
大监站温湿度数据判断方法的检验 篇2
一、温度相同时水汽压和相对湿度的分析
(一) 临淄站 (华云站) 温度相同、水汽压和相对湿度的列表分析。
表1选取了临淄站温度为6.3℃6.7℃7.3℃时3组记录, 从表1中可以看出温度相同、水汽压相同、相对湿度也相同。
(二) 周村站 (华云站) 温度相同、水汽压和相对湿度的列表分析。
表2选取了周村站温度为11.6℃16.9℃12.7℃时3组记录, 从表2中可以看出温度相同、水汽压相同、相对湿度也相同。
(三) 桓台站 (华云站) 温度相同、水汽压和相对湿度的列表分析。
表3选取了桓台站温度为22.8℃6.4℃7.0℃时3组记录, 从表3中可以看出温度相同、水汽压相同、相对湿度也相同。
(四) 淄川站 (无锡站) 温度相同、水汽压和相对湿度的分析。
表4选取了淄川站温度为13.8℃21.5℃7.9℃时3组记录, 从表4中可以看出温度相同、水汽压相同、相对湿度也相同。
二、温度相同时水汽压和相对湿度的理论分析
我们知道气体的压力与分子含量和运动有关。根据规范的说明:“传感器置于大气中, 当大气中水汽透过上电极进入介电层, 介电层吸收水汽后, 介电系数发生变化导致电容量发生变化, 电容量的变化正比于相对湿度”。从电容的角度讲电容量的变化正比于水汽压更为准确, 根据计算公式U=e/E、正比于水汽压也就正比于相对湿度了。由于湿敏电容是通过吸湿性介质吸收空气中的水分子, 引起介电系数发生变化从而引起电容的改变, 来反映相对湿度的变化。相关文献也指出:“电容的增量与相对湿度呈线性变化且线性较好”。表面上看相对湿度与温度无关;但任何一个相对湿度都是一定温度下的相对湿度, 温度的变化对相对湿度影响很大。尽管我们不知道:具有多项专利技术的芬兰VASALA公司生产的集电子线路与温湿探头为一体的HMP45D传感器是如何进行温度补偿的, 是采取硬件补偿还是软件补偿?但相关文献表明:“水和高分子聚合物的介电系数随温度的改变是不同步的, 而温度系数又主要取决于水和感湿材料的介电系数, 所以电容式湿敏元件的温度系数并非常数”。“湿敏元件在不同的相对湿度下, 其温度系数又有差别。温漂非线性, 这需要在电路上加温度补偿式。只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果”。故传感器在实现电容变量工程量向相对湿度物理量的转换过程中, 温度修正是必不可少的。常规的理解是:吸湿性介质吸收水分子的多少取决于空气中的水汽压的大小, 与水汽压应是一种正相关关系。
三、应用个例
在实际工作中如何运用呢?自动站监控软件常规数据中每分钟都有刷新, 只要判断气温、水汽压, 相对湿度是不是符合对应关系即可。
2013年5月26日至28日, 临淄站出现了降水, 相对湿度26日7至15时, 27日21至12时, 27日15时至28日8时相对湿度都在100%, 会不会是湿度传感器有问题呢?在以上时段内经过观察温度变化, 水汽压也在变化。
在该时段内26日16时至20时、27日13时至14时, 28日9时至14时相对湿度变到小于100%, 这说明湿度传感器感应是正常的。
四、结语
一定温度下, 水汽压相同、相对湿度也相同, 用公式表示为Δt→0时, 10Δe/Δu→1, 用于判断温湿度传感器工作和观测的数据是否正常是有效的, 在湿度饱和或过饱和状态下也是有用的。运用此判断方法和分钟数据可以比较有效地判断湿度传感器故障的具体时间。该文中淄川站采集器为无锡站, 其它三个为华云站。此判断方法的运用与采用无锡或华云站无关。
(备注:Δt温度的变化量Δe水汽压的变化量Δu相对湿度的变化量)
参考文献
[1].成都气象学院主编.气象学[M].北京:农业出版社, 1979, 11:12~13
[2].中国气象局监测网络司.地面气象测报业务系统软件 (OSSMO2004版) [M].北京:气象出版社, 2005, 1:9
[3].临淄、周村、桓台、淄川国家一般气象站.2013年3月气表-1.临淄国家一般气象站, 2013, 5
温湿度环境数据库 篇3
1 调查方法与评价标准
1.1 调查方法
利用芬兰的VAISALAHM 34型手持式温湿度仪检测作业环境的温度与湿度,应用美国SoundproSE噪声频谱分析仪检测作业点位的噪声;检测点位置设在坑道施工作业区域内,在作业点位进行监测,并避开通风口,离墙0.5～1.0m,在呼吸带高度测量[1]。调查时在施工坑道的各主要作业面跟随作业人员同步进行检测。
1.2 评价标准
温度与湿度评价按照《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)规定的标准限值进行评价;噪声评价按照《社会生活环境噪声标准》(GB 22337-2008)和《建筑施工场界噪声限值》(GB 12523-90)规定的标准进行评价。
1.3 质量控制
为保证测量结果的准确性,在每个检测点待仪器示值稳定后读取数值;为保证测量结果的可靠性,所用测量仪器经中国计量科学研究院计量检定合格后使用。
2 结果
2.1 施工坑道作业环境温度
66个监测点的温度范围为19.9～28.7℃,平均25.14℃,结果见表1。
2.2 施工坑道作业环境湿度
所监测的66个点相对湿度为56.3%～97.1%,平均为78.16%,结果见表2。
2.3 施工坑道作业环境噪声
66个监测点位的噪声值范围为70.1～104.3dB(A),平均为84.64dB(A),结果见表3。
3 讨论
由于施工坑道多为密闭环境,受施工机械、运载车辆和爆破等因素的影响,加之通风不畅,易导致作业环境中的温湿度与噪声值超标。从检测结果看,施工坑道作业环境中的温度基本与室内空气质量标准中的温度范围一致,属于舒适的温度范围;但相对湿度较大,35.94%的检测点相对湿度超过了80%的高湿度范围[2],最高达97.1%;施工坑道作业环境噪声值均超过了《社会生活环境噪声标准》(GB 22337-2008)和《建筑施工场界噪声限值》(GB 12523-90)规定的标准,平均为84.64dB(A),最高达104.3dB(A)。湿度较大的原因主要为施工作业面的渗水以及湿式作业所致,而噪声主要来源于作业车辆的钻探、装载车辆以及风机发出的声音。
潮湿能破坏人体正常的体温调节,在湿热环境下作业,机体由于生理饱和差小,导致散热量小,此时如果劳动强度大,则可使产热量增加,使热平衡无法维持,而引起不适感,高湿度环境作业除引起感觉不适外,长时间在高湿度的环境下作业易诱发类风湿性疾病等。施工坑道作业环境噪声的危害主要包括影响工作效率和对健康的影响,40dB(A)的噪声环境一般对生活和工作影响不大,70dB(A)时可干扰谈话、造成精神不集中、影响工作效率,生活质量下降,容易出现差错或发生事故;短期接触80dB(A)以上的强烈噪声使人感到刺耳、不适、耳鸣、听力下降、听阈提高10～15dB(A),离开噪声环境数分钟后可完全恢复,这是一种保护性的生理功能,称为听觉适应;若较长时间接触90dB(A)以上的强烈噪声,使听力明显下降,听阈提高15～30dB(A),离开噪声环境数小时至20多小时后听力才能恢复,称为听觉疲劳,仍属功能性改变,但它是噪声性耳聋的前驱信号[2]。一般小于80dB(A)的噪声不会引起神经性听力损失,当噪声高达85dB(A)时,可引起听觉的损伤。噪声除引起听觉系统的损伤,造成听阈位移外,还会引起神经系统、心血管系统、消化系统以及心理方面的影响,造成头痛、耳鸣、心悸、易激怒、易疲倦、心情烦躁不安和血压不稳、心率加快或减缓、食欲减退、消化性溃疡等症状或疾病[3,4]。检测结果显示,某部施工坑道噪声值平均值为84.64dB(A),接近引起听觉损伤的噪声限值;A作业面噪声平均值为87.25dB(A),超过了引起听觉损伤的噪声限值,最高达104.3dB(A)。所以应采取有效措施降低作业环境噪声的危害。
为降低坑道施工作业环境的湿度,可采取彻底通风、积水引流和物理吸湿、化学除湿等方式。为降低作业环境噪声的危害,一方面要改进机械施工作业方式,如将风机移到较远的位置,做好机械降噪工作,降低噪声的产生;另一方面,也应加强人员的防护,如佩戴防噪声的耳塞,机械作业时在紧闭的机械舱室内操作等;以降低噪声对作业人员的危害。
关键词：施工坑道,温湿度,噪声,监测与分析
参考文献
[1]中国疾病预防控制中心.室内环境质量及检测标准汇编[M].北京:中国标准出版社,2003:68.
[2]王簃兰.劳动卫生学[M].北京:人民卫生出版社,1998:123.
[3]伏代刚,赵文强.铆接噪声对作业工人心血管系统的影响[J].现代预防医学,2007,34(3):563.
温湿度环境数据库 篇4
在我国, 禽类的肉、蛋一直以来都是人们餐桌上的重要菜肴, 随着人们生活水平的提高, 对禽类产品的需求也不断加大, 人们不仅要吃得饱, 而且对绿色无公害禽类产品的需求日益强烈。近年来, 由于禽流感等疾病的出现, 更使人们谈“禽”色变, 这就对当前的畜禽养殖业提出了更高要求, 不但要提高畜禽产品的产量, 而且对产品质量的要求更加严格。迫使一些传统的畜禽养殖企业改变养殖现状, 积极寻求现代化技术手段, 对养殖环境进行有效监测, 以提高畜禽产品的产量和质量。
研究表明, 生长环境直接影响畜禽的健康状况, 尤其是密闭的养殖畜禽舍。如不能有效控制养殖环境, 对畜禽的生长、发育和繁殖十分不利, 将导致生长缓慢、产蛋量低, 甚至传播疾病等[1]。
本研究以密闭鸡舍为研究对象, 综合运用计算机技术、网络通信技术和传感器技术, 设计了一种基于Zig Bee的温湿度数据采集系统。该系统是一种由若干自由分布、具有实时感知温湿度变化、无线通信和自组网能力的节点组成的分布式监测系统。对鸡舍小气候环境的温湿度变化起到监测和控制作用, 为鸡的生长和发育提供有利条件, 有效控制疫病的发生和传播, 提高畜禽产品的产量和质量。
1 系统组成原理和总体方案设计
1.1 Zig Bee工作原理
Zig Bee是一种低速短距离传输的无线网络协议, 具有低功率、低成本、高可靠度等特点, 近年来被广泛应用于各领域的数据采集、环境监测等用途。Zig Bee协议的MAC层和PHY层采用IEEE802.15.4协议标准, 其工主要作频段2.4G为全球免费、免注册频段, 在该频段上的传输速率为250kbps[2]。
Zig Bee网络最大的特点就是具有一定的自组织和自愈能力[2]。在无需人工干预的情况下, 网络节点能够感知其他节点的存在, 并且确定连接关系, 组成结构化的网络。在增加和删除一个节点、节点故障或位置发生变化等情况下, 网络都能够自我修复, 并对网络的拓扑结构进行调整, 保证整个系统仍然能够正常运行。
1.2 总体方案设计
一般规模的鸡舍长度在100m左右, 大约5000~8000只鸡, 综合考虑鸡舍的空间跨度兼顾测量节点信号强度, 布置20个节点为宜, 在距离鸡舍50m以内配置基站和一台普通计算机, 基站也就是汇聚节点, 负责接收传感器节点发来的数据, 计算机主要用于存储和处理数据。总体方案设计如图1所示。
整个系统由鸡舍小气候环境和主控室2部分组成, 其中鸡舍环境为监测对象, 布置若干无线Zig Bee节点, 每个节点分别集成温度和湿度传感器, 传感器负责采集环境参数, 节点按照Zig Bee协议自组网络, 互相通信, 将数据传输至汇聚节点, 即基站。基站和上位机组成主控室, 距离鸡舍50m以内, 基站将接收的数据汇总, 经串口与上位机相连, 上位机软件将测量数据进行二进制转换, 实时显示鸡舍内的环境参数变化, 并将历史数据存储于计算机硬盘, 甚至上传至服务器, 以便查询。
2 硬件设计
Zig Bee系统的硬件组成主要包括节点模块和温湿度传感器2部分, 以下分别介绍硬件的结构和设计。
2.1 Zig Bee节点
Zig Bee节点是本设计方案的核心硬件组成, 主要功能是按照Zig Bee网络协议自组网络, 各节点之间互相通信, 传输数据。设计中采用DSU1115-0601模块作为网络节点, 其主要元件CC2530是美国TI公司生产的无线Zig Bee芯片, 具有典型的Zig Bee无线传输特性, 集成了8051单片机和一个RF收发器, 工作电压为3.6V, 并具有256KB的闪存。CC2530还具有较强的抗干扰能力和可扩展性, 可以实现传感器测量数据的A/D转换和各节点之间的信息传递, 并且能够与上位机进行通信[3]。CC2530的组织结构图如图2所示。
2.2 温湿度传感器
设计采用的AM2305数字温湿度传感器是一种含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术, 保证了系统对高可靠性与高稳定性的需求, 该传感器包含了一个电容保湿元件和DS18B20测温元件, 并与一个高性能的8位单片机相连接。AM2305工作电压为3.3~6V, 与Zig Bee模块工作电压相符, 同采用2节5号干电池供电即可工作很长时间, 其测量精度为温度±0.2℃、湿度±2%RH, 足以满足鸡舍内环境的测量要求。
3 软件设计
系统的软件设计主要是为了实现硬件的功能和提供一个可视化的数据显示窗口, 可分为底层软件和上位机软件。
底层软件的设计主要是对Zig Bee-Stack-CC2530协议栈的编写, 实现CC2530的初始化、组建Zig Bee网络与加入网络、发送指令与接收指令、数据回传至汇聚节点等操作[4]。
上位机软件的设计是使用程序设计语言开发一个可视化的应用平台, 将计算机串口接收的数据进行二进制转换, 并且存储在数据库中, 软件界面能够实时显示测量数据的变化, 也可以实现从数据库中导出历史数据等。
系统设计采用了VB可发上位机软件, 测量数据存储于ACCESS数据库中, 上位机软件开发界面如图3所示。
4 系统测试
系统在长春市明锐养殖场3号鸡舍进行测试运行, 鸡舍长度约50m, 根据空间跨度兼顾信号强度的需求, 布置了10个Zig Bee节点, 每个节点都集成了温湿度传感器。加电后节点开始工作, 经过初始化后, 组网成功, 距离鸡舍30m的主控室内计算机软件运行正常, 1min后开始采集数据, 测得10个节点的环境参数以及电压值、信号强度等信息, 曲线的实时变化表示了舍内各测量点的温湿度变化情况。
系统设置每个节点每隔1min接收1次数据, 连续运行2h后接收数据1200多条, 根据数据显示, 系统对舍内温湿度的测量精确, 运行稳定, 节点电压基本无变化, 说明Zig Bee模块工作能耗较低。
5 结论与展望
本设计以CC2530芯片为核心模块, 搭建了Zig Bee无线网络, 利用AM2305温湿度传感器对鸡舍环境的温湿度进行了监测, 开发了上位机软件接收数据, 并且实时显示舍内环境变化曲线。利用Zig Bee无线传感器网络实现对鸡舍环境的监测, 有效地解决了以往因监测环境而布线所带来的成本高、布点不灵活、维护困难等弊端。提高了科学养殖的自动化程度, 改善了养殖舍内的环境, 减少了因环境恶劣而导致畜禽之间疾病传播的情况, 提高了养殖产品的产量和质量。
养殖舍内的环境除了温度和湿度因素对畜禽生长的影响较大之外, 大量的有毒有害气体也是制约其生长发育、使其感染疾病的重要因素之一[5], 下一步还需要将气体传感器与Zig Bee模块相连, 监测养殖舍内的有毒有害气体, 实现较全面监测养殖舍内的环境参数。
参考文献
[1]王思珍, 贾伟星.鸡舍温湿度对鸡生长发育及生产性能的影响[J].农业工程技术, 2002 (7) :20-21.
[2]彭燕.基于Zig Bee的无线传感器网络研究[J].现代电子技术, 2011, 34 (5) :49-51.
[3]李志方, 钟洪声.IEEE 802.15.4的CC2530无线数据收发设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2011 (7) :43-45.
[4]朱伟兴, 戴陈云, 黄鹏.基于物联网的保育猪舍环境监控系统[J].农业工程学报, 2012, 28 (11) :177-182.
温湿度环境数据库 篇5
事实上, JC/T 2071—2011《中空玻璃生产技术规程》标准中已对中空玻璃制作车间的环境进行了规定:“中空玻璃的生产场所应在清洁、干燥、通风良好的室内, 温度及湿度应满足生产的要求;中空玻璃的二道密封封胶时, 环境温度宜不低于10℃”。但是, 该标准对中空玻璃制作车间的环境温度上限, 环境湿度上、下限均未提出具体的要求;对环境温度下限规定也不是硬性规定, 这就给中空玻璃生产厂家提供了更多的发挥空间。从目前国情来看, 国内大部分中空玻璃生产厂家的生产厂房还做不到室内环境控制的要求, 北方地区冬季环境温度低于10℃普遍存在, 但中空玻璃生产不会因为环境温度过低而中止。因此, 考察各种环境温湿度作用对中空玻璃制作过程中密封胶性能及中空玻璃产品最终性能的影响, 从而避免各种不必要的质量问题, 是非常必要的。
双组分硅酮密封胶具有固化时间短、深层固化快的特点, 能够提高中空玻璃的生产效率, 成为最常用的中空玻璃密封胶。本文以双组分硅酮中空玻璃密封胶为例, 借助大量的试验研究, 分析了环境温湿度对中空玻璃密封胶性能的影响, 供广大中空玻璃生产厂家参考借鉴。
1 性能测试方法
1) 适用期
“适用期”是双组分密封胶从开始混胶至不能正常操作所经历的时间, 在中空玻璃生产中常以“拉断时间”来表征。测试方法:从混胶机挤取约2/3~3/4纸杯密封胶 (纸杯容量约180 m L) , 将木棒插入纸杯中心, 定期从纸杯中提起木棒, 记录纸杯注入密封胶到拉断密封胶的时间, 即为密封胶的拉断时间, 单位:min。密封胶拉断时间测试见图1。
2) 表干时间
将密封胶试样填充到规定形状的钢制模框 (外部尺寸为50 mm×120 mm×3 mm;内部尺寸为25 mm×95 mm×3 mm) 中, 采用在试样表面放置薄膜 (A法) 或指触 (B法) 的方法测量其表面干燥程度。
具体测试方法为:1) A法:将成型后模框内的试件在规定条件下静置一定的时间;然后, 在试样表面纵向1/2处放置聚乙烯薄膜, 薄膜上中心位置加放金属板;30 s后移去金属板, 以90°角、在15 s内将薄膜从试样表面匀速揭下;相隔适当的时间, 重复上述操作, 直至无试样粘附在聚乙烯薄膜上为止, 记录试件成型后至试样不再粘附在聚乙烯薄膜上所需的时间, 即为表干时间, 单位:min。2) B法:将成型后模框内的试件在规定条件下静置一定的时间;然后, 用无水乙醇擦净手指端部, 轻轻接触试件上的3个不同部位;相隔适当时间, 重复上述操作, 直至无试样粘附在手指上为止, 记录试件成型后至试样不再粘附在手指上所需的时间, 即为表干时间, 单位:min。
3) 深部固化时间
测试方法:用刮刀将混合均匀的密封胶填入内框尺寸为130 mm×40 mm×6.5 mm的金属模框内, 表面刮平 (要求密封胶无气孔, 表面与模框上表面平齐) ;相隔适当的时间后, 用邵尔A型橡胶硬度计检测试件的硬度, 从开始混胶到密封胶硬度中值达到20 (邵A) 所需的时间, 即为深部固化时间, 单位:h。
4) 其他性能
A组分黏度:按标准GB 10247—2008《黏度测量方法》中旋转法的规定, 采用NDJ-79型旋转黏度计进行测试。
A组分挤出性:按标准GB/T 13477.3—2003《建筑密封材料试验方法第3部分:使用标准器具测定密封材料挤出性的方法》中的方法, 采用符合标准GB16776—2005《建筑用硅酮结构密封胶》中6.4要求的聚乙烯挤胶筒, 装填容量为177 m L, 不安装挤胶嘴, 挤胶气压为0.34 MPa, 测定1次将全部样品挤出所需的时间, 单位:s。
2 结果与讨论
2.1 环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶固化性能的影响
本试验中硅酮中空玻璃密封胶的固化性能主要通过适用期 (拉断时间) 、表干时间和深部固化时间来反映。适用期过短, 则密封胶A、B两组分混合后能够在胶枪中放置的时间 (中空玻璃打胶机暂停不用时打胶枪不必冲洗的时间) 和留给中空玻璃封胶后的修整时间较短;适用期过长, 则相应的密封胶表干时间也会长 (打好胶的中空玻璃成品在移动时会产生粘结损坏) , 影响中空玻璃的生产效率 (中空玻璃密封胶的适用期以20~60 min为宜) ;深部固化时间是判定中空玻璃制品可以运输、安装上窗的时间。
2.1.1 环境温度对硅酮中空玻璃密封胶固化性能的影响
采用硅酮中空玻璃密封胶A、B两组分的体积配比为10∶1, 恒温恒湿箱湿度为50% (湿度控制精度为±5%, 下同) , 通过改变恒温恒湿箱的温度 (温度控制精度为±2℃, 下同) , 考察环境温度对硅酮中空玻璃密封胶固化性能的影响。详细结果列于图2、表1。
由图2、表1可知, 随着环境温度的降低, 硅酮中空玻璃密封胶的拉断时间、表干时间和深部固化时间均增加。当温度为40℃时, 密封胶拉断时间为13min、B法表干时间为20 min、A法表干时间为26min、深部固化时间为3.17 h;当温度低至5℃时, 拉断时间增加至37 min、B法表干时间为45 min、A法表干时间为55 min、深部固化时间为10.7 h;温度继续降低至-14℃时, 拉断时间急剧延长至85 min、B法表干时间延为360 min、A法表干时间延为395min、深部固化时间延为120 h, 密封胶的表干时间和深部固化时间均严重偏离预期正常值。
此外, 在试验过程中发现, 随着环境温度的降低, 即使密封胶能够固化, 也存在表面发乌的现象, 猜测是密封胶固化过慢、其表面交联体系成分与空气中的水分发生反应造成的, 但具体原因尚需确认。
2.1.2 环境湿度对硅酮中空玻璃密封胶胶固化性能的影响
采用硅酮中空玻璃密封胶A、B两组分的体积配比为10∶1, 通过改变恒温恒湿箱的相对湿度, 分别考察5℃和23℃条件下, 环境湿度对硅酮中空玻璃密封胶固化性能的影响。详细结果见图3、表2。
由图3、表2可知, 当环境温度较高时 (23℃) , 随着环境湿度的降低, 密封胶的拉断时间、表干时间和深部固化时间均有增大趋势, 但变化不太明显;当环境温度较低时 (5℃) , 随着环境湿度的降低, 密封胶的拉断时间、表干时间和深部固化时间均明显延长, 湿度较低时这一趋势更为明显。可见, 低温、低湿环境不利于密封胶的固化。
进一步分析表2中的数据可以发现, 与环境湿度相比, 环境温度变化对密封胶固化性能的影响更大。环境温度的增加或环境湿度的增加, 均可在一定程度上减少密封胶的固化时间。在不影响密封胶对基材粘结以及中空玻璃封胶后修整时间足够的前提下, 中空玻璃生产厂家往往希望表干时间和深部固化时间越快越好, 这样可以缩短生产周期、提高生产效率。反之, 环境温度以及环境湿度同时降低, 两者的叠加作用会导致密封胶的固化时间大幅延长:环境温度为5℃、相对湿度为30%时, 密封胶的表干时间是环境温度为23℃、相对湿度为80%时密封胶表干时间的2倍多;深部固化时间前者是后者的6倍多。
2.1.3 季节或地域变化对硅酮中空玻璃密封胶固化性能的影响
如前所述, 环境的温湿度都会影响中空玻璃密封胶的固化性能。而中空玻璃生产厂家也不可能将生产车间的环境温湿度一直维持在标准条件下不变, 这势必会造成夏季密封胶固化偏快、适用期过短, 造成中空玻璃封胶后修整时间仓促;冬季密封胶固化偏慢 (3~4 d后密封胶表面仍然发黏) 、甚至不能完全固化, 严重影响生产效率。为了减少环境温湿度变化对密封胶固化造成的负面影响, 密封胶生产厂家一般会采取根据季节变化逐渐微调密封胶B组分配方的措施, 也就是说密封胶B组分的配方在一年四季中呈有规律地动态变化。即便如此, 仍无法避免客户在夏季订胶, 却拖了几个月到冬季才开始使用。固定相对湿度为50%, 采用夏季配方, 通过改变环境温度考察季节不匹配对硅酮中空玻璃密封胶固化性能的影响, 详细结果列于表3。
注:1) 密封胶表面发乌、整体偏软;2) 密封胶胶内发黏。
如表3所示, 夏季配方的密封胶在环境温度15℃时使用, 密封胶的固化时间明显增加;在环境温度11℃时使用, 密封胶硬度达到20 (邵A) 需耗时1 d, 且切开固化胶观察其内部时, 发现胶内仍有发黏现象, 即固化不彻底;在环境温度-14℃时使用, 密封胶硬度达到20 (邵A) 需耗时7 d, 且密封胶表面发乌、整体偏软。
与季节不匹配类似的, 使用地域的变化也可能对中空玻璃密封胶的固化性能造成负面影响。具体来说, 北方密封胶生产企业生产的密封胶在北方地区使用时, 其固化性能表现正常;但发往南部地区使用时, 则有可能出现表干和固化偏快;而发往更北方的地区使用时, 又有可能出现表干和固化偏慢。
为了减少季节和地域变化对中空玻璃密封胶固化性能的影响, 密封胶生产厂家往往会给出一定范围内可调的密封胶A、B组分配比。在冬季, 气候干燥、气温较低时, 应适当增加B组分的比例以加快固化速度;在夏季, 气候潮湿、气温较高时, 应适当减少B组分的比例, 以延长适用期、满足施工要求。遗憾的是, 这种“可调”往往是有限的, 密封胶A、B组分的配比应保持在一定的范围内 (体积比8∶1~12∶1) , 否则会影响最终产品的质量。因此, 当环境温湿度偏差太大时, 即便调整密封胶A、B组分的配比, 也未必能使密封胶的固化达到理想状态 (表4) 。
注:冬季配方适合温度10℃左右使用;夏季配方适合温度30℃左右使用。
如表4所示, 适应30℃左右使用的夏季配方在环境温度11℃使用时, 即使将A∶B体积配比由10∶1调至8∶1, 表干和深部固化时间还是偏慢;而适应10℃左右使用的冬季配方在环境温度40℃使用时, 将A∶B体积配比由10∶1调整至12∶1, 表干和固化时间也都偏快。
2.2 环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶A组分黏度和挤出性的影响
A组分黏度和挤出性 (出胶量) 可间接反映密封胶打胶时出胶流畅与否。一般情况下, 对于同一产品, 其黏度增加, 则出胶量会减少, 即打出等量的胶需更多时间。另一方面, 环境因素造成产品的黏度增加或产品的出胶量减小时, 要想达到同样的生产效率, 势必需要提高打胶机的打胶压力, 而打胶设备长期处在高压下工作, 必然会影响设备密封零件的使用寿命。
2.2.1环境温度对硅酮中空玻璃密封胶A组分黏度和挤出性的影响
固定相对湿度为50%, 试验温度在-15~45℃范围内变化, 样品在设定的温湿度条件下放置1 h后立即检测其A组分黏度;放置24 h后立即检测其A组分挤出性 (出胶量) 。测试结果见图4、表5。
由图4、表5可知, 在-15~45℃温度范围内, 随着环境温度的降低, 密封胶A组分的黏度先缓慢增加后急剧增加;A组分挤出性的变化趋势与其黏度的变化趋势基本一致, 即打出同样胶量所需的时间增加了。当环境温度大于30℃时, 密封胶A组分的挤出性在1.10 s左右, 此时打胶非常流畅。需要注意的是, 密封胶的挤出并非越快越好, 环境温度过高时, 密封胶的流淌性也增加, 可能造成其下垂度不合格 (标准GB/T 29755—2013《中空玻璃用弹性密封胶》中规定, 密封胶垂直下垂度≤3 mm[垂度检测条件为 (50±2) ℃、4 h]。为了应对高温对密封胶封胶后静置产生变形的影响, 下垂度最好为0 mm。
2.2.2 相对湿度对硅酮中空玻璃密封胶A组分黏度和挤出性的影响
选用市售的3种硅酮中空玻璃密封胶, 样品1为半自动打胶机用双组分中空玻璃硅酮密封胶;样品2为全自动打胶机用双组分中空玻璃硅酮密封胶;样品3为幕墙中空玻璃用双组分硅酮结构胶。环境温度设定为23℃, 相对湿度分别为30%、50%和80%, 考察环境相对湿度对硅酮中空玻璃密封胶A组分黏度和挤出性的影响, 详细结果见图5。
由图5可知, 环境相对湿度在30%~80%范围内变化时, 3种密封胶样品的A组分黏度和挤出性均未出现明显变化, 细微的差别更多可能是由测试误差造成的。
综合分析图4和图5可以看出, 相较于环境湿度而言, 环境温度对硅酮中空玻璃密封胶的A组分黏度和挤出性影响更大;而环境湿度对密封胶A组分黏度和挤出性的影响极其微小, 可以忽略。也就是说, 在环境相对湿度30%~80%条件下, 只需考虑环境温度对硅酮中空玻璃密封胶A组分黏度和挤出性的影响。对于环境相对湿度低于30%或高于80%的极端情况, 虽受实验条件的限制, 无法进一步考察, 但根据经验推断, 也应是类似的结论。
根据笔者多年的中空玻璃密封胶研发和生产经验, 密封胶A组分黏度不大于350 Pa·s时, A组分挤出性测试值不会大于1.30 s, 此时打胶设备的密封压力不超过7.5 MPa, 属于正常使用范围;而当密封胶A组分挤出性测试值大于1.40 s时, 密封胶黏稠, 此时想要达到同样的出胶量, 打胶设备的密封压力需在8.5 MPa以上, 在一些打胶速度要求快或打胶深度较大的场合用胶就可能出现出胶不流畅;当密封胶A组分黏度低于250 Pa·s时, 密封胶A组分挤出性测试值小于1.10 s, 此时打胶设备的密封压力在6.5MPa或以下, 出胶就非常流畅, 产品能适应全自动打胶机快速打胶流水线的要求。当然, 打胶设备的密封压力值大小还受设备密封速度和产品所需打胶深度的影响。根据以上试验数据分析, 为了使硅酮中空玻璃密封胶在中空玻璃封胶时使用顺畅, 冬季时, 环境温度应至少控制在5℃以上。
2.3 环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶硬度的影响
2.3.1 环境温度对硅酮中空玻璃密封胶硬度的影响
将硅酮中空玻璃密封胶的A、B组分按体积比10∶1混合均匀 (避免形成气泡) , 挤注在内框尺寸为130 mm×40 mm×6.5 mm的金属模框内, 刮平。设定相对湿度为50%, 将试样在设定的温度下每天处理20h, 取出在标准温湿度条件下养护4 h, 并测定其邵尔硬度值。环境温度对硅酮中空玻璃密封胶硬度值的影响结果见图6、表6。
由图6、表6可以看出, 当环境温度高于5℃时, 养护天数在3 d内, 密封胶的硬度值随着环境温度的增加而增大;养护天数超过3 d后, 密封胶的硬度值趋于一致。当环境温度为-13℃时, 密封胶固化后的硬度值明显偏低, 表现出完全不同的固化状态。出现上述结果, 是因为当温度高于5℃时, 尽管温度的高低会影响密封胶的固化速度, 但经过一定的时间后, 密封胶总能完成固化, 表现为硬度趋于一致;而温度为-13℃时, 密封胶历经7 d, 仍无法完全固化。笔者在上述试验的基础上跟踪检测了温度为23℃时密封胶的硬度值, 养护天数分别为14 d、21 d和30 d时, 其硬度值均为37 (邵A) 。可以推断, 在相对湿度50%条件下, 只要环境温度高于5℃, 密封胶经过3 d养护, 都基本实现完全固化。
进一步分析表6中的数据可以发现, 当温度高达40℃时, 密封胶养护1 d后, 硬度值就达到34 (邵A) , 实现基本固化;而温度为23℃时, 密封胶需2~3d才能达到同样的固化程度;温度为5℃时, 要达到同样的固化程度就需要3~4 d。可见, 环境温度高对于缩短密封胶的固化时间、提高中空玻璃的生产效率还是有利的。
2.3.2 相对湿度对硅酮中空玻璃密封胶硬度的影响
采用同样的制样方法, 设定环境温度为23℃, 考察环境相对湿度对硅酮中空玻璃密封胶硬度值的影响, 详细结果见图7、表7。
由图7、表7可见, 环境湿度在30%~80%之间变化时, 当密封胶的养护天数超过3 d后, 密封胶的硬度值趋于一致。这一结果, 与环境温度对硅酮中空玻璃密封胶硬度的影响结果是一致的, 归根结底, 都是由于此时密封胶已基本完成固化。
进一步分析表7中的数据可以发现, 环境湿度分别为30%或80%时, 密封胶最后稳定的硬度值要比相对湿度为50%时密封胶的稳定硬度值偏低。究其原因, 可能是环境相对湿度过高时 (80%) , 密封胶的初始固化速度快, 硬度值上升也较快, 但固化体系在高湿环境中的水解损失也较大, 导致整个密封胶体系固化交联点相对较少, 表现为硬度值略低;而环境相对湿度较低时 (30%) , 密封胶的固化速度相对较慢, 硬度值最初上升也慢, 未参与固化的硫化体系与空气接触的时间就更长, 硫化体系水解失效的机率也就更大, 最终表现为硬度值与高湿条件下密封胶的硬度值相当。
2.4 环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶拉伸强度的影响
2.4.1 环境温度对硅酮中空玻璃密封胶拉伸强度的影响
设定环境相对湿度为50%, 温度分别为5℃、23℃、40℃, 考察环境温度对硅酮中空玻璃密封胶拉伸强度的影响。将硅酮中空玻璃密封胶制成标准工形试件, 并置于设定温度条件下进行养护;每24 h取出工形试件, 并立即在标准温湿度条件下测试其拉伸强度。其中, 30 d的拉伸强度数值是将试样在相应温度条件下养护14 d, 再在标准温湿度条件下养护16 d后测得, 详细测试结果见图8、表8。
由图8、表8可知, 在环境相对湿度为50%、养护天数不超过7 d时, 3种温度条件下密封胶的拉伸强度均随养护时间的延长而逐渐增大;养护天数超过7d时, 密封胶的拉伸强度趋于一致 (约0.7 MPa) 。
进一步分析表8中的数据可以发现, 密封胶的拉伸强度并非随温度的升高或降低而递增或递减。养护天数不超过7 d, 温度为23℃时密封胶拉伸强度要比温度为5℃或40℃时密封胶的拉伸强度都低。出现上述结果, 一方面是由于40℃高温下, 密封胶固化速度较快, 强度上升较快;而温度为5℃时密封胶的拉伸强度反常增加, 则是由于低温下密封胶收缩更为紧密, 故需要更大的力才能使其破坏。
MPa
标准GB/T 29755—2013《中空玻璃用弹性密封胶》中要求密封胶23℃时的拉伸强度应≥0.60 MPa。上述试验结果表明, 在环境相对湿度为50%条件下, 温度为23℃时, 硅酮中空玻璃密封胶要达到标准要求的强度需要7 d;温度为5℃或40℃时, 硅酮中空玻璃密封胶要达到标准要求的强度需要5 d。
2.4.2 环境湿度对硅酮中空玻璃密封胶拉伸强度的影响
设定环境温度为23℃, 相对湿度分别为30%、50%和80%, 考察环境湿度对硅酮中空玻璃密封胶拉伸强度的影响。详细测试结果见图9、表9。其中, 30d的拉伸强度数值是将试样在设定相对湿度条件下养护14 d, 再在标准温湿度条件下养护16 d后测得。
由图9、表9可知, 温度为23℃、养护天数不超过7 d时, 3种相对湿度条件下密封胶的拉伸强度均随养护时间的延长而逐渐增大;养护天数超过7 d时, 密封胶的拉伸强度趋于一致。与温度对硅酮中空玻璃密封胶拉伸强度的影响结果类似。
当养护天数不超过7 d、且固化时间相同时, 相对湿度80%的密封胶拉伸强度最大, 相对湿度30%的密封胶拉伸强度次之, 相对湿度50%的密封胶拉伸强度最小。究其原因, 一方面80%高湿条件下, 密封胶固化速度相对较快, 强度上升较快, 强度上升较高湿度条件下密封胶溶胀 (导致强度偏低) 占优势;而30%低湿度条件下, 密封胶的固化速度虽然偏慢, 但密封胶的溶胀很小、甚至可以忽略, 故需要更大的外力才能使其破坏;50%相对湿度条件下, 密封胶的固化速度不及在80%相对湿度条件下快, 密封胶的溶胀程度却超出30%相对湿度条件下许多, 二者相互竞争, 反而导致其拉伸强度上升较慢。
MPa
注:1) 增加1个相对湿度30%、温度5℃的试样, 比较环境温湿度协同作用对硅酮中空玻璃拉伸强度的影响。
在上述试验的基础上, 增加测试1组温度5℃、相对湿度30%条件下密封胶试样的拉伸强度, 比较环境温湿度协同作用对硅酮中空玻璃密封胶拉伸强度的影响 (表9) 。环境温度为5℃、相对湿度为30%共同作用下, 硅酮中空玻璃密封胶的拉伸强度达到0.60 MPa需要5 d;且上述密封胶的拉伸强度, 比温度为23℃、相对湿度为30%条件下密封胶的拉伸强度整体偏低, 这可能是由于低湿条件下密封胶的溶胀几乎可以忽略, 而温度低导致密封胶固化慢 (强度偏低) 占优势。
2.5 环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶最大强度时伸长率的影响
采用与拉伸强度相一致的试验条件, 考察环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶最大强度时伸长率的影响。详细测试结果见图10、表10, 图11、表11。
%
%
注:1) 增加1个相对湿度30%、温度5℃的试样, 比较环境温湿度协同作用对硅酮中空玻璃密封胶最大强度时伸长率的影响。
2.5.1 环境温度对硅酮中空玻璃密封胶最大强度时伸长率的影响
由图10、表10可知, 在环境相对湿度为50%、养护天数不超过3 d时, 3种温度条件下硅酮中空玻璃密封胶最大强度时的伸长率均随养护时间的延长而逐渐下降;养护天数超过3 d时, 密封胶最大强度时的伸长率趋于一致 (约70%) 。同时, 养护天数不超过3 d时, 温度为23℃时密封胶最大强度时的伸长率最高;温度为5℃时密封胶最大强度时的伸长率次之;温度为40℃时密封胶最大强度时的伸长率最低。究其原因, 也是由于40℃高温时密封胶快速固化、5℃低温时密封胶分子链运动能力差, 以及上述两种作用相互竞争的结果。环境温度对硅酮中空玻璃密封胶最大强度时伸长率的影响, 与其对密封胶拉伸强度的影响在本质上是一致的。
2.5.2 相对湿度对硅酮中空玻璃密封胶最大强度时伸长率的影响
由图11、表11可知, 在温度为23℃、养护天数不超过3 d时, 3种相对湿度条件下硅酮中空玻璃密封胶最大强度时的伸长率均随养护时间的延长而逐渐降低;养护天数超过3 d时, 密封胶最大强度时的伸长率趋于一致。同时, 养护天数不超过3 d时, 相对湿度为50%时密封胶最大强度时的伸长率最高;相对湿度为30%时密封胶最大强度时的伸长率次之;相对湿度为80%时密封胶最大强度时的伸长率最低, 则是由于密封胶固化和溶胀二者相互竞争导致的。这与前文的试验结论基本一致。
此外, 在固化初期, 环境温度为5℃、相对湿度为30%共同作用下密封胶最大强度时的伸长率, 比环境温度23℃、相对湿度30%条件下密封胶最大强度时的伸长率偏低, 是由于低湿条件下密封胶的溶胀几乎可以忽略, 而温度低导致密封胶分子链运动能力差所致。
2.6 环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶粘结性能的影响
环境温湿度对硅酮中空玻璃密封胶粘结性能的影响列于表12、表13。可以发现, 所有密封胶经3 d养护后均能实现100%内聚破坏, 即具有较优的粘结性能。这与固化性能试验的结果是一致的, 当环境温度不低于5℃时, 密封胶经过3 d养护可基本实现完全固化。
注:z表示粘结破坏、n表示内聚破坏、h表示混合破坏, 下同;相对湿度为 (50±5) %, 基材为玻璃和铝片, 下同。
注:1) 增加1个相对湿度30%、温度5℃的试样, 比较环境温湿度协同作用对硅酮中空玻璃密封胶粘结性能的影响, 其他试件的试验温度为23℃。
3 结语
1) 少数客户会拿着刚开始固化的中空玻璃密封胶去测性能, 甚至会将测试结果与其他固化数天的密封胶性能测试结果进行比较, 这是不科学的。硅酮中空玻璃密封胶交联成骨架结构是一个复杂而漫长的过程, 其强度呈缓慢增加趋势, 其粘结性能也在逐渐趋于完好。
2) 环境温湿度变化会对密封胶的固化性能造成影响, 当环境温湿度超过一定界线, 甚至会造成密封胶历经数天仍无法完全固化。建议中空玻璃生产厂家按照季节和地域选择合适的密封胶, 并且做到即订即用 (不囤货) 。如实在需要延时或跨区域用胶, 应与密封胶生产商家协商, 调整配方。
参考文献
[1]全国建筑用玻璃标准化技术委员会.JC/T 2071—2011中空玻璃生产技术规程[S].北京:中国建材工业出版社, 2011.
温湿度环境数据库 篇6
每年有超过20亿的新安装器件, 可连接多种类型的设备, 能够自动进行配置, 连接简单且支持热插拨, 多数时候不需要提供独立的电源, 具有高传输速率, 高可靠性等, 上述诸多优点使USB成为了最成功的PC机接口。微软为大量USB类设备提供类驱动程序, 且一直在改进和增加类驱动程序的数量, 对于USB设备独立硬件供应商 (IHV) , Windows驱动程序基础 (Windows Driver Foundation, WDF) 已成为USB驱动程序开发的首选模型, 它提供3个选项来访问USB设备:1) 使用UMDF实现用户模式驱动程序;2) 使用KMDF实现内核模式驱动程序;3) 将Winusb.sys作为设备功能驱动程序安装, 并提供WinUSB API供应用程序访问设备。本文将基于WinUSB通用驱动程序及Microchip公司USB接口系统固件框架, 以PIC微控制器与SHT75传感器为核心, 上位机选用C#开发平台, 开发实现基于WinUSB的温湿度数据采集与控制系统并进行仿真。
1 WinUSB通用驱动程序框架
Windows驱动程序包括总线驱动程序 (bus driver) 、功能驱动程序 (function driver) 、过滤驱动程序 (filter driver) , 图1给出了Windows USB驱动程序堆栈体系结构框图, 图中出现了微软推出的USB设备通用驱动程序WinUSB, 它基于Windows Driver Frameworks (WDF) 开发, 由内核模式驱动程序 (Winusb.sys) 与用户模式DLL (winusb dll) 共两个基本组件构成。WinUSB (Winusb.sys) 可作为单一USB设备或复合设备功能驱动程序安装在设备内核模式堆栈中。用户程序通过调用WinUSB用户模式动态链接库winusb.dll公开的函数与USB设备通信。图1展示了包含3个Winusb sys实例的USB驱动程序堆栈, 实例1注册设备接口A, 支持用户模式驱动程序 (Usboem.dll) , 实例2注册设备接口B, 支持通过系统服务 (SVCHOST) 与winusb.dll进行通信的扫描仪用户模式程序 (Usbscan.exe) , 实例3注册设备接口C, 支持固件升级程序 (Usbfw.exe) 。实例2、3基于USB通用父驱动程序usbccgp.sys, 为复合设备提供服务。所有用户程序均通过加载winusb.dll, 调用DLL所提供的函数与USB驱动程序栈通讯。
通过WinUSB驱动程序与设备通讯, 用户程序不需要构造设备I/O控制请求来执行标准的USB操作 (如配置设备、发送控制请求以及与设备互传数据) 等, 用户程序调用winusb.dll提供的函数时, winusb.dll将使用应用程序提供的数据构建适当的IOCTL调用DeviceIoControl, 将请求发送至Winusb.sys处理, 请求完成时WinUSB将Winusb.sys返回的信息回传到调用进程, 调用失败或挂起时将返回零值, 调用GetLastError可获取详细的错误消息。
Winusb.sys还是UMDF功能驱动程序与关联的设备之间链接的关键部分, Winusb.sys作为上层过滤驱动程序安装在设备的内核模式堆栈中, 应用程序通过与设备的UMDF用户模式驱动程序通信来发送读、写或设备I/O控制请求, 驱动程序则与框架交互, 后者将请求传递到Winusb.sys, Winusb.sys处理该请求并将其传递到协议驱动程序, 最后传递到设备, 任何响应均通过反向路径返回。
2 WinUSB驱动包构成及其INF文件解析
WinUSB作为设备功能驱动程序安装时, 其驱动程序包共有4项内容:1) WinUSB辅助安装程序 (Co-installer) Winusbcoinstaller.dll;2) KMDF辅助安装程序WdfcoinstallerXXX.dll;3) 将Winusb.sys安装为设备功能驱动程序的INF文件;4) 签名的数据包目录文件 (Signed Catalog File) 。KMDF和WinUSB辅助安装程序须从同一版本的WDK获取, WDF辅助安装程序文件须从最新版本的WDK安装目录获取, 以便该驱动程序支持所有最新的Windows版本。
WinUSB驱动包中的INF文件将Winusb.sys安装为设备的功能驱动程序, 为操作系统匹配驱动程序与设备提供重要信息。INF文件中与上、下位机USB接口软件开发关系最为密切的信息包括:1) USB固件内设备描述符定义的VID/PID。例如本文INF文件中[Manufacturer]区有:%USBMyDevice.DeviceDesc%=USB_Install, USB VID_00AA&PID_00BB, 它将设备VID/PID设为0x00AA/00BB。2) 设备接口类 (Device Interface Class) GUID。上位机用户程序使用该GUID枚举WinUSB设备接口, 新项目中的GUID可由guidgen exe生成, INF文件[USB_Install.HW]区通过AddReg指示符在注册表中的DeviceInterfaceGUIDs键下存储一个或多个设备接口类GUID, 例如本文所编写的INF文件中有:HKR, , DeviceInterfaceGUIDs0 x 1 0 0 0 0, "{B 6 B 0 1 4 A 8-8 C D E-4 1 1 2-9 4 7 4-F15486E401BE}"。Winusb.sys每次加载时都会根据注册表中的DeviceInterfaceGUIDs项指定的设备接口类注册一个设备接口实例。INF文件[Version]区还有一个ClassGUID条目, 例如本文中该条目定义为:ClassGUID={36FC9E60-C465-11CF-8056-444553540000}, 它是设备安装类 (Device Setup Class) GUID, INF文件的ClassInstall32指示符将在注册表中创建:…CurrentControlSetControlClass{36FC9E60-C465-11CF-8056-444553540000}, 并导入INF文件内的相关子键值, 用于标识该设备类安装程序。
Winusb.sys安装为内核功能驱动程序时使用[DDInstall.Services]的AddService=WinUSB, …实现, ServiceType设为SERVICE_KERNEL_DRIVER, ServiceBinary设为Winusb.sys。安装为设备上层过滤驱动程时, 需通过[DDInstall.HW]的AddReg指示符在注册表中创建上层过滤驱动条目“UpperFilters”。
Windows 8之前的操作系统将Winusb.sys作为功能驱动程序加载时需提供定制的INF文件, 该文件指定了设备特定的硬件ID, 同时包括内置Winusb.inf的部分, 这些部分是实例化服务、复制内置二进制文件以及注册设备接口GUID所必需的。
3 基于C#与WinUSB的上位机接口程序设计
为探测下位机USB设备是否接入主机, 可调用RegisterDeviceNotification注册设备通知消息, 在设备移除或接入时通知窗体WndProc进程, 该进程检测到有设备接入主机时进一步获取“设备路径”。
Winusb.sys被加载时, 它根据注册表中DeviceInterfaceGUIDs键下该设备接口类注册一个设备接口。用户模式程序调用SetupDiGetClassDevs可枚举该设备接口类设备并返回该类的“设备信息集”句柄, 循环调用SetupDiEnumDeviceInterfaces可逐一枚举设备信息集中的设备接口, 提取索引指定的设备接口详细信息时可调用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail, 所获取的信息通过SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA结构返回。由于该结构大小无法提前获取, 故需连续两次调用该函数, 第二次调用时接口详细信息将填充到根据第一次调用返回值所确定大小的该缓冲区, 通过缓冲内该结构的DevicePath成员中可获得“设备路径”。本文有:DevicePath="?usb#vid_00aa&pid_00bb#2&2260b228&0&e1#{b6b014a8-8cde-4112-9474-f15486e401be}”。当检测到设备路径中含有“Vid_00AA&Pid_00BB”时即表示搜索成功, 否则继续枚举下一接口。
Windows API提供的CreateFile函数可创建、打开文件、目录、物理盘、卷、COM端口、设备 (包括USB设备) 、服务、通讯资源、命名管道或控制台等, 返回用于访问相应对象的句柄。CreateFile的第一个参数lpFileName是将要创建或打开的对象名称, Unicode允许该参数最多为32000个字符, 该类型长字符串所使用的前缀标识为“?”, C语言表示的DevicePath中长串标识符“?”后面分别是USB设备实例“USBVid_00AA&Pid_00BB2&2260b228&0&E1”和设备接口GUID。将设备路径DevicePath赋给CreateFile函数的lpFileName参数即可获取设备句柄, 所获取的设备句柄传给WinUSB函数WinUsb_Initialize, 可获取WinUSB句柄。有了WinUSB句柄, 即可进一步调用Winusb.dll提供的其他大量WinUSB API实现对USB设备的访问。
C#中调用WinUSB函数, 需要通过DllImport引入DLL文件并声明函数, 例如:
[DllImport ("winusb.dll", SetLastError=true) ]
internal static extern Boolean WinUsb_Initialize (…) ;
所设计的系统中, 读传感器温湿度数据及控制继电器开关的自定义命令字节分别为0x81、0x82, 向USB设备发送命令字节的函数为WinUsb_WritePipe (写管道) , 该函数前两个参数分别为WinUSB接口句柄InterfaceHandle和管道号PipeID, 其中PipeID由1个方向位+7个地址位构成, 对应于下位机USB固件中端点描述符内的bEndpointAddress字段, 写管道函数的其他参数分别为:数据缓冲区指针、缓冲区大小、实际传输字节数及可选的Overlapped参数。本文将Overlapped设为IntPtr.Zero, 使写管道函数向PipeID (0x01) 管道完成一字节控制命令输出并返回后, 才开始读取USB设备返回的传感器数据, 调用WinUSB读管道数据函数WinUsb_ReadPipe“同步读取”USB设备返回的温湿度数据时, 上位机用户程序可能因USB接口断开、返回数据量大等原因导致程序被阻塞。为避免这一问题, 可使用Delegate代理实现对USB设备所返回数据的“异步读取”, 定义的代理对应于读管道函数WinUsb_ReadPipe, 调用BeginInvoke方法时除了给出读管道函数所需要必须的参数以外, 另附加的两个参数为:1) new AsyncCallback (GetBulkDat) 2) ReadDelegate。前者指明代理调用WinUsb_ReadPipe返回时的异步回调函数为GetBulkDat, 后者为当前代理对象实例, 当GetBulkDat被回调时, ReadDelegate作为IAsyncResult类型的参数传给该回调函数, AsyncState属性获得代理对象, 并执行EndInvoke等待BeginInvoke调用的方法结束。如果IsCompleted属性值为真则表示从USB设备通过批量 (Bulk) 传输读取的数据已装填到指定缓冲。
瑞士SENSIRION传感器公司推出的数字式温湿度传感器SHT75实现了数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换功能。为方便用户开发应用温湿度传感器SHT75, SENSIRION提供了SHT75的8051 C程序范例, 可以非常方便的移植为PIC微控制器C程序, PIC从传感器读取4字节数据后, 根据函数:Calc_STH75与Calc_Dew_point可分别计算温湿度及露点值。由于这两个函数内浮点计算量大, 本文将它们移至上位机C#程序中, PIC微控制器则仅负责从传感器读取四字节温湿度原始数据, 通过USB接口直接传输给上位机, 上位机C#程序再通过这四字节原始数据调用上述两个函数计算出相应结果, 这样处理可提高传输速度并减轻下位机微控制器负荷。C#函数GetBulkDat通过缓冲中的四字节数据完成浮点计算后, 仍然需要通过代理在主窗体中刷新显示, 因为该函数与主窗体不在同一线程运行。
回调函数读取数据管道结束并通过显示代理完成窗体信息刷新显示后, 接着再次通过写管道函数WinUsb_WritePipe发出读取SHT75传感器数据的命令字节0x81, 实现对温湿度数据的实时连续采集。继电器控制与之类似, 唯一差别是刷新显示下位机返回的继电器状态后并不继续调用WinUsb_WritePipe发出控制继电器的命令字节0x82, 而是等待上位机用户的下一个操作。
4 下位机Microchip USB协议栈及用户I/O设计
为便于工程技术人员开发应用PIC USB微控制器, Microchip公司提供了PIC微控制器USB协议栈固件框架, 可处理大量USB通讯任务, 所提供的面向不同客户群的演示项目均采用协作式多任务环境 (禁止出现阻塞) , 内置USB模块的PIC18F4550微控制器具有独立的中断逻辑结构, 协议栈框架核心文件usb_device.c提供主状态机函数USBDeviceTasks, 对USB中断进行检测并进入相应的处理程序。
固件框架同时提供了处理用户I/O操作的演示函数ProcessIO, 由固件程序内的主函数调用。本文程序设计的ProcessIO函数负责读取上位机命令, 根据所接收到的上位机命令字节0x81与0x82分别实时回传SHT75传感器温湿度数据 (4字节) 及控制继电器开关并同时返回继电器状态。
固件框架中的描述符文件usb_descriptors.c给出了VID/PID定义, 描述符中设置设备类编码为0x0000 (bDeviceClass/bDeviceSubClass) , 表示一个配置内的每个接口均独立指定了其自身的类信息及各种接口操作, 接口类编码0xFFFF (bInterfaceClass/bInterfaceSubClass) 则表示接口类由厂商指定。端点描述符中的端点属性 (EndpointAttributes) 全部设为_BULK (批量传输端点) 。PIC固件程序分别定义的数据收/发缓冲为INPacket与OutPacket, 与上位机C#程序定义的缓冲OUTBuffer与INBuffer对应。在指定端点非忙时, 固件可通过USBGenWrite、USBGenRead分别发送与接收数据包, 二者最终均调用USBTransfer OnePacket (ep, dir, data, len) , 该函数为协议栈提供的通用单包传输函数。
5 温湿度数据采集与控制系统仿真运行测试
Labcenter公司的实物电路仿真软件Proteus具有对微控制器及其外围电路组成的综合应用系统的交互仿真功能, 仿真USB接口需要安装虚拟USB驱动程序 (Virtual USB Drivers) 并添加USBCONN组件。图2给出了以PIC18F4550微控制器及温湿度传感器SHT75为核心的USB接口应用系统仿真电路。
PROTEUS提供的USB虚拟分析器可跟踪设备与上位机用户软件及驱动程序的所有交互信息, 包括IRP请求 (包括IOCTL与MJ_PNP) 、USB事务 (包括SETUP、IN、OUT) 、USB寄存器 (包括UCON、UIR、USTAT、BDnSTAT、BDnCNT、BDnADRL/H等) 。测试运行USB接口应用系统时, 借助USB虚拟分析器可观察到主机给USB设备上电、主机复位设备 (RESET) 、USB总线驱动程序通过URB (USB请求包) 请求USB设备描述符前8字节、主机再次复位设备 (RESET) 、USB总线驱动程序通过URB执行控制传输, 将USB默认地址0x00重设为操作系统分配的地址, 及USB总线驱动程序通过URB连续发送提取描述符请求, 依次取得完整的设备描述符、配置描述符 (包括接口描述符、端点描述符) 、字符串描述符。PnP事件触发即插即用管理器 (PnP Manager) 向WDM驱动程序发送主功能 (Major Function) 码IRP_MJ_PNP, 进入相应的派遣函数, 查询设备ID、执行设备启动等。
打开上位机C#软件时将自动搜索WinUSB设备, 成功搜索到USB设备后, 每当C#调用WinUSB的读、写管道函数与USB设备交换数据时, 将分别访问对应的端点 (EP1_IN或EP1_OUT) 缓冲, 运行过程中均可通过USB虚拟分析器观察到:IOCTL:BULK_OR_INTERRUPT_TRANSFER, 展开该层时可观察到相应的IN事务或OUT事务。
6 结束语
温湿度环境数据库 篇7
1 生长育肥猪生产性能概述
国内外对生长育肥猪的生产性能从多个角度和层面进行了大量分析, 得出了很多研究结论, 尤其是在如何提高其生产性能方面, 取得了卓著的成效, 但是关于其内涵的研究却比较少见。
生长猪, 就是体重在10~15 kg左右的猪仔。当生长猪的体重达到25 kg之后, 就可以自由觅食。育肥猪就是指, 体重达到25 kg之后, 到出栏前期的猪仔。当育肥猪的体重没有超过90 kg时, 可以参照生长猪的喂养方式进行喂养, 但是一旦超过90 kg, 就应该限制喂养。综合生长猪和育肥猪的定义来看, 生长育肥猪的内涵为:体重在10 kg以上, 但未出栏的猪仔。而生长育肥猪的生产性能则主要是指猪仔肉质的产出品质, 猪肉和副产品的产出量等。
2 猪舍环境湿度对生长育肥猪生产性能产生的具体影响
2.1 温度过高对生产育肥猪生产性能产生的消极影响
热应激对生产肥育猪的影响较为严重, 温度过高会造成其采食量下降, 增重缓慢, 甚至增加生产肥的猪急性猝死症的发病率, 死亡率增加, 例如, 胃肠出血、急性胃扭转和急性心肺疾病导致的死亡等, 给生产肥育猪的生产性带来巨大的损失7同时, 气温过高也容易滋生猪舍细菌, 使生产肥育猪的发病率增高[2]。
2.2 温度过低对生产育肥猪生产性能产生的消极影响
寒冷季节由于气温偏低, 生产性肥育猪因其皮脂及消化呼吸系统的简单性, 容易患各类呼吸道疾病和肠道消化性疾病等。寒冷季节由于气温较低、气温不稳定及猪舍环境、干湿及通风等原因很容易引起生长肥育猪的呼吸道疾病, 主要临床表现为咳嗽、气喘和呼吸加快, 体温一般不高, 食欲时好时坏, 生长发育迟缓。有些急性呼吸道疾病可导致其死亡。
3 保持猪舍环境湿度的应对措施
3.1 对猪舍环境卫生的基本要求
生长育肥猪对于猪舍环境湿度具有一定的适应性, 但是它本身的皮脂特点比较特殊, 保持体温以及散发热量的方式比较简单和单一, 所以如果温湿度过高或者过低, 或者冷热频繁交替等猪舍环境, 都会对生长育肥猪的健康和生长产生影响, 甚至还有可能导致多种疾病的发生, 例如, 呼吸道综合征、黄白痢或者其他营养缺乏性疾病, 最终影响其生产性能。
为了促进生长育肥猪的健康生长, 保证其生产性能, 猪舍环境应特别注意以下问题:注意保持猪舍温度的舒适性, 不能太高也不能太低;保持猪舍的干净和干燥, 预防病原菌的生长和增殖;定期进行清洗、杀菌和消毒, 做好猪舍的环境卫生工作;对生长育肥猪进行适当保健, 增强其生理机能和免疫力;咨询当地畜牧管理部门或者兽医[3]。
3.2 其他措施
结合前文猪舍环境湿度对生长育肥猪生产性能产生的消极影响, 我们乐意采取针对性的预防措施。在夏季温度较高的时候, 可以准备数量充足的清洁凉水或者冰块, 降低猪舍的温度。同时, 保持猪舍通风, 还可以在喂养时, 在饲料中添加一些营养物质加以调节, 例如能量、氨基酸、蛋白质和矿物质等, 增强生长育肥猪的耐热性, 保证产量的稳定性。在冬季, 针对温度较低的情况, 我们应该对其进行密切观察, 调节猪舍环境的湿度, 定期通风, 保持猪舍环境的清洁, 注意控制温度等措施都是非常有必要的。同时, 在喂养时, 可以适量添加一些预防呼吸道疾病、腹泻等疾病的药物, 或者添加其他能够对生长育肥猪呼吸道和消化系统免疫力的物质, 确保其不会因为温度太低而导致生产性能下降[4]。
摘要：在农业生产中, 畜牧养殖的发展是其基础性的组成部分, 对于促进农业的发展具有非常重要的作用。同时, 畜牧养殖的发展不仅仅是农民创收的重要方式, 还能够为城镇居民提供多种畜牧产品, 例如肉类、奶和蛋等。生猪养殖是其中的重要组成部分, 对于市场肉类供应的总量和价格会产生重要影响。在生长育肥猪的养殖中, 猪舍的环境湿度不稳定, 或者其环境湿度无法满足生长育肥猪的需求, 或者超过其承受范围, 都会对其生长性能产生负面影响, 降低产品的产量, 最终影响养殖户的经济效益。所以我们需要对猪舍环境湿度的控制引起高度重视, 本文就在阐述生长育肥猪生产性能定义的基础上, 对其产生的具体影响进行了分析, 并提出了几点解决措施。
关键词：猪舍环境湿度,生长育肥猪,生产性能
参考文献
[1]王旭平, 喻洋, 罗松, 等.冬季可拆迁式猪舍对生长育肥猪生长性能及舍内温湿度的影响[J].中国畜牧杂志, 2010, 21 (10) :69-72.
[2]蒲红州, 陈磊, 张利娟, 等.湿热环境对自由采食生长育肥猪采食行为的影响[J].动物营养学报, 2015, 5 (19) :1370-1376.
[3]姜卫星, 袁文军, 李伟, 等.中草药添加剂对育肥猪生长性能和免疫功能的影响[J].中国畜牧兽医, 2011, 5 (17) :15-19.