CN102556511B - 一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置，包括主控模块、基本电路模块、信号采集模块和执行机构；所述主控模块包括中央控制器、键盘电路、LCD显示屏及报警电路、程序烧写电路和负载控制电路；所述基本电路模块包括电源电路、晶振时钟电路和复位电路；所述执行机构包括水位保持装置、超声波振子、储水箱和风机；所述信号采集模块包括湿度传感器和水位传感器。本发明还公开了一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的实现方法。本发明成本低廉、加湿效率高、故障率低，具有水位保持功能、相对湿度监控与调节功能、水位监控和报警功能以及程序复位和修改功能。

Description

一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及果蔬保鲜领域，特别涉及一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置及其实现方法。

背景技术

在果蔬的保鲜运输过程中，湿度是保持果蔬品质的重要参数，低温状态下，空气相对湿度降低，会加速果蔬的蒸发速率，增加运输过程中果蔬的干耗，降低果蔬的品质。高湿环境不仅有利于果蔬的休眠，还能够抑制果蔬的呼吸速率，降低果蔬的干耗，最大限度的保证果蔬的商品性和延长果蔬的货架期。

果蔬运输装备大部分没有湿度控制设备，少部分采用地板泼水加湿或高压雾化加湿。但是，地板泼水加湿，不能实现对环境湿度的有效控制，地板积水容易滋生细菌，影响果蔬品质；高压雾化加湿，设备复杂，成本较高，且雾化颗粒较大，雾化效率不高。超声波加湿雾化效果好，加湿速率快，是目前广泛应用的家用加湿设备。但是，果蔬保鲜运输环境存在温度低、空间狭小、振动剧烈等特点，现有的超声波加湿设备很难满足果蔬保鲜运输的恶劣工作环境。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种加湿效果好、加湿均匀、雾化效率高、成本低的果蔬保鲜运输用超声波加湿装置。

本发明的另一目的在于提供一种上述果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置，包括基本电路模块、主控模块、执行机构、信号采集模块；所述基本电路模块包括电源电路、晶振时钟电路和复位电路；所述主控模块包括中央控制器、程序烧写电路、键盘电路、LCD显示及报警电路、负载控制电路；所述执行机构包括超声波振子、水位保持装置、储水箱和风机；所述信号采集模块包括湿度传感器和水位传感器。

所述中央控制器能够接收外界电压信号，并通过计算和判断产生开关量控制信号。所述中央控制器采用型号为ATmega16的单片机，共40个针脚接口。

所述电源电路能够提供稳定的24V直流电源和标准的5V直流电源，24V直流电源用于给用电设备供电，5V直流电源作为基准电压与信号采集模块产生的相对湿度信号进行比较。所述电源电路中，开关电源的针脚1、2悬空；针脚3与针脚5连接后与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与湿度传感器相连；针脚4与三端集成电路LM1的Vin口连接，三端集成电路LM1的Vout口与三端集成电路LM2的Vin口连接，三端集成电路LM2的Vout口与中央控制器的AVCC口连接；三端集成电路LM1的GND口和三端集成电路LM2的GND口共地；针脚6与电源指示灯D1和电阻R3串联后接地。

所述晶振时钟电路是能够为控制程序提供精确时钟信号的电路。所述晶振时钟电路的两端分别与中央控制器的XTAL1和XTAL2口连接。

所述复位电路是能够实现装置的复位功能的电路。所述复位电路与中央控制器的RESET口连接。

所述程序烧写电路能够实现装置程序的烧录、在线仿真及在线修改的功能。所述程序烧写电路的针脚1与中央控制器的PB5口连接；针脚2连接5V直流电源VCC；针脚3悬空；针脚4、6、8、10共地；针脚5接中央控制器的RESET口；针脚7与中央控制器的PB6口连接；针脚9与中央控制器的PB7口连接。

所述键盘电路能够实现对装置控制参数的设定与修改。所述键盘电路中的按键S2和按键S3一端分别连接中央控制器的PB0口和PB1口，另一端分别接地。

所述LCD显示及报警电路能够实现装置参数、环境湿度的显示和装置缺水状态下的报警功能。所述LCD显示及报警电路中的蜂鸣器LS1一端接地，另一端与中央控制器的PB3口连接。显示屏LCD1602的针脚1和针脚16分别接地，针脚2和针脚15分别接5V直流电源VCC；针脚3与电阻R4一端连接，电阻R4另一端接地；针脚4与中央控制器的PC0口连接；针脚5与中央控制器的PC1口连接；针脚6与中央控制器的PC2口连接；针脚7、8、9、10悬空；针脚11与中央控制器的PC4口连接；针脚12与中央控制器的PC5口连接；针脚13与中央控制器的PC6口连接；针脚14与中央控制器的PC7口连接。

所述负载控制电路中，三极管Q19013的基极与中央控制器的PB2口连接；三极管Q19013的发射极接地；三极管Q19013的集电级与继电器K1的一端相连，继电器K1的另一端接5V直流电源VCC。

所述湿度传感器为单点或多点湿度传感器，湿度传感器能够实时采集外界湿度信号。所述湿度传感器的针脚1与中央控制器的PA7连接，针脚2与电源电路中开关电源的针脚4连接。

所述水位传感器能够实时监测储水箱内水位是否高于水位上限或低于水位下限。所述水位传感器固定在储水箱内壁上。

所述超声波振子为超声波雾化模块，采用24V供电，利用超频震荡原理，通过雾化片的高频震荡，将水雾化成水雾。

所述水位保持装置和超声波振子连接，并放置与储水箱内。水位保持装置利用水的浮力，能够保持超声波振子始终处于最佳雾化水位。

所述储水箱包括导风罩、溢水孔、箱体、固定孔、线孔、排水孔、通水孔、隔水板；导风罩位于箱体的顶部，与箱体通过螺栓相连接；出雾口位于导风通道的前部，出雾口与开孔隔板的水雾出口相连通；溢水孔位于箱体的前面板上；固定孔位于箱体的后面板上，储水箱通过固定孔上的螺栓固定于压力室的前壁上；线孔位于箱体的右侧面板上；排水孔设置于箱体的底部；隔水板均匀分布在箱体底部的四等分线上，隔水板的底部有通水孔，能够防止汽车行驶过程中储水箱内的水产生剧烈振荡。

所述导风罩包括导风通道、导风板、导风罩固定孔、调节板、调节螺母和调节槽；导风罩通过螺栓与箱体相连接，导风罩通过导风罩固定孔与开孔隔板相连接；导风罩的上部设有进风口；导风通道安装有调节板，调节板通过调节槽和调节螺栓固定在导风板上，能够调节进风口的大小。

所述风机位于超声波加湿装置的上部，采用24V直流风机，最大功率为192W，最大转速为3600r/min，能够为超声波加湿装置提供风压，促进水雾通过水雾出口排出。

一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的实现方法，包括下述步骤：

S1、初始化设置：管理人员将控制装置开关推至ON档，装置读入默认控制目标值。优选的，装置默认控制目标值为相对湿度90％RH，通过按键“+”和“-”设定目标相对湿度，按键“+”每闭合一次，控制相对湿度目标值+1％RH，按键“-”每闭合一次，控制相对湿度目标值-1％RH，设置完毕后，进入步骤S2；

S2、判断复位电路是否为高电平，若否，则反悔步骤S1；若是，进入步骤S3；

S3、信号采集模块对环境相对湿度和液位高度进行采样并把采样值发送给中央控制器模块，进入步骤S4；

S4、中央控制器判断当前液位是否正常，若是，则进入步骤S5；若否，中央控制器输出信号至报警电路，蜂鸣器工作，报警灯亮起，提醒操作人员补充水源，并返回至步骤S1；

S5、中央控制器判断当前环境相对湿度的采样值是否大于目标相对湿度值+5％RH且小于目标相对湿度值+5％RH，若否，则开启负载电路，加湿装置工作，优选的，风机采用8m/s运行；若是，则负载控制电路关闭，程序结束。

所述的果蔬保鲜运输用超声波加湿装置安装于保鲜箱体前侧的压力室内，装置雾化的水雾在高压室顶部循环风机产生的风压的作用下，通过导风罩的出雾口和开孔隔板的水雾出口进入保鲜室内。由于循环风机的入风口位于保鲜室顶部回风通道前侧，能够在回风通道内形成负压，使保鲜室内的气体通过回风通道重新进入压力室，形成内部流体循环。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明的装置稳定，故障率低。设定控制上限值和下限制，通过判断环境相对湿度是否大于上、下限值来控制装置的开启与关闭，能够将环境相对湿度控制在一定的阈值内，同时又避免装置短时间内重复动作，达到装置稳定控制的目的。

(2)本发明具有水位保持功能。水位保持装置与超声波振子相连，能够利用浮力保持超声波振子与水面保持最佳雾化距离，确保了湿度控制装置的雾化效率和加湿效果。

(3)执行机构进风口可调节。通过导风装置顶部的调节板能够控制执行机构进风口的大小，确保在不同工况下储水箱内部都能够形成足够的风压将水雾压出。

(4)本发明的相对湿度控制目标值可调。能够根据不同的果蔬类型和运输环境，通过“+”和“-”键调整相对湿度控制目标值的大小，保证运输环境的对湿度处于最有利于果蔬运输的状态。本发明还能够通过“Reset”键使装置复位，装置复位后，控制目标值默认为90％RH。

(5)本发明具有相对湿度显示功能和水位报警功能。LCD显示屏能够实时显示湿度控制装置的目标值和实际环境的相对湿度值，有利于操作人员根据相关参数对装置目标值进行调整，并对运输环境的相对湿度值进行监控。在水位过低的情况下，中央控制器输出信号，使报警灯闪烁，蜂鸣器响起，提醒操作人员及时补充水源，避免装置因缺水无法正常工作。

(6)本发明具有程序修改功能。能够通过程序烧写模块连接上位机，通过上位机对装置程序进行修改和升级，满足不同运输环境和不同果蔬品种对湿度控制装置的要求。

附图说明

图1是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的结构方框图。

图2是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的电路连接图。

图3是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的控制流程图。

图4是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的执行机构示意图。

图5是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的储水箱示意图。

图6是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的水位保持装置和超声波振子示意图。

图7是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的流场示意图。

图8是果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的开孔隔板意图。

其中，1、基本电路模块；2、主控模块；3、执行机构；4、信号采集模块；5、电源电路；6、晶振时钟电路；7、复位电路；8、超声波振子；9、水位保持装置；10、储水箱；11、风机；12、中央控制器；13、程序烧写电路；14、键盘电路；15、LCD显示及报警电路；16、负载控制电路；17、湿度传感器；18、水位传感器；19、导风罩；20、出雾口；21、溢水孔；22、箱体；23、固定孔；24、线孔；25、排水孔；26、通水孔；27、隔水板；28、导风通道；29、导风板；30、导风罩固定孔；31、进风口；32、调节板；33、调节螺栓；34、调节槽；35、回风通道；36、保鲜室；37、开孔隔板；38、压力室；39、水雾出口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置，包括基本电路模块1、主控模块2、执行机构3、信号采集模块4。所述基本电路模块1包括电源电路5、晶振时钟电路6和复位电路7；所述主控模块2包括中央控制器12、程序烧写电路13、键盘电路14、LCD显示及报警电路15、负载控制电路16；所述执行机构3包括超声波振子8、水位保持装置9、储水箱10和风机11；所述信号采集模块4包括湿度传感器17和水位传感器18。

如图2所示，中央控制器12采用型号为ATmega16的单片机，共40个针脚接口。

电源电路5中，开关电源的针脚1、2悬空；针脚3与针脚5连接后与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与湿度传感器17相连；针脚4与三端集成电路LM1的Vin口连接，三端集成电路LM1的Vout口与三端集成电路LM2的Vin口连接，三端集成电路LM2的Vout口与中央控制器12的AVCC口连接；三端集成电路LM1的GND口和三端集成电路LM2的GND口共地；针脚6与电源指示灯D1和电阻R3串联后接地。

晶振时钟电路6的两端分别与中央控制器12的XTAL1和XTAL2口连接。

复位电路7与中央控制器12的RESET口连接。

程序烧写电路13的针脚1与中央控制器12的PB5口连接；针脚2连接5V直流电源VCC；针脚3悬空；针脚4、6、8、10共地；针脚5接中央控制器12的RESET口；针脚7与中央控制器12的PB6口连接；针脚9与中央控制器12的PB7口连接。

键盘电路14中的按键S2和按键S3一段分别连接中央控制器12的PB0口和PB1口，另一端共地。

LCD显示及报警电路15中的蜂鸣器LS1一端接地，另一端与中央控制器12的PB3口连接。显示屏LCD1602的针脚1和针脚16分别接地，针脚2和针脚15分别接5V直流电源VCC；针脚3与电阻R4一端连接，电阻R4另一端接地；针脚4与中央控制器12的PC0口连接；针脚5与中央控制器12的PC1口连接；针脚6与中央控制器12的PC2口连接；针脚7、8、9、10悬空；针脚11与中央控制器12的PC4口连接；针脚12与中央控制器12的PC5口连接；针脚13与中央控制器12的PC6口连接；针脚14与中央控制器12的PC7口连接。

负载控制电路16中，三极管Q19013的基极与中央控制器12的PB2口连接；三极管Q19013的发射极接地；三极管Q19013的集电级与继电器K1的一端相连，继电器K1的另一端接5V直流电源VCC。

湿度传感器17的针脚1与中央控制器12的PA7连接，针脚2与电源电路5中开关电源的针脚4连接。

水位传感器18固定在储水箱内壁上，低水位触点距离箱体底的垂直距离为5cm，高水位触点距离箱体底的垂直距离为12cm。

超声波振子8为超声波雾化模块，采用24V直流供电，利用超频震荡原理，通过雾化片的高频震荡，将水雾化成水雾。

水位保持装置9和超声波振子8连接，并放置在储水箱10内。水位保持装置9采用中空的PU管制成，利用水的浮力，能够保持超声波振子8始终处于最佳雾化水位。

如图4、5、6、7、8所示，储水箱10包括导风罩19、溢水孔21、箱体22、固定孔23、线孔24、排水孔25、通水孔26、隔水板27。导风罩19位于箱体22的顶部，与箱体22通过螺栓相连接；出雾口20位于导风通道28的前部，出雾口20与开孔隔板37的水雾出口39相连通。溢水孔21直径为1cm，位于箱体22的前面板上，距离箱体22底的垂直距离为12cm。固定孔23直径为1cm，位于箱体33后面板上，4个螺栓分别通过4个固定孔将储水箱10固定在压力室38的前壁上。线孔24位于箱体右侧面板上，线孔直径为4cm，孔心距离箱体22底的垂直距离为14cm，距离箱体22后面板的垂直距离为4cm。排水孔25直径为1.5cm，采用4分螺纹连接，设置于箱体22的底部，距离右侧面板的垂直距离为6cm，距离前面板的垂直距离为6cm。隔水板27高度为10cm，均匀分布在箱体22底部的四等分线上，隔水板27底部有通水孔26，能够防止汽车行驶过程中储水箱10内的水产生剧烈振荡。

如图5所示，导风罩19包括导风通道28、导风板29、导风罩固定孔30、调节板32、调节螺母33和调节槽34。导风罩19的上部设有进风口31，导风罩19与箱体22通过螺栓相连接，同时，导风罩19通过导风罩固定孔30与开孔隔板37相连接。导风通道28安装有调节板32，调节板32通过调节槽34和调节螺栓33固定在导风板29上，能够调节进风口31的大小。

如图6所示，水位保持装置9和超声波振子8连接，并放置于水箱内。

如图7和图8所示，果蔬保鲜运输用超声波加湿装置安装于保鲜箱体前侧的压力室38内。开孔隔板37的中部有水雾出口39，超声波加湿装置雾化的水雾从导风罩19的出雾口20通过开孔隔板37上的水雾出口39进入保鲜室36内，风机11位于保鲜室36的顶部的回风通道35的前侧，能够在回风通道35内形成负压，使保鲜室36内的气体通过回风通道35重新进入压力室38，形成内部流体循环。

如图3所示，上述果蔬保鲜运输用变量加湿装置的实现方法，具体包括以下步骤：

S1、初始化设置：管理人员将控制装置开关推至ON档，装置读入默认控制目标值。优选的，装置默认控制相对湿度目标值为90％RH，通过按键“+”和“-”设定目标相对湿度，按键“+”每闭合一次，控制相对湿度目标值+1％RH，按键“-”每闭合一次，控制相对湿度目标值-1％RH，设置完毕后，进入步骤S2；

S2、判断复位电路是否为高电平，若否，则反悔步骤S1；若是，进入步骤S3；

S3、信号采集模块对环境相对湿度和液位高度进行采样并把采样值发送给中央控制器模块，进入步骤S4；

S4、中央控制器判断当前液位是否正常，若是，则进入步骤S5；若否，中央控制器输出信号至报警电路，蜂鸣器工作，报警灯亮起，提醒操作人员补充水源，并返回至步骤S1；

S5、中央控制器判断当前环境相对湿度的采样值是否大于目标相对湿度值+5％RH且小于目标相对湿度值+5％RH，若否，则开启负载电路，加湿装置工作，同时，风机运行；若是，则负载控制电路关闭，程序结束。

Claims (3)

1.一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置，其特征在于：包括基本电路模块、主控模块、执行机构、信号采集模块；所述基本电路模块包括电源电路、晶振时钟电路和复位电路；所述主控模块包括中央控制器、程序烧写电路、键盘电路、LCD显示及报警电路、负载控制电路；所述执行机构包括超声波振子、水位保持装置、储水箱和风机；所述信号采集模块包括湿度传感器和水位传感器；所述储水箱包括导风罩、溢水孔、箱体、固定孔、线孔、排水孔、通水孔、隔水板；导风罩位于箱体的顶部，与箱体通过螺栓相连接；出雾口位于导风通道的前部，出雾口与开孔隔板的水雾出口相连通；溢水孔位于箱体的前面板上；固定孔位于箱体的后面板上，储水箱通过固定孔上的螺栓固定于压力室的前壁上；线孔位于箱体的右侧面板上；排水孔设置于箱体的底部；隔水板均匀分布在箱体底部的四等分线上，隔水板的底部有通水孔。 

2.根据权利要求1所述的果蔬保鲜运输用超声波加湿装置，其特征在于：所述导风罩包括导风通道、导风板、导风罩固定孔、调节板、调节螺母和调节槽；导风罩通过螺栓与箱体相连接，导风罩通过导风罩固定孔与开孔隔板相连接；导风罩的上部设有进风口；导风通道安装有调节板，调节板通过调节槽和调节螺栓固定在导风板上。 

3.一种果蔬保鲜运输用超声波加湿装置的实现方法，其特征在于：采用权利要求1或2所述的果蔬保鲜运输用超声波加湿装置，并包括下述步骤： 

S1、初始化设置：管理人员将控制装置开关推至ON档，装置读入默认控制目标值，通过按键“+”和“-”设定目标相对湿度，按键“+”每闭合一次，控制相对湿度目标值+1%RH，按键“-”每闭合一次，控制相对湿度目标值-1%RH，设置完毕后，进入步骤S2； 

S2、判断复位电路是否为高电平，若否，则反悔步骤S1；若是，进入步骤S3； 

S3、信号采集模块对环境相对湿度和液位高度进行采样并把采样值发送给中央控制器模块，进入步骤S4； 

S4、中央控制器判断当前液位是否正常，若是，则进入步骤S5；若否，中央控制器输出信号至报警电路，蜂鸣器工作，报警灯亮起，提醒操作人员补充水源，并返回至步骤S1； 

S5、中央控制器判断当前环境相对湿度的采样值是否大于目标相对湿度值 -5%RH且小于目标相对湿度值+5%RH，若否，则开启负载电路，加湿装置工作；若是，则负载控制电路关闭，程序结束。 

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