基于太陽能制冷的車載溫度控制系統(tǒng)的設計

劉芳

摘要：武漢家事易農(nóng)業(yè)科技有限公司作為政府菜籃子工程的新型配送模式在湖北武漢已經(jīng)廣泛應用，在生鮮食品的運輸和儲存中，合適的溫度對蔬菜保鮮起著關鍵性作用。該系統(tǒng)由太陽能集熱器及制冷系統(tǒng)、無線數(shù)字溫度傳感器、CC2530無線通信模塊、電磁閥、PID溫控模塊、單片機處理模塊、輸入顯示模塊和報警系統(tǒng)組成，用太陽能吸收式制冷方式降溫，采用ZigBee網(wǎng)絡的無線通信方式，溫度算法采用參數(shù)模糊PID控制算法，整個系統(tǒng)操作方便，結構上易于實現(xiàn)，環(huán)保節(jié)能。

關鍵詞：車載；溫濕度；ZigBee網(wǎng)絡；太陽能

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）11-2683 -04

Abstract： Wuhan justeasy agricultural science and technology Co.Ldt is a new distribution mode of government vegetable basket project in Hubei， Wuhan has been widely used， the transportation and storage of fresh food， appropriate temperature plays a critical role in fresh vegetables. The system consists of solar collector and refrigeration system， wireless digital temperature sensor，the CC2530 wireless communication module， solenoid valve， PID control module， SCM processing module， input and display module and alarm system， using solar absorption refrigerationreal-timemonitoring system of temperature and humidity by usingZigBee network of wireless communication， temperature algorithm using fuzzy PID control algorithm the whole system structure， convenient operation， easy implement，environmental protection and energy saving.

Key words： vehicle； The temperature and humidity； ZigBee network； solar

利用電子商務和物聯(lián)網(wǎng)技術結合技術，通過現(xiàn)代化的農(nóng)產(chǎn)品流通供應鏈，實現(xiàn)家庭生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應的武漢家事易農(nóng)業(yè)科技有限公司倍受湖北省菜籃子工程的關注，溫度是保證生鮮食品的質(zhì)量和安全的關鍵所在，針對目前“家事易”武漢市場在生鮮食品的運輸和保存溫度監(jiān)控的問題，本設計將結合溫度檢測技術、自動控制技術，太陽能吸收式制冷方式來實現(xiàn)基于太陽能生鮮食品車載溫度控制系統(tǒng)。太陽能制冷是一種新型太陽再生能源，也是一種清潔、可再生能源，本設計采用太陽能吸收式制冷方式，低成本方便實現(xiàn)。

1 總體設計

1.1 系統(tǒng)方案

基于太陽能生鮮食品車載溫度控制中，溫濕度傳感器STH10實時采集車載系統(tǒng)的溫濕度，采用CC2530芯片進行無線通信，在幾百千米的范圍內(nèi)可通過中繼器路由傳遞給中央處理器，再由中央處理器控制電磁閥啟動制冷系統(tǒng)進行溫度控制[1]和報警器等執(zhí)行機構，車載濕度可用加濕器輔助控制，使車載系統(tǒng)的溫濕度保持在食品保鮮的合適溫濕度。太陽能集熱器裝在生鮮食品車載系統(tǒng)的車頂與儲熱水箱相連，當車內(nèi)溫度高于設定溫度時，電磁閥打開，啟動制冷系統(tǒng)；當溫度長時間高于某個設定值，系統(tǒng)會自動報警。ZigBee通過多跳的方式送給核心處理器件來進行溫濕度數(shù)字信息的分析處理，基于ZigBee的溫濕度系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.2 太陽能吸收式制冷設計方案

太陽能吸收式制冷即溴化鋰吸收式[2]制冷工作原理圖如圖2所示，裝在車頂?shù)奶柲芗療嵫b置先把水箱的水加熱，熱水在流經(jīng)管道時熱量被濃的溴化鋰溶液吸收，在真空環(huán)境下會迫使水在低溫下沸騰（比如5℃），低沸點的水揮發(fā)與溴化鋰分離，高溫的水蒸氣在經(jīng)過冷凝裝置后變成高壓低溫的液態(tài)水，在經(jīng)過節(jié)流閥后進入蒸發(fā)室，壓力變小，液態(tài)水急劇膨脹氣化，同時吸收蒸發(fā)室大量的熱量達到制冷的效果。水揮發(fā)后，溴化鋰濃度變濃吸水性變強，吸收大量從蒸發(fā)室流過來的水蒸氣，蒸發(fā)室內(nèi)壓力變低，稀釋后的溴化鋰溶液用一個小功率泵送回發(fā)生器進入下一個制冷循環(huán)。這種方法結構簡單，方便在車載上實現(xiàn)。

2.1 系統(tǒng)模塊的選擇和工作原理

2.1.1 數(shù)字溫度傳感器及工作原理

在生鮮食品的車載系統(tǒng)[4]中，車門、車內(nèi)、車內(nèi)三個位置設置三個不同的溫度傳感器，為了配合顯示車內(nèi)的濕度，系統(tǒng)采用溫濕度傳感器SHT10，SHT10是集成溫濕度傳感器、信號變換、A/D轉換等于一體的數(shù)字傳感器，系統(tǒng)采用ZigBee中CC2530無線通信模塊通信[5]集成了8051處理器，SHT10接入這個模塊上進行溫濕度的無線發(fā)送。

2.1.2 按鍵、顯示模塊及工作原理

在溫濕度實時監(jiān)控[5]的系統(tǒng)中，溫濕度的設置由矩陣式按鍵完成，實現(xiàn)設置、清零、改變溫濕度的值的功能；在程序運行中，通過按鍵產(chǎn)生中斷來完成設置。輸出顯示的溫度通過LCD1602點陣字符液晶顯示設置的保鮮溫濕度和實時車內(nèi)的溫度，當輸出的溫度超過設定值，通過CC2530通信模塊將報警指令無線發(fā)送給設置在配送工作人員身邊無線報警模塊。endprint

2.1.3 PID溫度控制器模塊及工作原理

溫度控制模塊[6]由PID控制電路和過零檢出電路兩部分組成，本設計采用MAXIM公司的一種標準RS-232接口芯片，+5V電源供電，該芯片集成兩路收發(fā)器，一是把單片機輸入的TTL/CMOS電平轉換為RS232電平傳送給PC機，一是從PC機接收的RS232電平轉換為TTL/CMOS電平傳送給單片機。

2.2 軟件的設計

2.2.1 系統(tǒng)溫度控制主流程圖

本設計基于ZigBee技術的無線溫度控制系統(tǒng)是以CC2430為核心，與語音報警電路及溫濕度傳感器相結合智能控制車載的溫濕度達到保鮮值，溫度升高后，通過ZigBee終端的節(jié)點把檢測的值傳到中心協(xié)調(diào)器，通過微控制器控制制冷系統(tǒng)降低車載溫度，如果長時間超過設置溫度，通過ZigBee網(wǎng)絡實現(xiàn)無線報警功能。

3 系統(tǒng)仿真

3.1 程序燒錄

上位機軟件采用Visual C++6.0進行開發(fā)，通過上位機軟件實現(xiàn)傳感器節(jié)點[8]信息在PC機上的數(shù)據(jù)的設置，顯示良好的人機界面，利用RS-232串行口實現(xiàn)中心控制節(jié)點的串行通信。ZigBee的網(wǎng)絡通信在Z-Stack協(xié)議棧[9]下，選擇“EndDevice”工程配置，對溫濕度節(jié)點終端設備燒錄程序，選擇“Router”工程配置，對中繼路由燒錄程序，選擇“Coordinator”工程配置，對中心節(jié)點協(xié)調(diào)器燒錄程序，通過串口調(diào)試助手，可以得到4輛車在不同時刻的溫濕度數(shù)據(jù)，采用周期為8s，通過串口調(diào)試助手得到實時溫濕度數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)

通過對湖北武漢市家事易生鮮食品的4輛車載系統(tǒng)的的溫濕度的檢測，實驗時間2013年6月，起發(fā)時間上午6：50，時長約兩小時，路線從黃家湖大學城發(fā)往不同的方向，每各20分鐘抽取一次4 結束語

本系統(tǒng)利用太陽能吸收式制冷方式節(jié)能環(huán)保、運行成本低，適用于溫度保持在十幾度的車載制冷保溫大系統(tǒng)，溫度控制算法采用PID控制提高精準度，CC2530 通信模塊實現(xiàn)了溫度采集到溫度制冷以及報警的無線化，方便操作，經(jīng)濟適用。

參考文獻：

[1] 馬士明，徐公傲.基于ZigBee技術的溫度采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].信息通信，2013，124（25）：4-47.

[2] 王默晗，姚易先，郝紅.淺談太陽能制冷技術的發(fā)展及應用[J].制冷與空調(diào)，2007（1）： 100-103.

[3] A True System-on-Chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee（TM）（Rev.F）. http：//focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc2430.html . 2007

[4] 梁潘霞，伍華健，趙域.物聯(lián)網(wǎng)在廣西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用現(xiàn)狀、前景分析及發(fā)展對策[J].南方農(nóng)業(yè)學報，2012，43（5）：714-717.

[5] 王建新，童官軍，楊世鳳，郭雅萌.基于模糊控制算法的溫室溫度監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].天津科技大學學報，2005，20（4）：68-72.

[6] 陶永華.新型PID控制及其應用[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2005：100-132.

[7] 黃衛(wèi)華，龍海燕，方康玲.具有加權因子的PID型模糊控制器分析及設計[J].計算機應用， 2013（7）：58-60.

[8] Drew Gislason.ZigBee wirelessNetworking[M].NewYork：Newnes，2008

[9] Microchip.Microchip stackfor the ZigBeeTMprotocol V1.0-3.6. http：//www.wanfangdata.com.cn，2009.endprint

2.1.3 PID溫度控制器模塊及工作原理

溫度控制模塊[6]由PID控制電路和過零檢出電路兩部分組成，本設計采用MAXIM公司的一種標準RS-232接口芯片，+5V電源供電，該芯片集成兩路收發(fā)器，一是把單片機輸入的TTL/CMOS電平轉換為RS232電平傳送給PC機，一是從PC機接收的RS232電平轉換為TTL/CMOS電平傳送給單片機。

2.2 軟件的設計

2.2.1 系統(tǒng)溫度控制主流程圖

本設計基于ZigBee技術的無線溫度控制系統(tǒng)是以CC2430為核心，與語音報警電路及溫濕度傳感器相結合智能控制車載的溫濕度達到保鮮值，溫度升高后，通過ZigBee終端的節(jié)點把檢測的值傳到中心協(xié)調(diào)器，通過微控制器控制制冷系統(tǒng)降低車載溫度，如果長時間超過設置溫度，通過ZigBee網(wǎng)絡實現(xiàn)無線報警功能。

3 系統(tǒng)仿真

3.1 程序燒錄

上位機軟件采用Visual C++6.0進行開發(fā)，通過上位機軟件實現(xiàn)傳感器節(jié)點[8]信息在PC機上的數(shù)據(jù)的設置，顯示良好的人機界面，利用RS-232串行口實現(xiàn)中心控制節(jié)點的串行通信。ZigBee的網(wǎng)絡通信在Z-Stack協(xié)議棧[9]下，選擇“EndDevice”工程配置，對溫濕度節(jié)點終端設備燒錄程序，選擇“Router”工程配置，對中繼路由燒錄程序，選擇“Coordinator”工程配置，對中心節(jié)點協(xié)調(diào)器燒錄程序，通過串口調(diào)試助手，可以得到4輛車在不同時刻的溫濕度數(shù)據(jù)，采用周期為8s，通過串口調(diào)試助手得到實時溫濕度數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)

通過對湖北武漢市家事易生鮮食品的4輛車載系統(tǒng)的的溫濕度的檢測，實驗時間2013年6月，起發(fā)時間上午6：50，時長約兩小時，路線從黃家湖大學城發(fā)往不同的方向，每各20分鐘抽取一次4 結束語

本系統(tǒng)利用太陽能吸收式制冷方式節(jié)能環(huán)保、運行成本低，適用于溫度保持在十幾度的車載制冷保溫大系統(tǒng)，溫度控制算法采用PID控制提高精準度，CC2530 通信模塊實現(xiàn)了溫度采集到溫度制冷以及報警的無線化，方便操作，經(jīng)濟適用。

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溫度控制模塊[6]由PID控制電路和過零檢出電路兩部分組成，本設計采用MAXIM公司的一種標準RS-232接口芯片，+5V電源供電，該芯片集成兩路收發(fā)器，一是把單片機輸入的TTL/CMOS電平轉換為RS232電平傳送給PC機，一是從PC機接收的RS232電平轉換為TTL/CMOS電平傳送給單片機。

2.2 軟件的設計

2.2.1 系統(tǒng)溫度控制主流程圖

本設計基于ZigBee技術的無線溫度控制系統(tǒng)是以CC2430為核心，與語音報警電路及溫濕度傳感器相結合智能控制車載的溫濕度達到保鮮值，溫度升高后，通過ZigBee終端的節(jié)點把檢測的值傳到中心協(xié)調(diào)器，通過微控制器控制制冷系統(tǒng)降低車載溫度，如果長時間超過設置溫度，通過ZigBee網(wǎng)絡實現(xiàn)無線報警功能。

3 系統(tǒng)仿真

3.1 程序燒錄

上位機軟件采用Visual C++6.0進行開發(fā)，通過上位機軟件實現(xiàn)傳感器節(jié)點[8]信息在PC機上的數(shù)據(jù)的設置，顯示良好的人機界面，利用RS-232串行口實現(xiàn)中心控制節(jié)點的串行通信。ZigBee的網(wǎng)絡通信在Z-Stack協(xié)議棧[9]下，選擇“EndDevice”工程配置，對溫濕度節(jié)點終端設備燒錄程序，選擇“Router”工程配置，對中繼路由燒錄程序，選擇“Coordinator”工程配置，對中心節(jié)點協(xié)調(diào)器燒錄程序，通過串口調(diào)試助手，可以得到4輛車在不同時刻的溫濕度數(shù)據(jù)，采用周期為8s，通過串口調(diào)試助手得到實時溫濕度數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)

通過對湖北武漢市家事易生鮮食品的4輛車載系統(tǒng)的的溫濕度的檢測，實驗時間2013年6月，起發(fā)時間上午6：50，時長約兩小時，路線從黃家湖大學城發(fā)往不同的方向，每各20分鐘抽取一次4 結束語

本系統(tǒng)利用太陽能吸收式制冷方式節(jié)能環(huán)保、運行成本低，適用于溫度保持在十幾度的車載制冷保溫大系統(tǒng)，溫度控制算法采用PID控制提高精準度，CC2530 通信模塊實現(xiàn)了溫度采集到溫度制冷以及報警的無線化，方便操作，經(jīng)濟適用。

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