基于虚拟仪器的湿冷保鲜库监测仪（上）

张锋 （华南理工大学机械学院  中国 广州  510640） 摘要  本文详细介绍了一种基于虚拟仪器的湿冷保鲜库中温度湿度臭氧浓度监测仪的设计应用。湿冷保鲜技术是一项新型果蔬花卉保鲜技术，它具有安全方便节能等优点；虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程方法，代表测量仪器和自动测控系统的发展方向，该监测仪是两种新型技术的结合应用，具有较大的应用发展空间。 关键词  保鲜  虚拟仪器  湿冷库  监测仪 The Monitor Based on Virtual Instrument for the Clammy Refrigerator to Keep Fresh Feng Zhang   （Mechanical College South China University of Technology  Guangzhou City China ） Abstract  The paper presents in detail the design and implementation of a monitor based on virtual instrument, which can be used to control the temperature, humidity and concentration of O3 in the clammy refrigerator. And it is a new technology to keep fresh for vegetables, fruits and flowers, which has been used widely for its security, convenience and saving of power. The VI(virtual instrument) technology represents the development direction of the measurement and automation . The monitor is developed from both of them, which will have a bright future. Key words: Keep Fresh   Virtual Instrument   Clammy Refrigerator   Monitor 1 前言： 目前，食品安全问题日益引起大众关注，在对新鲜果蔬的品种、数量和品质都提出更高的要求同时，人们也对贮藏中长期采用的化学合成保鲜剂的食品安全性提出质疑。湿冷贮藏保鲜，作为一种物理保鲜方法，由于储存果蔬安全，而且冷却速度快耗能小，可以免除冷库的加湿和除霜作业，具有预冷处理和保鲜贮藏双重功能等独特优势而逐步得到重视。很明显，这种保鲜技术的关键是保证冷库内合适的温度、湿度和必要的臭氧浓度。虚拟仪器(VI - Virtual Instrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户通过友好的图形化操作界面来使用计算机完成测控任务，就像操作自己定义、自己设计的测控仪器一样，可以高效的完成对被测对象的数据采集、分析、判断、结果显示、数据存储等。虚拟仪器技术是自动化测量监控技术的最新发展，本监测仪利用虚拟仪器技术对湿冷保鲜库里的温度湿度及臭氧浓度参数自动监测，这是对一种新型测控方法的尝试。 2 系统原理 湿冷技术是在机械制冷技术基础上发展起来的一项新型技术。它通过机械制冰降低温度的方法，获取低温的冰水经过混合换热器，让冰水与库内空气进行热交换，得到接近冰点温度的高湿空气来冷却果蔬。它能把果蔬快速冷却到贮藏温度，并维持在该温度，同时结合臭氧的协同作用，使果蔬处于低温高湿环境中，又不会受到霉菌的危害。可以看出，上述过程中不仅存在着物质流，能量流，还存在着信息流，温度、湿度和臭氧浓度三个参数的变化正是湿冷库中信息流的关键，因此，分别利用温度、湿度和臭氧浓度传感器或检测仪获取相应信号，并把这些信号进行传输，处理，显示和储存构成了本测控系统的原理。 3 系统介绍 虚拟仪器有硬件部分和软件部分组成，本系统中硬件部分主要有温度传感器、湿度检测仪和臭氧浓度检测仪，数据采集卡，普通个人计算机等组成，软件部分采用美国国家仪器公司的Labview 7 EXPRESS学生版编制而成，下面对其进行详细介绍。 3.1 硬件部分 3.1.1温度传感器 温度传感器，用来检测冷库里的温度，并将其转化成电压信号，通过数据采集卡（PCI-6014）的模拟信号输入通道进入计算机，计算机只能处理数字信号，数据采集卡必须对其进行模拟量转换为数字量（A/D转换）。由于在温度变化的过程中，温度传感器的电阻会有相应的改变，而给温度传感器提供一个恒定的电流，随着电阻的改变，温度传感器两端的电压发生改变，由此确定温度的变化。恒流源的电路如图1所示。

图1： 恒流源原理图

  输出电流的大小可以通过电位器来调节。由于数据采集卡的模拟输入输出范围为-10V~ 10V，为使数据采集卡的模拟输入端电压不超过10V，此电路的输出电流必须小于2.5mA。为了便于计算，把恒流源输出电流控制为2mA。   测控系统设定了温度变化的最高最低数值，当温度的变化超过设定极限时，需要计算机自动输出一个电压信号来控制继电器的吸合和断开，这个电压信号也是有数据采集卡输出的，由于带负载能力有限，需要一个将低功率转化成较高功率的触发控制电路，通过它控制继电器的吸合和断开，以达到计算机的自动控制温度变化，触发控制电路图如图2所示。

图2：温度触发控制电路

3.1.2湿度测控仪       湿度测控仪采用新颖的半导体陶瓷湿敏元件，将传感器、线性回归处理和A/D转换技术融为一体，从原理上根本解决了空气中水分的准确测量。其原理框图如图3所示。MSC307半导体陶瓷湿敏器件的主要技术指标是：工作环境0℃--45℃,相对湿度≤90 ％RH；连续工作；控湿精度≤5 ％RH;功耗≤0.5W。

图3：湿度测控仪的原理框图

3.1.3臭氧检测仪   臭氧检测仪采用臭氧传感器，在测量过程中被测量的O3气体扩散透过多孔的膜，在其电极上发生反应产生电流。这一电流与O3浓度成正比。可实时检测环境空气中的臭氧浓度。臭氧检测仪必须具有精度高、响应快、准确性好、抗干扰、耐腐蚀等特点。BF2-CPR系列远臭氧监控仪的主要技术指标如下：检测范围：0-100ppm 时，分辨率：0.1ppm；工作温度：-20℃－ 50℃；精度：�1%F.S。