一种水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统，以ARM为控制芯片，包括有温度传感器变送电路、相对湿度传感器驱动电路、半导体制冷片控制电路、散热风机控制电路、制冷风机控制电路、水泵控制电路、显示屏驱动电路、提示电路、按键控制电路、电源转换电路，实现控制系统触屏控制、控温对象选择、制冷片PID控制、水泵PID控制、散热风机分级控制、冷端风机分级控制、箱内温度场检测控制、箱内湿度检测功能、警报功能设置。本发明专利技术克服了现有半导体制冷保鲜箱控制系统控制粗放、能耗高、温度超调大、温差大等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统
本专利技术涉及果蔬保鲜贮运的
，尤其是指一种水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统。
技术介绍
我国是果蔬贮运过程中，控制温度是最有效的方法。保鲜环境温度每升高10℃，果蔬的生理反应增长2～3倍。国内缺乏针对果蔬运输进行装备优化，同时由于冷藏会产生能耗，增加贮运成本，果蔬冷链过程中经常会发生断冷现象。国内普遍采用的开-关式的控制方法，温度控制粗放，超调量大，温度波动大，能耗高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制冷量可控、温度可控、温度波动小、低能耗的水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统，以ARM为控制芯片，按照控制系统流程实现控制系统触屏控制、温控对象选择、半导体制冷片PID控制、水泵PID控制、散热风机分级控制、冷端风机分级控制、箱内温度场检测控制、箱内湿度检测功能、警报功能设置；包括有：温度传感器变送电路，用于采集保鲜箱的冷端温度、热端温度、箱内前部温度、箱内后部温度以及环境温度信号，变送为电压模拟信号，传递给ADC，实现ARM控制芯片与传感器信号采集；相对湿度传感器驱动电路，为SHT15温湿度一体数字传感器驱动电路，用于获得箱内相对湿度信息，实现ARM控制芯片与传感器通讯；半导体制冷片控制电路，为4路由MOS管开关组成的半导体制冷片PWM变频控制电路，用于实现半导体制冷片变频调控；散热风机控制电路，为2路由MOS管开关组成的散热风机PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的散热风机风速控制；制冷风机控制电路，为1路由MOS管开关组成的冷端风机PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的冷端风机风速控制；水泵控制电路，为1路由MOS管开关组成的水泵PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的热端水泵流量控制；显示屏驱动电路，为工业串口触摸控制屏驱动电路，用于实现屏幕与ARM控制芯片通信与控制；提示电路，用于实现对提示灯与蜂鸣器控制，进而实现工作状态、警示信息提示；按键控制电路，为三路按键驱动电路，分别实现亮屏、故障音消除、复位功能；电源转换电路，为ARM、ADC、执行机构供电。所述控制系统流程为开始程序后创建新线程，进入ADC线程获取温度信息，各部件工况；进入温度控制线程，控制执行机构，调控温度；进入串口发送线程，与串口屏进行信息交换；将数据压入发型列表线程；进入SHT湿度传感器线程，获取相对湿度信息，形成循环；所述温度控制线程是判断控制对象为箱内温度还是冷端温度；半导体制冷片进行PID控制；水泵进行PID控制；热端温度与环境温度差进行分级，确定散热风机风速等级；去控制对象与目标温度差值分级，得出冷端分级风速等级参数；箱内前后温度差值分析，得出冷端分级风速等级参数；对比分级等级参数，选取高风速等级；根据参数控制保鲜箱的水泵、散热风机、冷端风机；所述控制系统触摸屏控制，指控制系统设置的3个界面，分别是默认控制界面、自动控制界面、手动控制界面,；所述默认控制界面，提供并显示常用果蔬贮藏参数，用户能直接在该界面选择所需贮运果蔬，系统自动运行进行保鲜；所述自动控制界面，用户能根据自己的需要选择所要控制温度，系统会自动运行控制进行保鲜，并控制在用户所需温度，界面中还能观测到箱内平均温度、环境温度、箱内相对湿度、运输总时间以及半导体制冷片、水泵、散热风机、制冷风机工作状态；所述手动控制界面能调整半导体制冷片、水泵、散热风机、冷端风机工作状态，同时界面中还能观测到箱内平均温度、环境温度、箱内相对湿度、运输总时间以及半导体制冷片、水泵、散热风机、制冷风机工作状态；所述温控对象选择，指检测箱内温度平均值与目标温度相差大于1℃，半导体制冷片PID控制以箱内温度平均值为控制对象，当温差小于1℃，半导体制冷片PID控制以冷端温度为控制对象，从而减小由于箱内温度调控的时滞造成温度控制超调；所述半导体制冷片PID控制，指制冷过程中，系统检测箱内温度或者冷端温度进行PID变频调控，根据控制对象与箱内温度差值，采用PID算法控制半导体制冷片供电PWM频率；所述水泵PID控制，指制冷过程中，系统检测热端温度以及环境温度进行PID调控，根据热端温度距环境温度差值，采用PID算法控制水泵供电PWM频率；所述散热风机分级控制，指制冷过程中，系统检测热端温度以及环境温度，进行分级调控，热端温度与环境温度差分为4级，散热风机风速分为4级，对应温度差级用对应风速；所述冷端风机分级控制，指制冷过程中，系统检测箱内温度、冷端温度，求冷端温度差进行分级调控，冷端温度与箱内温度差分为4级，冷端风机风速分为4级，对应温度差级用对应风速；所述箱内前后温度检测控制，指系统检测箱内前后温度，评定箱内温度场均匀性，但温差过大，温度差分为4级，冷端风机风速分为4级，对应温度差级用对应风速，前后温度检测控制与冷端风机分级控制冲突时选取高风速级；所述箱内湿度检测功能，指检测箱内相对湿度，相对湿度通过系统界面提示，当相对湿度过低，蜂鸣器将会提示；所述警报功能，指当系统异常或热端温度过高、箱内温度过低，系统将会通过蜂鸣器做警报。所述温度传感器变送电路，为温度传感器pt100变送电路，将保鲜箱的冷端温度传感器、热端温度传感器、箱内前部温度传感器、箱内后部温度传感器及环境温度传感器测得所在位置温度，经ADC变送，实现ARM控制芯片与传感器信号采集。所述提示电路包括LED提示灯及蜂鸣器驱动放大电路。所述电源转换电路为宽电压输入转换电路，实现将8-58V直流电压降压为保鲜箱的单片机工作所需的3.3V电压，以及ADC所需的3.3V电压，同时通过升压或降压输出12V直流电，实现保鲜箱的半导体制冷片及其它执行机构供电。所述保鲜箱由保鲜箱体、冷端风机、冷端散热片、半导体制冷片、冷端温度传感器、热端温度传感器、箱内前部温度传感器、箱内后部温度传感器、环境温度传感器、相对湿度传感器、水冷热交换头、水管、水冷散热器、散热风机、热端水泵、水箱组成。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术选取5个温度传感器监控冷端温度、热端温度、箱内前部温度、环境温度、箱内后部温度，提高箱体工作状态监测准确度，提高控温精确性。2、本专利技术以ARM为控制芯片，具有更高的工作速度与可拓展性能，增加保鲜箱功能，增强保鲜箱保鲜能力。3、本专利技术采用MOS管开关开关结构实现半导体制冷片、热端风机、水泵、冷端风机的变频调控。4、本专利技术用SHT15温湿度一体数字传感器，实现箱内相对湿度监控。5、本专利技术对半导体制冷片采用PID变频调控，减少系统超调，增强系统稳定性，减少能耗。6、本专利技术对散热风机以及冷端风机采取分级控制的方式，控制冷端温度以及热端温度，进一步减少系统能耗，运输经济性。7、本专利技术检测前后温差控制冷端风机，并与冷端风机分级调控，进行优先级处理，重点提高果蔬运输品质，提高果蔬商品价值。8、本专利技术具有报警功能，避免因系统异常以及零件损坏造成运输果蔬的损失。9、本专利技术温度调控分正常与微调模式，减少控制对象时滞系统的影响，提高控制准确性，减小运输箱体内温度超调。10、本专利技术采用实时系统程序，进行多线程控制，保证高效，准确。11、本专利技术采用温度控制线程确定半导体制冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统，其特征在于，以ARM为控制芯片，按照控制系统流程实现控制系统触屏控制、温控对象选择、半导体制冷片PID控制、水泵PID控制、散热风机分级控制、冷端风机分级控制、箱内温度场检测控制、箱内湿度检测功能、警报功能设置；包括有：温度传感器变送电路，用于采集保鲜箱的冷端温度、热端温度、箱内前部温度、箱内后部温度以及环境温度信号，变送为电压模拟信号，传递给ADC，实现ARM控制芯片与传感器信号采集；相对湿度传感器驱动电路，为SHT15温湿度一体数字传感器驱动电路，用于获得箱内相对湿度信息，实现ARM控制芯片与传感器通讯；半导体制冷片控制电路，为4路由MOS管开关组成的半导体制冷片PWM变频控制电路，用于实现半导体制冷片变频调控；散热风机控制电路，为2路由MOS管开关组成的散热风机PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的散热风机风速控制；制冷风机控制电路，为1路由MOS管开关组成的冷端风机PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的冷端风机风速控制；水泵控制电路，为1路由MOS管开关组成的水泵PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的热端水泵流量控制；显示屏驱动电路，为工业串口触摸控制屏驱动电路，用于实现屏幕与ARM控制芯片通信与控制；提示电路，用于实现对提示灯与蜂鸣器控制，进而实现工作状态、警示信息提示；按键控制电路，为3路按键驱动电路，分别实现亮屏、故障音消除、复位功能；电源转换电路，为ARM、ADC、执行机构供电。...

【技术特征摘要】
1.一种水冷式半导体制冷果蔬保鲜箱变频控制系统，其特征在于，以ARM为控制芯片，按照控制系统流程实现控制系统触屏控制、温控对象选择、半导体制冷片PID控制、水泵PID控制、散热风机分级控制、冷端风机分级控制、箱内温度场检测控制、箱内湿度检测功能、警报功能设置；包括有：温度传感器变送电路，用于采集保鲜箱的冷端温度、热端温度、箱内前部温度、箱内后部温度以及环境温度信号，变送为电压模拟信号，传递给ADC，实现ARM控制芯片与传感器信号采集；相对湿度传感器驱动电路，为SHT15温湿度一体数字传感器驱动电路，用于获得箱内相对湿度信息，实现ARM控制芯片与传感器通讯；半导体制冷片控制电路，为4路由MOS管开关组成的半导体制冷片PWM变频控制电路，用于实现半导体制冷片变频调控；散热风机控制电路，为2路由MOS管开关组成的散热风机PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的散热风机风速控制；制冷风机控制电路，为1路由MOS管开关组成的冷端风机PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的冷端风机风速控制；水泵控制电路，为1路由MOS管开关组成的水泵PWM变频控制电路，用于实现保鲜箱的热端水泵流量控制；显示屏驱动电路，为工业串口触摸控制屏驱动电路，用于实现屏幕与ARM控制芯片通信与控制；提示电路，用于实现对提示灯与蜂鸣器控制，进而实现工作状态、警示信息提示；按键控制电路，为3路按键驱动电路，分别实现亮屏、故障音消除、复位功能；电源转换电路，为ARM、ADC、执行机构供电；其中，所述控制系统流程为开始程序后创建新线程，进入ADC线程获取温度信息，各部件工况；进入温度控制线程，控制执行机构，调控温度；进入串口发送线程，与串口屏进行信息交换；将数据压入发型列表线程；进入SHT湿度传感器线程，获取相对湿度信息，形成循环；所述温度控制线程是判断控制对象为箱内温度还是冷端温度；半导体制冷片进行PID控制；水泵进行PID控制；热端温度与环境温度差进行分级，确定散热风机风速等级；去控制对象与目标温度差值分级，得出冷端分级风速等级参数；箱内前后温度差值分析，得出冷端分级风速等级参数；对比分级等级参数，选取高风速等级；根据参数控制保鲜箱的水泵、散热风机、冷端风机；所述控制系统触摸屏控制，指控制系统设置的3个界面，分别是默认控制界面、自动控制界面、手动控制界面；所述默认控制界面，提供并显示常用果蔬贮藏参数，用户能直接在该界面选择所需贮运果蔬，系统自动运行进行保鲜；所述自动控制界面，用户能根据自己的需要选择所要控制温度，系统会自动运行控制进行保鲜，并控制在用户所需温度，界面中还能观测到箱内平均温度、环境温度、箱内相对湿度、运输总时间以及半导体制冷片、水泵、散热风机、制冷风机工作状态；所述手动控制界面能调整半导体制冷片、水泵、散热风机、冷端风机工作状态，同时界面中还能观测到箱内...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆华忠，赵俊宏，吕恩利，曾志雄，郭嘉明，邱全胜，王亚娟，杨径，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44