一种室内空间氧气和湿度的控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种室内空间氧气和湿度的控制装置，属于新能源技术应用、空气循环技术应用领域。该装置包括，传感器模块，控制模块，系统供电模块，PEM电解池。其中传感器模块包含氧气传感器和温湿度传感器。氧气传感器的输出端与单片机连接并传输当前的氧气浓度信号，温湿度传感器用于采集环境中的温湿度信息并传输至单片机；控制模块包括PWM转电压模块和单片机，单片机接收来自氧气传感器的氧气浓度信号，计算环境所需的产氧速率，并通过PD自整定的方式来控制PWM转电压模块的输出电压。本发明专利技术通过对质子交换膜燃料电池的电解电压进行精确控制，达到控制室内或者封闭场景中氧气浓度和湿度，减少空调系统外循环的比例，从而实现节能减排的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种室内空间氧气和湿度的控制装置
本专利技术属于电解水技术、空气循环
，涉及一种室内空间氧气和湿度的控制装置。
技术介绍
为保持室内空气含氧浓度最主要的方式就是保持良好通风，但也受诸多条件制约，如：雾霾天气、下雨天等都不适宜开窗；另一方面北方寒冷和干燥，人们也很少会开窗通风。这都会导致室内氧含量下降、二氧化碳浓度急剧升高，对人类的身体健康造成极大的影响。目前市面上中高端的空调产品均带有换气功能，即通过通气管将室外的新鲜空气吸进室内使室内空气保持清新，耗电量巨大同时影响制热/制冷效果。因此有必要提出一种清洁低能耗的室内氧气浓度和湿度维持系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供室内空间氧气和湿度的控制装置，从而满足空气在内循环的状态下保持空气的清洁度、维持室内合理湿度和节能减排的目的。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种室内空间氧气和湿度的控制装置，该装置包括，系统供电模块，传感器模块，控制模块，电解供电模块，PEM(ProtonExchangeMembrane)电解池，加湿器，储气装置和燃料电池；所述控制模块包括单片机和PWM控制的电解电压控制模块；所述传感器模块包含氧气传感器和温湿度传感器，所述温湿度传感器用于采集环境中的温湿度信息并传输至所述单片机；当所述温湿度传感器采集到的湿度信息低于设置阀值时，所述单片机控制所述加湿器对环境的湿度进行调节，所述单片机接收来自所述氧气传感器的氧气浓度信号，计算环境所需的产氧速率，并通过PD自整定的方式来控制所述PWM电解电压控制模块的输出电压；所述PWM电解电压控制模块输出端与所述PEM电解池连接；所述储气装置用于储存所述PEM电解池电解出的氢气，收集的氢气作为所述燃料电池的燃料，所述燃料电池用于将氢能转化为电能；所述PEM电解池电解出的氧气用于调节环境中的氧气浓度；所述系统供电模块由DC/DC或AC/DC变换器构成，用于将电源电压降压后给所述单片机供电用于将电源电压降压后给整个系统供电。进一步，还包括潜水泵和继电器构成的水循环子系统。进一步，所述氧气传感器的数量至少为2，分别设置在环境中的不同位置。进一步，还包括显示屏，用于显示PEM电解池的电解电压、氧浓度、温湿度、加湿器的工作状态以及潜水泵构成的水循环子系统的工作状态。进一步，所述计算环境所需的产氧速率，并通过PD自整定的方式来控制所述PWM转电压模块的输出电压具体步骤如下：S1：计算环境中的空气体积；S2：设定环境中的理想氧浓度值；S3：获取环境的氧浓度；S4：获取环境的温湿度；S5：通过PEM电解池电压计算电解电流；S6：根据环境的氧浓度和理想氧浓度拟合所需产氧速率方程；S7：根据所述产氧速率方程拟合产氧速率—电解电压拟合方程；S8：根据所述产氧速率—电解电压拟合方程来控制所述PWM转电压模块的输出电压。进一步，步骤S6中，所述产氧速率方程为：其中，为经过时间t生产的氧气体积，T为环境温度，P0为标准大气压，P为所在地区气压，I为电解电流，F＝eN为9.65×104C·mol-1。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过对质子交换膜燃料电池的电解电压进行精确控制，使得在室内或者封闭场景中可以实现空气内循环的氧气浓度的控制从而实现了保持密闭空间内空气清洁的目的，大大改善了当前通过换气功能来保持空气清洁高能耗，同时影响制冷或制热效果的技术缺陷。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术室内空间氧气和湿度的控制装置的系统图；图2为本专利技术室内空间氧气和湿度的控制装置的程序流程图；图3为本专利技术实施例的室内三维布置图；图4为本专利技术实施例的单个PEM电解池电解电压与产氧速率关系图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为本专利技术的系统图。本专利技术的室内空间氧气和湿度的控制装置，系统供电模块，传感器模块，控制模块，电解供电模块，PEM(ProtonExchangeMembrane)电解池，储气装置和燃料电池；控制模块包括单片机和PWM控制的电解电压控制模块；传感器模块包含氧气传感器和温湿度传感器，温湿度传感器用于采集环境中的温湿度信息并传输至单片机；单片机接收来自氧气传感器的氧气浓度信号，计算环境所需的产氧速率，并通过PD自整定的方式来控制PWM转电压模块的输出电压；PWM转电压模块输出端与PEM电解池连接；PEM电解池电解出的氧气用于调节环境中的氧气浓度；系统供电模块由DC/DC(分布式新能源系统供电)或AC/DC(网电供电)变换器构成，用于将电源电压降压后给整个系统供电。本专利技术还包括燃料电池发电系统，包含储气装置和燃料电池，储气装置用于储存PEM电解池电解出的氢气。收集的氢气作为燃料电池移动电源系统的燃料，燃料电池用于将氢能转化为电能，氢气作为一种清洁能源，在燃烧时只产生水，不会产生其他有害物质，可以实现碳的零排放。本专利技术还包括继电器和潜水泵构成的水循环，继电器与潜水泵连接，继电器的分合受单片机控制。本专利技术还包括加湿系统，由继电器和加湿器组成，当温湿度传感器采集到的湿度信息低于设置阀值时，单片机控制加湿器对环境的湿度进行调节。PWM转电压模块的输出电压可由PWM控制信号来决定。本专利技术中的PWM信号的频率与占空比通过设定Atmega328单片机中的timer定时计数器来调节，timer控制引脚OC0A和OC0B，通过配置TCCR0x、TIMSKx、TCNTx等寄存器，如图1可从单片机上的5、6引脚得到不同频率和占空比的PWM信号。PWM转电压模块上的EN端口置高电平使能后，接收来自单片机的PWM控制信号，使P3、P4接口可以输出不同的电压，达到PEM电解池的电解电压可调节，从而调节氧气生成速率目的。本专利技术中加入了反馈机制，将PEM电解池的工作电流通过串入电阻转化为电压信号反馈给单片机，同时程序中设置了一个PD控制器专门负责调整PWM信号的输出，通过增减PWM信号的占空比来使电压输出能达到所需的理想值，PD控制器也更有利于使PWM信号占空比的调整能迅速收敛并稳定，获得理想的电解电压。如图1所示，本专利技术实施例的供电方案为24V直流电源通过DC/DC转换器降压至9V接到单片机的Vin引脚实现单片机外部供电，并给加湿器供电，再通过另一个DC/DC转化器降压至3.5V给潜水泵供电，PWM转电压模块与氧气传感器均直接由24V直流电源供电，电解池由PWM转电压模块供电。温湿度传感器、PWM转电压模块的控制电源、继电器模块的控制电源均由单片机提供，单片机可作为5V直流电源供电，同时传感器、控制模块必须与单片机共地。控制与接线方案，PWM转电压模块上的ENA、ENB引脚分别接到单片机的2、3引脚，将引脚2、3置高电平，使能电解池A和B。IN1、IN2引脚分别接到单片机的5、4引脚，其中引脚4常置低电平，引脚5作为PWM控制信号的输出端口，控制接口P4的输出电压值，从而实现电解池A输入电压控制。IN3、IN4引脚分别接到单片机的6、7引脚，其中引脚7常置低电平，引脚6作为PWM控制信号的输出端口，控制接口P3的输出电压值，从而实现电解池B输入电压控制。两个氧气传感器分别接到单片机的A0、A1引脚上。氧气传感器的输出信号为电流模拟信号，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内空间氧气和湿度的控制装置，其特征在于：该装置包括，系统供电模块，传感器模块，控制模块，电解供电模块，PEM(Proton Exchange Membrane)电解池，加湿器，储气装置和燃料电池；所述控制模块包括单片机和PWM控制的电解电压控制模块；所述传感器模块包含氧气传感器和温湿度传感器，所述温湿度传感器用于采集环境中的温湿度信息并传输至所述单片机；当所述温湿度传感器采集到的湿度信息低于设置阀值时，所述单片机控制所述加湿器对环境的湿度进行调节，所述单片机接收来自所述氧气传感器的氧气浓度信号，计算环境所需的产氧速率，并通过PD自整定的方式来控制所述PWM电解电压控制模块的输出电压；所述PWM电解电压控制模块输出端与所述PEM电解池连接；所述储气装置用于储存所述PEM电解池电解出的氢气，收集的氢气作为所述燃料电池的燃料，所述燃料电池用于将氢能转化为电能；所述PEM电解池电解出的氧气用于调节环境中的氧气浓度；所述系统供电模块由DC/DC或AC/DC变换器构成，用于将电源电压降压后给所述单片机供电用于将电源电压降压后给整个系统供电。

【技术特征摘要】
1.一种室内空间氧气和湿度的控制装置，其特征在于：该装置包括，系统供电模块，传感器模块，控制模块，电解供电模块，PEM(ProtonExchangeMembrane)电解池，加湿器，储气装置和燃料电池；所述控制模块包括单片机和PWM控制的电解电压控制模块；所述传感器模块包含氧气传感器和温湿度传感器，所述温湿度传感器用于采集环境中的温湿度信息并传输至所述单片机；当所述温湿度传感器采集到的湿度信息低于设置阀值时，所述单片机控制所述加湿器对环境的湿度进行调节，所述单片机接收来自所述氧气传感器的氧气浓度信号，计算环境所需的产氧速率，并通过PD自整定的方式来控制所述PWM电解电压控制模块的输出电压；所述PWM电解电压控制模块输出端与所述PEM电解池连接；所述储气装置用于储存所述PEM电解池电解出的氢气，收集的氢气作为所述燃料电池的燃料，所述燃料电池用于将氢能转化为电能；所述PEM电解池电解出的氧气用于调节环境中的氧气浓度；所述系统供电模块由DC/DC或AC/DC变换器构成，用于将电源电压降压后给所述单片机供电用于将电源电压降压后给整个系统供电。2.根据权利要求1所述的一种室内空间氧气和湿度的控制装置，其特征在于：还包括潜水泵和继电器构成的水循环子系统。3.根据权利要求1所述的一种室内空间氧气和湿度的控制装置，其特征在于：所述氧气传...

【专利技术属性】
技术研发人员：张财志，马荣鸿，李清坤，李栋军，何洋，尹星，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50