温湿环境（共11篇）
温湿环境 篇1
0 引言
在现代制药生产中, 环境因素是影响产品质量的主要因素之一, 其中的温度、湿度是环境的两项主要指标。当前, 一些高精度温度传感器的精度可达到±0.01℃, 然而价格非常昂贵, 一般只作为高分辨力的精度测量或用作测温仪器的标准。而对于生产应用中的较低精度温湿度测量系统, 现有的系统多采用与计算机直接结合的工作模式, 增加了系统的成本。
鉴于目前的情况, 提出以价格低廉的单片机作为控制核心, 以多个温度、湿度传感器作为测量元件, 构成了低成本的智能温湿度测量系统。在该系统中, 根据测量空间或设备的实际需要, 由多路温度、湿度传感器对关键温湿度点进行测量, 由安装于仪器内的单片机对各路数据进行循环检测、存储, 实现温、湿度的智能测量。
其特点:
(1) 系统的成本低;
(2) 系统具有与计算机的通讯功能, 在长时间数据采集完成后, 可以将数据传送到计算机进行相关的研究分析, 既具有智能测量功能, 又节省硬件成本;
(3) 智能温湿度测量系统外形尺寸小, 既可用于实验室环境温度的测量, 又可用于仪器、大型设备等的内部环境测量。
1 温湿度的监测系统设计过程及工艺要求
1.1 基本功能
温湿度检测系统的基本功能有温度检测、湿度检测、温度显示、湿度显示、过限报警。
1.2 主要技术参数
温湿度检测系统的主要技术参数有: (1) 温度检测范围:-30~+50℃; (2) 测量精度:±0.5℃; (3) 湿度检测范围:RH10%~100%; (4) 检测精度:RH1%; (5) 显示方式:温度四位显示, 湿度四位显示; (6) 报警方式:三极管驱动的蜂鸣音报警。
2 硬件选取及其实现功能
2.1 MCS-51单片机
MCS-51单片机把微型计算机的基本部件, 如将中央处理器、随机存储器、程序存储器、并行I/O接口、串行I/O接口、定时器/计数器、中断系统以及特殊功能寄存器等集成在一块芯片上, 并通过单一的内部总线连接起来。
2.2 温湿度传感器
SHT10系列为贴片型温湿度传感器芯片;全量程标定, 两线数字输出;湿度测量范围:RH0~100%;温度测量范围:-40~+123.8℃;湿度测量精度:±RH4.5%;温度测量精度:±0.5℃;响应时间:<8 s;低功耗 (typ.30μW) ;可完全浸没。
应用领域:数据采集器、变送器、自动化过程控制、汽车行业、楼宇控制与暖通空调、电力、计量测试、医药业。
2.3 测量数据处理
2.3.1 转换系数
相对湿度为了补偿湿度传感器的非线性以获取准确数据, 建议使用如下公式修正读数RHlinear。
式中RHlinear——相对湿度;
C1, C2, C3———转换系数, 按湿度转换系数 (表1) 选取;
SORH———传感器相对湿度的读出数。
2.3.2 温度
由能隙材料PTAT (正比于绝对温度) 研发的温度传感器具有极好的线性, 可用如下公式将数字输出转换为温度数字输出Temperature。
式中Temperature———温度;
d1, d2——温度转换系数, 按温度转换系数 (表2) 选取;
SOT———传感器的温度数字输出。
2.4 ISD4002系列单片语音录放电路
ISD4002系列工作电压为3 V, 单片录放时间2~4 min, 音质好, 适用于移动电话及其他便携式电子产品。芯片采用CMOS技术, 内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。
芯片设计基于所有操作必须由微控制器控制, 操作命令可通过串行通信接口 (SPI或Microwire) 送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中, 因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。
3 硬件设计
该系统电路由单片机、电源电路、数码管显示电路、温湿度采集电路、报警电路、按键电路构成, 其系统结构框图如图1所示。
3.1 温湿度采集模块
温湿度传感器STHT10是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。为避免信号冲突, 微处理器应驱动DATA在低电平, 所以还必须在I/O电路中, DATA引脚上加上一个上拉电阻将信号提拉至高电平, 用一个10 kΩ的电阻接至电压源。图2为温湿度采集部分电路。
3.2 语音播报模块
该系统另一个重要组成部分是语音播报模块, 外部时钟XCLK在外接地时钟时, 此端必须接地, 其主电路图如图3所示。
ISD4002在音频输出端 (AUDOUT) 由于输出信号功率小, 不能完全驱动负载, 因此在负载前需加音频功率放大器, ISD4002输出的电压偏低, LM386是低电压音频功率放大器, 其设计电路如图4所示。
3.3 按键模块
此电路设计比较简单, 采用6个键来设定温度和湿度的报警值。
3.4 数码管显示模块
数码管显示电路采用ZLG7290 (LED) 驱动器, 在每个显示刷新周期ZLG7290按照扫描位数寄存器Scan Num指定显示位数N, 把显示缓存Dp Ram0~Dp Ram N的内容按先后循序送入LED驱动器实现动态显示, 减少N值可提高每位显示扫描时间的占空比, 以提高LED亮度, 显示缓存中的内容不受影响, 修改闪烁控制寄存器Flash On Off可改变闪烁频率和占空比 (亮和灭的时间) 。
4 软件设计
该系统软件主程序图如图5所示。
5 结语
环境条件特别是制药工作环境的温度、湿度的要求, 对药品的性能影响很大, 环境自动监测报警系统可以实时监测温度、湿度等指标, 非正常情况下可以报警。
该温湿度监测系统能够及时反映当前系统工作区的温湿度信息, 温湿度信息通过数码管直观地显示给用户, 用户可以根据对温湿度的使用要求, 通过键盘自行设置温度及湿度的报警值, 当温度或湿度超出用户设定的范围时, 该系统可以自动执行语音报警, 此时数码管闪烁发出视觉告警。
摘要：以制药环境温湿度的监测系统设计过程及工艺要求为切入点, 从硬件选取及其实现功能、硬件设计、软件设计三方面利用单片机和传感器系统进行研究, 可实现对温度和湿度的精确测量, 可提高生产的自动化程度, 成本低廉, 应用十分广泛。
关键词：制药环境,单片机,传感器,温湿度检测
温湿环境 篇2
温湿度综合监控管理系统
设
计
方
案
目 录
第一部分：概述
（1）粮食仓储概述………………………………………………………………03（2）粮仓粮库环境温湿度监控系统应用背景…………………………………04（3）粮仓粮库环境综合监控管理系统…………………………………………04 第二部分：系统组成结构
◇上位管理主机…………………………………………………………………05 ◇数据通讯部分…………………………………………………………………05 ◇现场控制监测点………………………………………………………………05 第三部分：控制模式
◇控制方式………………………………………………………………………06 第四部分：功能特点
（1）粮库环境温湿度监测………………………………………………………07（2）O2、CO2浓度监测•…………………………………………………………07（3）数据存储功能………………………………………………………………07（4）设备联动控制功能…………………………………………………………08（5）防火自动报警功能…………………………………………………………09（6）现场报警功能………………………………………………………………09（7）远程传输和网络管理功能…………………………………………………09 第五部分：监测软件数据平台
（1）友好的用户登陆管理界面…………………………………………………10（2）实时历史、曲线报表数据分析…………………………………………10（3）多种形式的报警功能………………………………………………………11（4）远程控制……………………………………………………………………11（5）监控终端……………………………………………………………………11
第一部分：概 述
（1）粮食仓储概述
我国现有14亿人口，粮食储藏好坏是关系到人民健康、市场供给、国家稳定的大事。随着人口增长迅速、耕地逐年减少、人类对社会物质生活的需求愈来愈高。粮食的利用与保护得到社会的更加重视，人类必须杜绝粮食浪费与霉烂现象发生，珍惜粮食。
我国是世界上最大粮食生产和消费国。据统计，我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输等过程中的损失高达15％，远远超过联合国粮农组织规定的5％，在这些损失中因未达到安全水分造成霉变、发芽等损失的粮食又占到5％。
粮食在储藏期间，如果水分超标，粮堆内部的水分就表现出向表面及粮粒间隙中的空气缓慢游离的趋势，因粮食水分从不流动的空气中逸出比较困难，它在粮粒间聚集，当湿度达到饱和点时即开始凝结，随之产生发酵和局部温度升高现象，这又促使粮粒释放出水分和加速相应的发酵过程。当环境温度升高，粮食中带有的粉尘、杂质、特别是有机物杂质加速了上述过程，严重威胁到安全储粮，导致粮食腐烂。
因此粮仓粮库环境应保持通风、干燥，内外整洁有序。粮库中应采取防鼠、防蝇、防虫、防盗等设施，杜绝有害虫类的滋生。
（2）粮仓粮库温湿度环境监控系统应用背景
建国以来，经过六十多年的发展，我国粮食仓储技术得到了长足发展，在某些领域已经达到世界先进水平，但就整体而言，我国粮食仓储技术与发达国家相比，仍与一定的差距。目前，大部分粮仓库仍为人工监控管理，如降仓温通风是仓房日常管理中，尤其是低温储粮管理中的一项操作较为频繁、辛苦的工作，经常需要在半夜开机：由于粮食呼吸，储粮稳定性较差，保管员需不断翻动粮面，通风降温散湿，因此国家需要投入大量人力。粮情，粮仓温度靠人工监测，保管员需要频繁巡查，工作强度大，并且监测结果不精确。
（3）粮仓粮库温湿度环境监控系统
SQ-KZ粮仓粮库环境综合监控系统可以实时全面的掌握粮库内的温湿度变化，一旦发现异常及时做出正确处理，保证粮食长期安全存储。本系统采用世界上先进的微电脑技术、PLC技术、传感器技术、自动控制技术，带有LCD显示和键盘操作，能够自动监测粮仓粮库内的粮情、温度、湿度，并能与粮仓粮库内的加热、制冷、除湿、通风等设备进行联动，控制加热、制冷、除湿、通风等设备进行工作，也可根据人工设定的数值定时控制设备或根据需要进行人工开启，使仓内粮温、水分、仓内气体的有效浓度与配比维持稳定状态，保证粮食仓储的安全。
第二部分：系统组成部分
SQ-KZ粮仓粮库环境综合监控系统主要包括：上位管理主机、数据通讯部分、现场控制监测点、数据采集终端等。
◇上位管理主机
可选用物联网感知应用平台或者是为客户专门定制的操作监测平台。能够实现监测、查询、运算、统计、控制、存储、分析、报警等多项功能，并能与粮仓内设备联动，自动计算和控制加热、制冷、降湿、通风等设备运行工作。
◇数据通讯部分
可根据需要选择有线传输与无线传输方式，对于仓内布线不方便的粮库，可以采用无线通讯方式，利用GPRS/3G或Zigbee无线通讯。
◇现场控制监测点
现场控制监测点主要由数字温湿度变送器、数据采集仪、通讯转换器、配电控制柜及安装附件组成。所有监测点的温湿度测量值最终转换为数字信号，被传送到上位管理主机，通过配套的数据管理软件对数据进行分析、处理、存储、打印等。
第三部分：控制方式
◇自动控制-----根据设定的参数，智能控制箱按照预先编制的程序自动运行。
◇手动控制-----根据需要，可以选择现场手动控制方式，启动各种模式。
◇集中监控-----监控中心室能够实时显示并自动记录粮仓粮库内的监测数据以及外围设备的工作状态，远程设定每台控制箱的工作参数，自动报警。
◇3G互联网监控------通过安装配套的物联网监控软件，或者视频监控软件，可以通过英特网实时了粮库内的环境变化信息及设备的运行状态等。
第四部分：系统功能特点
（1）粮库环境温湿度监测
通过温湿度传感器监测粮仓粮库内的环境温湿度，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。
（2）O2、CO2浓度监测
--粮食是生命的有机体，具有呼吸功能。为了解储藏条件是否适宜，常需要了解粮食在储藏期间的生理状态，需要测定储粮的呼吸系数。
--在粮仓内部署二氧化碳或氧气浓度传感器，实时监测粮库中的气体含量，当浓度超过系统设定的阙值范围时，通过有线或无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。
（3）数据存储功能
具有大容量数据存储功能，现场可显示、查询监测数据和设备工作参数。
（4）设备联动控制功能
--降温、散湿、通风是仓房日常管理中的一项操作较为频繁、辛苦的工作，经常需要在半夜开机，由于粮食呼吸，储粮稳定性较差，保管员需不断翻动粮面，通风降温散湿。实现仓窗、制冷、制热、通风等设备自动开关，对提高工作效率、降低劳动强度意义重大。--上位机控制平台可根据粮库环境的要求，对已设置的温湿度数学模型进行分析，自动计算和控制加热、制冷、降湿、通风等设备状态，也可根据人工设定的数值定时控制设备或根据需要进行人工开启。
（5）防火自动报警功能
可提供现场声光报警，监测系统报警，并通过电话语音拨号报警或发送报警短信通知相关人员。
（6）现场报警功能
用户可设定某些参数指标的上限和下限，根据温湿度实测值与人工设定的超限值进行对比分析，若实测值超过设定的范围，则通过屏幕显示报警或现场声光报警。
（7）远程传输和网络管理功能
可联网远程传输现场监测到的各种信息，上级部门可随时调用、检查粮库环境的各项数据、报表，提供集中式系统管理及数据检索功能，可与其它信息系统共享数据，支持TCP/IP协议。
第五部分：监测软件数据平台
我公司自主研发的粮仓粮库温湿度系统软件，实时采集粮仓粮库现场数据，经传感器数据模块传送至ZigBee节点或RS485节点上，然后通过光纤、GPRS/3G网络传输到数据平台，按照相关设定进行分析运算、控制、存储等功能，并进一步与粮仓内设备（如通风、制冷、制热、熏杀等）联动完成相应控制。
（1）友好的用户登陆管理界面
--规定用户使用权限，不同用户提供不同的操作权限，非用户不能登陆系统，保证系统安全，操作简单而富有人性化。
（2）实时历史、曲线报表数据分析
--系统将采集到的数据信息以实时曲线的方式显示给用户，并根据需要按照日、月、季、年参数变化曲线生成历史报表。便于对粮仓粮库的运转情况进行分析并做出改进，提高粮食仓储的效率与安全。
（3）多种形式的报警功能，适合不同场合需要
--工作人员根据粮仓粮库内的具体情况，设置温度、湿度等参数限值。在监测时，如发现有监测结果超出设定的阈值时，系统会自动发出报警提醒工作人员，报警形式包括：声光报警、电话报警、短信报警、E-MAIL报警等。
（4）远程控制
--现场采集设备将采集到的数据通过有线、无线、GPRS/3G网络传输到中控数据平台，用户从终端可以查看粮仓粮库现场的实时数据。并使用远程控制功能，通过继电器或采集输出模块对粮仓粮库内的相关设备进行自动化控制，如自动通风系统、自动制冷制热系统、自动除湿系统等。
（5）监控终端
--监控终端通过可视化、多媒体的人机界面实现以下主要功能：
①粮仓内粮情、温湿度、CO2浓度全面显示，可查询，包括各种参数以及历史数据等；
温湿环境 篇3
一、温度调控技术
温室内温度变化规律是：昼夜温差大，晴天湿差大于阴雨天且温度回升快，阴雨天增温效果不明显；冬季易发生冻害，春季易发生高温危害。温度又包括两个含义，即气温和地温。气温和地温的协调非常重要，两者缺一不可。蔬菜适宜的气温为：茄子、辣椒、黄瓜、番茄、芸豆等白天25~32℃，前半夜17~20℃，后半夜13~15℃，表层土10厘米处地温白天22~26℃，夜间16~21℃，凌晨最低不低于14℃；西葫芦、韭菜、芹菜、菠菜等白天20~24℃，前半夜17~18℃，后半夜6~10℃。这些蔬菜地温与气温相差无几。因此，在蔬菜温室生产过程中要充分发挥温室的增温和保温优点，克服温差大和低温、高温危害的缺点，为各种蔬菜生长发育创造最适宜的温度。
（一）增温保温。有效地提高温室温度，防止温室热量外散和冷空气侵入，避免低温冷害。
1. 室外保温措施：①建合理的保温墙体。墙体的贯流放热量为温室总耗热量的20%~25%，因此为了减少放热，墙体就必须有一定厚度，如泥墙以1~1.5米为宜，砖墙以0.5米为宜。②设防风障。在温室迎风面距温室1~2米处，用玉米秸、高粱秸做防风障。③挖防寒沟。因土壤温度传递水平方向快于垂直方向，所以应在温室四周挖0.5米宽、0.7米深的防寒沟，沟内填满炉灰渣、稻壳，沟顶盖上塑料薄膜，严防雨雪水进入，保持沟内干燥，这样还可防止室内土壤热量向外扩散，提高地温3~4℃。④棚顶加盖物。覆盖单层草苫可使室内最低温度提高3~6℃，再加盖1层草苫、1层纸被，可复合增温12℃左右。
2. 室内保温增温措施：①挂天幕。在室内距棚膜15厘米处拉几道铁线，然后铺上塑料薄膜，白天卷起，夜间拉开，可增温3℃以上。②地膜覆盖加小拱棚。覆盖地膜可提高地温2~3℃，然后再搭0.8~1米高的小拱棚，夜间覆盖塑料薄膜，白天揭开，可提高温度3~5℃。③挂围膜（或稻草帘围裙）。在温室内壁下部挂1块约1米高的塑料膜，其下部埋入土中，可防地风危害。④设供热设备。如设火炉烟道、暖气、热风炉等，可明显提高温室温度。⑤埋地热线增温。先在温室的地面设置地热线，然后将其埋入地下10厘米深处。⑥埋酿热物增温。在栽培畦下埋10厘米厚的半腐熟有机肥。⑦在温室进出口处挂厚门帘，并尽量减少进出温室的次数和夜间将门关严，可防寒风侵入。⑧喷药防寒。在寒冷季节，用500毫克/千克的农用链霉素溶液喷洒，能提高蔬菜的抗寒能力。⑨合理安排蔬菜种植范围。根据温室内各个部位的温、光分布情况安排栽培不同蔬菜，如温室前沿种植耐寒的油菜，中部种植喜温喜光的黄瓜、番茄等蔬菜，后部种植菠菜、韭菜等。
（二）防止高温危害。高温危害多发生在春季，主要采取通风的方法降温。当外界温度逐渐升高时，室内温室很容易升高，可打开通风口放风降温。当放风降温效果不理想或不能采用放风降温时，可在棚室上覆盖草帘、遮阴网进行遮阴。草帘、遮阴网的降温避光作用很大，其降温效果可达2.4℃，可避光58.2%。同时也可往蔬菜植株上适量喷水，以提高土壤含水量和增加空气相对湿度，可减轻高温危害。
（三）防治低温危害。
1. 冻害蔬菜症状：轻者部分叶片受冻，重者心叶和大部分叶片冻死。这时应用遮阴网覆盖在棚膜上，或用报纸等不透光物覆盖在受冻的蔬菜上，使受冻蔬菜缓慢解冻，恢复生长，切不可采取急骤升温的措施来解冻。还可采用适量放风等措施，使室温缓慢上升，并配合喷水，防止地温继续下降和蔬菜脱水干枯。还要及时松土，适量追施速效化肥。
2. 冷害蔬菜症状：不易发新根，全株萎蔫，生长缓慢，叶片呈黄白色，重者叶片皱缩呈深绿色，有的叶缘枯死，其中茄果类蔬菜、瓜类蔬菜产生落花落果和畸形果实等。蔬菜出现冷害现象后，要查出引发冷害的原因，及时采取保温增温措施，并适当控制浇水量，及时松土，提高温室内温度。
二、湿度调控技术
高湿是温室环境的一个突出特点。就蔬菜空气相对湿度而言，适宜的相对湿度白天为60%~70%，夜间为80%~90%。温室空气湿度的变化规律是：晴天、有风天气相对湿度低，阴、雨、雪天气相对湿度高；早晨湿度高，过午湿度低。在通常情况下，温室湿度偏高，不利于蔬菜生长发育，又易引发病害，因此，温室内湿度管理要以降湿为主。
（一）通风降湿。通过通风，调节改善温室的湿度条件，但在通风降湿时，也会降低温室内的温度，因此，通风应在9~14时进行，使降湿与保温互相兼顾。寒冷季节，要以保温为主，尽量减少通风次数与时间。
（二）采用无滴膜覆盖。无滴膜是在制作膜的过程中加入表面活性剂，使膜不易凝结水珠，而是形成1层透明的水膜，使水经水膜面流入土壤中，可减少温室空气湿度。
（三）控水减湿。通过减少灌水量和次数来调节温室内的湿度，即在满足蔬菜生长发育所需水分的前提下，尽量减少灌溉次数，降低土壤湿度。土壤持水量一般以控制在60%左右为宜。
（四）采用沟灌与滴灌。沟灌不仅容易控制灌水量，而且有利于提高地温。采用高畦膜下滴灌法，既能使室内空气湿度下降，又能保持土壤湿润，可节省用水20%。
（五）堆放吸湿性材料。在温室内的墙角处，堆入石灰等吸湿性材料，可以吸收空气中的水分，降低空气湿度。
温湿环境 篇4
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.
温湿环境 篇5
北京盛世宏博科技有限公司
简述：
北京盛世宏博科技有限公司针对温/湿度对弹药储存的影响和传统弹药库温，湿度监控系统的弊端，采用HF系列本安防爆温湿度变送器设计了一套智能监控系统．对系统的结构原理和软件设计进行了分析。重要性：
国家弹药从出厂到部队作战或训练使用以前主要存放在仓库中。在长期的储存过程中，弹药虽然处于宏观静止状态。但其质量不断发生变化。这是因为弹药主要由金属和装药组成．在长期储存过程中，由于温，湿度的影响。金属会锈蚀．从而使金属部件的强度降低。表面机械性能变坏，严重影响弹药的使用．甚至会造成重大事故。温，湿度还会使弹药装药的物理和化学性质发生变化．从而使其失去应有的战技要求。因此，温，湿度是弹药质量发生变化的主要矛盾。根据我军的仓库条件、我国的气候条件和目前仓库的管理水平．通常规定最高温度不超过30℃．最大湿度不超过。70％．即通常所说的“三七”线。北京盛世宏博科技有限公司弹药库智能化管理系统概述：
采用电脑统一控制管理的办法将各个弹药库/军火库内的温度湿度数据统一采集到中控室电脑终端，管理人员无须进入弹药库库区进行实地测量即可通过宏物联电脑温湿度管理系统看到各个库房的温度湿度数据，除了管理人员主动查看数据之外，也可根据当地或者弹药库的温度湿度要求设置该弹药库的温度上限，下限，湿度上限，湿度下限，只要该弹药库库房内的温度或者湿度超标，通过北京盛世宏博科技有限公司宏物联HB-V3.0系统即可联动出发，监控室内声光报警器，以此来通知弹药库管理人员，可库房内的温湿度数据超标了，当无人值守的情况下，也可通过短信或者语音拨号的形式来远程通知弹药库的安全管理人员。
档案库房温湿度调控方法研究 篇6
关键词： 档案库房； 温湿度； 调控； 算法
中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1006-8228(2012)09-37-02
Research of temperature and humidity control method in archives warehouse
Li Na
（College of Electro-information Engineering, Xuchang University, Xuchang, Henan 461000, China）
Abstract： Archives administration is the main method to protect human civilization achievements. The temperature and humidity control method of user terminal in the wireless intelligent temperature and humidity monitoring system are emphasized. A simple and effective algorithm to monitor and regulate temperature and humidity is designed. According to the local climate change characteristics, the algorithm can control various temperature conditions based on the single chip microcomputer and various kinds of temperature tuning devices. This algorithm can satisfy the requirements for archives warehouse management in practice.
温湿环境 篇7
在当前数字化校园进程快速推进的现状下,中心机房是全校校园的功能中心所在,其集合了服务器、数据存储、数据交换等大功能为一身,在保障校园的正常教学科研、学生生活学习中发挥了十分重要的作用。而适宜的机房环境又是保证机房正常运行的重要条件,如果不能够做到机房温湿度环境的及时监控,就有可能带来中心机房的故障现象发生。在以往,我们往往需要派驻大量的人员对机房进行24小时的巡查,这种管理方式不仅使得巡查人员“疲于奔命”,而且也很难及时做到发现中心机房中隐藏的安全隐患。在这种情况下,就有必要设计和实现中心机房环境集中监控温湿度系统,从而快速便捷地对机房中的信息进行搜集和处理。
1.中心机房环境集中监控温湿度系统的总体构成
在本文所设计的中心机房环境集中监控温湿度系统主要是基于用户机房的实际需求分析来构成的,不同的应用环境监控测量的范围和输出量等要求都是不同的,而这些具体要求也决定了总体方案的选型以及系统开发成本。本文在温湿度系统的设计过程中坚持了分布式控制的思想,在系统中存在着多台计算机,这些计算机能够控制多个回路,通过它们可以达到集中对数据进行获取和管理,并进行自动控制的目的。图1展示了本文所设计系统的总体硬件框架图。
总之,在本文所设计的系统中,存在着单机控制运行、以太网组网运行以及RS485组网运行方式等三种主要的控制模式。其中单机控制运行方式主要指的是温湿度数字变送器单独进行运行控制的一种方式,而RS485组网运行方式则是通过RS485协议进行组网,然后温湿度变送器在温湿度主机的监控作用下进行控制运行的方式;采用的二级组网方式则是基于RS485以及以太网两种方式进行组网的方式,通过一台温湿度监控主机的作用下,带动数台温湿度变送器以及数据集中器进行工作的模式。
2.中心机房环境集中监控温湿度系统的硬件构成及电路设计
2.1温湿度监控主机
温湿度监控主机的主要任务是向连接的各数字变送器进行通讯指令的发送,而且对报警的限值进行设置,同时对各温湿度变送器收集上来的温湿度数据进行收集。通过温湿度监控主机不仅能够实时显示采集的数据,而且还可以对超过报警限值的报警信息进行声像报警等等。系统能够将采集到的温湿度数据以及告警记录在监控主机之中存储,用户可以基于实际要求显示实时或者历史存在的各参数曲线变化,以方便进行数据分析。在本文所设计的中心机房环境集中监控温湿度系统,主要采用总线的方式将温湿度监控主机与温湿度传感器或者数字变送器之间进行通信,一个上位机能够有多个总线。
2.2温湿度数字变送器的构成实现
温湿度数字变送器的主要任务是负责温湿度数据的采集、校正转换以及现场LED显示,同时还能够根据机房的要求对各种告警的门限进行设计,提供各种声音告警,接受温湿度集中监控主机通讯指令并向其传送数据。在本文设计与实现的温湿度数字变送器中,主要由单片机、LED数码管显示模块以及温湿度传感器、地址/波特率拨码模块、外部存储器、RS-232/485转换模块以及蜂鸣器等几个部分组成。
基于本文所设计系统的实际情况,各组成部分的硬件主要采用了如下的模块:(1)温湿度数字变送器主控制器:P89V51单片机;(2)温湿度传感器:瑞士Sensirion公司推出的SHT10单片数字温湿度集成传感器;(3)外部存储模块:采用ATMEL公司的容量为64K字节的24C512芯片,利用I2C总线进行读写操作,能够存储6520条历史数据记录;(4)LED显示模块:采用3位七段LED数码管,由3位LED数码管组成显示模块来轮流显示温度值、湿度值。
2.3数据集中器的构成与实现
一个完整的数据集中器模块主要是由嵌入式网络、TLL串口信号/RS485转换模块以及电源模块等几个主要的部分构成。通过数据集中器能够达到集中传输采集的数据目的,而且也能够使得数据的通讯距离得到有效的延伸。在系统的构成过程中,将多个温湿度变送器采用RS485总线的构成方式,由此组成了一个温湿度的控制单元。然后再基于RS485转TCP/IP协议转换器,使得其能够直接与电脑之间进行网络通讯,继而构成了一个温湿度控制系统。而在具体的硬件电路构成中,RS-485接口芯片模块、TCP/IP模块以及电源芯片模块等等。在具体的系统构建中,RS485接口芯片采用了MAX485,周立功公司的ZNE-100T则是主要采用的以太网模块,电源芯片模块则采用了MC34063。
3.结束语
综上所述。限于篇幅,本文仅对中心机房环境集中监控温湿度系统硬件电路的主要构成及设计进行了详细的分析,在实际的实现中,还需要对其中各种软件的实现,才能保证该系统的功能完整。
参考文献
[1]朱伟伟.通信机房温湿度控制系统的研究[J].山东通信技术,2010,02:20-22.
温湿环境 篇8
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.
温湿环境 篇9
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.
温湿环境 篇10
要实现农业生产自动化,与农民联系最紧密的莫过于温室大棚中农作物的种植。所以说,可以把温室大棚中的自动化建设作为农业生产自动化的一个具体的突破口。本文以温室大棚的温度湿度自动测控系统为主要研究内容。
目前秦皇岛市农村温室大棚存在的问题
1温室大棚普及率很高,但是大棚中的对温度湿度的控制采用传统方法,无自动化设备。农民家中的温室大棚的温度湿度都靠人工测量,每天都要定时的多次的测量,并且每家的温室大棚不止一个,增加了劳动的负担。具有自动化设备的温室大棚极少。这样导致增加劳动成本,工作效率低下。
2目前市场上主流的智能温室大棚效果不错,但是价格太高,普通农民家庭根本无法承受。某些厂家的智能温室大棚的造价达到400元/平方米,每个大棚的造价动辄要几十万元,对于秦皇岛市农民目前的收入状况来说,太过昂贵,所以直接引进主流的智能温室大棚不太现实。
3农民们现代化意识淡薄,不肯利用高科技手段。农民们总是抱着传统的思想,用传统的方法在大棚中劳作,效率非常低。
4农民们不希望重新建设智能温室,希望能对现有的温室大棚进行自动化改造。如果重新建设温室大棚,必然要把之前的大棚拆掉,这在资金上是一个浪费,所以农民更希望对现有的温室大棚进行自动化改造。
解决方案的研究
基于以上秦皇岛市农村温室大棚存在的问题,就要找到一种符合秦皇岛市农村温室大棚现状的改革方案,也就是一种既省事又省钱的方案。自行研制自主开发一种温室大棚的温度湿度自动测控系统无疑是解决这一问题的最佳方案。
1温室大棚的温度湿度自动测控系统的硬件测控板的开发
采用51单片机为控制和通信的核心,采用18b20器件测试大棚温度,采用湿敏元件测量大棚湿度,再辅以相应的控制电路和通信芯片,制成硬件测控板。因为是自主开发,器件简单,所以价格便宜,农民很容易接受。
2温室大棚的温度湿度自动测控系统的软件的开发
把硬件测控板测量所得到的数据,传输给计算机,方便农民观察数据。这就需要一个人机交互的界面,即配套软件系统。该软件以vb为开发平台,利用其中的串口通信技术和网络通信技术,来实现数据的采集与呈现。当温度湿度达到临界值的时候,可以通过手机短信的形式来通知人们,发出警告。既实用又方便。
具体实施方案
1温室大棚的温度湿度自动测控系统的测控板的连接示意图
采用51单片机为控制和通信的核心,采用18b20器件测试大棚温度,采用湿敏元件测量大棚湿度,当温度湿度超过预先设定值时,单片机系统就启动相应的加热设备、通风设备、加湿器和除湿器,同时和控制计算机进行串口通信完成数据采集和远程控制,计算机还能通过短信模块来发送短信来提醒农民温度湿度超过阈值。
2温室大棚的温度湿度自动测控系统的软件的开发
软件系统主要是和单片机电路板通信,把单片机系统采集并保存的数据读回计算机中显示出来,并能画出实时曲线和历史曲线,作出实时数据报表和历史数据报表。这里的技术关键就是计算机和单片机系统通信,把单片机系统中采集并保存的数据读回计算机。所以在计算机上采用VB作开发环境,编程实现串行通信、数据显示、数据报表和数据曲线。
(1)计算机端作为数据采集和控制的终端,采用VB作开发环境。主要是利用了VB中的固定控件MSCOMM控件,用之与单片机系统进行串口通信。对MSCOMM控件的操作,可以实现对计算机的串口RS-232进行发送和接收操作。MSCOMM控件的属性设置为:
Comm Port:1,选择1号串行口;
MSComm1.RThreshold=1,收到一个字符就触发事件;
MSComm1.Input Mode=1,以二进制方式取得数据;
MSComm1.Settings="9600,n,8,1",9600为串行通信波特率,必须与PLC的波特率相同,否则接收信息会出错。其发送接收的代码为:
Buffer$=MSComm1.Input,接收数据;
MSComm1.Output=Buffer,发送数据;
由于篇幅所限,以上只给出了最主要的属性及代码。
(2)计算机所带串口为RS-232,考虑到RS-232的通信距离较短,RS-485的通信距离较长,而计算机和单片机系统相距较远,所以需要一个RS-232转RS-485的接口。
(3)单片机系统在串行通信时遵循MODBUS协议,所以计算机处也应遵循MODBUS协议。这需要用VB代码编写出该协议。该协议格式为:
数据读出命令(由主机发出)
1字节1字节2字节2字节2字节
站号03H数据存放的首地址要读出数据的字数出错检查
读出命令的应答(由单片机系统返回)
1字节1字节1字节2~12字节2字节
站号03H返回数据字节计数读出数据出错检查
单字数据写入命令
1字节1字节2字节2字节2字节
站号06H数据存放的地址要写入的数据出错检查
数据写入命令的应答同写入命令。
总结
提高温室大棚的自动化水平对农民的生产生活有着重要的意义:
1可以解放农民的劳动力。实现了自动化,就是要代替原来的人工作业。温室大棚的温度湿度,对蔬菜种植和生长起着至关重要的作用。以往传统农村的做法是温度湿度都靠人工测量,每天都要定时的多次的测量,并且每家的温室大棚不止一个,增加了劳动的负担。如果实现了温室大棚的温度湿度自动测控,就可以减轻农民的劳动负担。
2温室大棚的温度湿度自动测控系统提供的数据更准确。农民在大棚中使用的温度表湿度表一般是很普通的很便宜的,再加之农民本身的文化程度良莠不齐,所以靠人工读取温度表湿度表的数值不够准确。相比之下,自动测控系统所使用的温度湿度传感器的测量数值会更准确。
3温室大棚的温度湿度自动测控系统可以从容应对突发的事件。如果突然天降大雨、大雪、冰雹事件,会使大棚内的温度骤降,农民来不及到大棚测量温湿度,可能会影响农作物的生长。有了自动测控系统之后,就可以实时的测量温湿度数值并作出及时的反应。
4对发展乡村旅游业能起到一定的促进作用。温室大棚的温度湿度自动测控系统能增加温室大棚的现代化气息,这种现代化气息可以吸引游客到农村旅游。比如秦皇岛北戴河集发生态观光园就是一个很好的范例。这种现代化特色和乡土特色相结合的产物,对城市旅游者来说是很有吸引力的。
温湿度智能监测调节系统 篇11
温湿度智能监测调节系统采用STC89C52型号的单片机,配合(DHT)此系列智能化湿度/温度传感与GSM模块结合。此系统拥有设置上下限阀值自动调节温湿度功能。当系统在自动调节温湿度无效时,并且超过设置的温湿度安全值系统会自动发送报警信息到预先设定好的GSM模块上,将警报信息呈现到指定手机屏幕,使得接收人迅速了解实时情况。例如高压部门,为了防止空气湿度过大造成危害,就会用控制器跟加热器一起,给空气除湿;一些蔬菜大棚,机房等等运用此系统会大大降低人工成本来监测温度并且可以实现自动调节温湿度。由于其体积较小、功能多、并且价格低廉,所以其仍有很大发展空间,能够在很多领域得到应用。
1 设计的实现的两大功能
1.1 温湿度的测量与控制
DHT11采用电阻式感湿元件+NTC测温元件并且有专用温湿度传感技术和数字模块采集技术,这两种技术对使用的稳定性和可靠性就会有很好的保障,拥有体积小、响应时间短、处理速度快、价格低和抗干扰能力强等优点。系统运用DHT11数字传感器对周围环境进行温度与湿度数据的收集,实现对温湿度的智能监测调节。温湿度传感器对采集到的数据进行处理,通过单片机对外围电路的控制并且可通过按键设定温度及湿度的正常范围。当超出温度上限或湿度上限要求系统自动打开降温除湿装置;如果温度或湿度低于设定上限的阀值,要求系统能够自动打开加热、加湿设备从而达到对周围温湿度的控制。
1.2 GSM远程报警
此系统采用华为的GSM模块GTM900。单片机将实现设定好的短信通过AT指令讲短信传递给指定手机号码上。
2 系统电路的设计
2.1 最小系统电路
最小系统电路是整个系统的控制中心,有着极其重要的地位,可以保持整个系统的正常运行。单片机最小系统电路主要有STC89C52单片机、复位电路以及晶振电路组成。复位电路分为通电复位与按键复位。当系统运行中出现程序跑飞或发生死循环,此时复位电路起到的作用相当于系统重启。通电复位就是通电时,电容两端相当于短路,因此RST引脚为高电,当电源通电对电容充电,RST端电压逐渐降低,当降低到某个值时达到低电平。此时单片机正常工作。按键复位为当按下复位按钮时,电容开始放电,RST引脚变成高电平从而达到“系统重启”作用。晶振的选择为11.0592M,其目的是为了方便单片机周期的计算。
2.2 信号采集
湿度传感器是采用DHT11单总线数字型传感器,是一种智能的新型温湿度传感器。该传感器将温度、湿度传感器;信号调理;数字变换;数字校准全部集成到体积极小的芯片当中,利用它可以同时测量目标对象的温度和湿度,并实现数字式输出。内部结构主要包括了相对湿度传感器、放大器、14位A/D转换器、校准存储器、状态寄存器、单总线接口、控制单元、加热器及低电压检测电路。该传感器的测量原理是首先利用温湿度传感器分别产生相对湿度或温度的信号,然后经过放大,分别送至A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错,最后通过单总线接口将相对湿度或温度的数据送至微控器。
3 执行系统的设计
3.1 人机接口键盘输入电路设计
对于温湿度智能监测调节系统其温度控制范围可通过按键设置。首先设定K1为进入温湿度调整界面;设定K2为切换温湿度选项键;K3为增加需要数值功能功能;K4为减少需要数值功能。按下K1键系统将进入湿度控制范围调整界面,此时通过按键K3和K4进行相应的加减调整。当温湿度的范围设定好以后,按下K1键恢复到主屏幕并用LCD1602液晶屏显示当前温度与湿度的范围。
3.2 系统报警部分电路设计
当温湿度智能监测调节系统失控时测量温度超过预设范围,并且超过在单片机内部设置的安全值时,蜂鸣器会启动报警功能。有绿色电路板的是无源蜂鸣器,没有电路板而用黑胶封闭的是有源蜂鸣器,此系统运用的是有源蜂鸣器,是一种一体化结构的电子讯响器。因为里面多个震荡电路,所以有源蜂鸣器往往比无源的贵,但是因为程序控制方便决定了其市场地位。在电路中利用一个三极管来进行电流的放大来驱动单片机的I/O使得蜂鸣器正常工作。软件的设计方法:I/O口的电平实现翻转一次,当蜂鸣器不需要工作的时候,将I/O口的电平变为低电平。蜂鸣器不工作时将I/O口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。
3.3 加热及降温除湿电路设计
当外界环境的温度或者湿度超过预设的需要范围时,单片机会相应的启动加热/降温、加湿/除湿的功能。此系统通过单片机控制四个LED灯的开关来模拟这几种动作。
3.4 GSM部分实现
通讯模块采用华为GTM900,功能说明:<-106dBm正常工作温度:-20°C～+70°C。电源电压:3.3V～4.8V(推荐值3.8V)。协议兼容GSM/GPRS Phase2/2+支持华为GT800协议。可以提供两种格式,使用较为简单的TEXT格式,其优点可以不用编码。因为其模块原始格式为PDU,所以要把模块转换为TEXT的工作状态:AT+CMGF=1;如果想再切换到PDU模式,使用:AT+CMGF=0,用简单的AT命令即可完成操作。当达到单片机内部设定的安全阀值时,温湿度智能监测调节系统会自动将预设在单片机内部的报警短信发送到设定的号码上,使得接收人迅速了解情况。
4 结语
此系统设计与我们的生活息息相关,经过对环境的测试,在正常温度范围内,系统显示正常的示数,当环境温湿度超过一定值时会自动启动相应设备,在超过某个值时,系统的蜂鸣器发出报警声,实现温湿度监控与自动控制。本设计采用数字式温湿度传感器DHT11构建环境参数采集系统,使测试系统具有更好的可靠性和精度。而且在硬件电路设计上更加简洁,不需要太多的外围电路,降低了电路设计要求,使得系统有较高的稳定性与合理性。
参考文献
[1]徐恕宏.传感器原理及其设计基础.北京:机械工业出版社,1988.30-45.
[2]李广第.单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社,1995,33-64.
[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京:电子工业出版社,1 999,21-46.
[4]栾桂冬,张金铎,金欢阳.传感器及其应用.西安:西安电子科技大学出版社,2002,56-70.