CN102805039B - 小型动物实验人工气候室及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的小型动物实验人工气候室,包括箱体和电路控制器,箱体被分割为动物饲养区、温湿度控制区和隔离腔;特征在于:动物饲养区内设置有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气体成分传感器、光照传感器、风速传感器、照明灯;温湿度控制区内设置有电加热管、加湿器和制冷设备;微控制器通过固态继电器与电加热管和加湿器的控制电路相连接,通过数字式变阻器与照明灯的控制电路相连接,通过光隔离可控硅驱动电路与抽风机和鼓风机相连接。本发明实现了饲养区内温度、湿度、气压、气体成分、光照度和风速气候参数的测量和调节。其中,温度可在0~50℃、湿度在30%~90%RH、风速在0.5~5m/s之间调节。克服了以往人工气候室模拟环境参数较少或单一的缺陷。

Description

小型动物实验人工气候室及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种小型动物实验人工气候室及控制方法,更具体的说,尤其涉及一种集温度、湿度、光照、风速、气压检测和调节于一体的小型动物实验人工气候室及控制方法。
背景技术
[0002] 在药苗的生产制造过程中,动物实验是必不可少的。而做动物实验所要达到的环境条件更加重要。许多实验对环境要求非常高,例如,有时需要高温、高湿的环境条件模型(温度高于40摄氏度、湿度同时高于70% RH、且风速达到1.5m/s以上时);有的实验条件,不仅对温湿度有苛刻的要求,而且对实验环境中的气压、光照度和空气污染物也有一定的要求;对于上述实验,而普通实验设施(仪器设备)又很难达到所需实验要求,实验将无法进行。
发明内容
[0003] 本发明为了克服上述技术问题的缺点,提供了一种集温度、湿度、光照、风速、气压检测和调节于一体的小型动物实验人工气候室及控制方法。
[0004] 本发明的小型动物实验人工气候室,包括起保温和密封作用的箱体以及控制箱体内气候环境的电路控制器,箱体内部被分割为动物饲养区、温湿度控制区和隔离腔;所述动物饲养区与温湿度控制区、温湿度控制区与隔离腔之间分别通过后连通口、前连通口相连通,动物饲养区、隔离腔与外界之间分别通过出口调节窗、进口调节窗相连通;其特别之处在于:所述进口调节窗、出口调节窗的内侧分别设置有抽风机、鼓风机;动物饲养区内设置有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气体成分传感器、光照传感器、风速传感器,动物饲养区的顶部设置有照明灯;温湿度控制区内设置有电加热管、加湿器和制冷设备;
[0005] 所述电路控制器包括微控制器,所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气体成分传感器、光照传感器、风速传感器均与微控制器的信号采集端口相连接;微控制器的输出端通过不同的固态继电器分别与电加热管、加湿器以及制冷设备的控制电路相连接,通过数字式变阻器与照明灯的控制电路相连接,通过不同的光隔离可控硅驱动电路分别与抽风机和鼓风机的驱动电路相连接。
[0006] 动物饲养区为实验工作区域,隔离腔用于布线和设置电气元件,温湿度控制区用于布设加热、加湿装置。外界的气流依次通过进口调节窗、前连通口、后连通口进入到动物饲养区中,在通过出口调节窗流出,用于实现动物饲养区内的气体交换以及相应气候参数的控制。抽风机、鼓风机分别设置在进口调节窗、出口调节窗处,通过对抽风机、鼓风机的调节和控制,可改变动物饲养区内的风速。微控制器通温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气体成分传感器、光照传感器、风速传感器分别实现对温度、湿度、气压、气体成分、光照强度和风速信号的测量;通过固态继电器实现对电加热管、加湿器工作状态的控制,通过数字式变阻器实现对照明灯发光功率的控制,通过光隔离可控硅驱动电路实现对抽风机、鼓风机工作功率的控制。
[0007] 本发明的小型动物实验人工气候室,所述进口调节窗和出口调节窗的外侧均设置有空气过滤器;进口调节窗、出口调节窗上均设置有对其开度进行控制的进口窗步进电机和出口窗步进电机;所述进口窗步进电机和出口窗步进电机均通过脉冲电路、方向驱动电路和使能电路与微控制相连接,脉冲电路、方向驱动电路和使能电路均由驱动三极管和光电隔离电路组成,驱动三极管的控制端与微控制器的输出端口相连接。
[0008] 通过设置空气过滤器,可有效滤除空气中的污染物;微控制器通过进口窗、出口窗步进电机可分别对进口调节窗、出口调节窗的开度进行控制。
[0009] 本发明的小型动物实验人工气候室,所述微控制器还通过液晶屏驱动模块连接有液晶显示控制屏。通过液晶显示控制屏,可对控制信息进行显示,也可进行输入操作。
[0010] 本发明的小型动物实验人工气候室,所述动物饲养区上方的箱体上设置有透视窗;所述光照度传感器设置于动物饲养区的底部;风速传感器设置于靠近鼓风机处。工作人员通过透视窗可观测到动物饲养区域的状况。
[0011] 本发明的小型动物实验人工气候室,所述微控制器还连接有时钟电路和RS232通讯模块。时钟电路用于给微控制器提供年月日信息,以便对人工气候室进行时段控制。
[0012] 本发明的小型动物实验人工气候室,所述微控制器内设置有对光隔离可控硅驱动电路进行PWM信号控制的PWM电路模块。采用PWM信号,可有效地实现抽风机、鼓风机的功
率调节。
[0013] 一种小型动物实验人工气候室的气候状态控制方法,设要求获得的温度值为A、湿度值为B、风速为C、光照度为D、气压值为E ;其特别之处在于,包括以下步骤:a.温度控制,微控制器通过温度传感器采集动物饲养区内的温度,将采集温度值与A进行比较;如果大于等于A,则控制电加热管停止加热`;如果等于A,不制冷也不制热;如果大于A,则控制制冷设备进行降温;如果小于A,则控制电加热管进行加热;b.湿度控制,微控制器通过湿度传感器采集动物饲养区内的湿度,将采集的湿度值与B进行比较;如果大于等于B,则控制加湿器停止工作;如果小于B,则控制加湿器继续加湿;c.风速控制,通过风速传感器采集动物饲养区内的风速,将采集的风速与C进行比较;如果大于C,则同时降低抽风机和鼓风机的功率;如果小于C,则同时提高抽风机和鼓风机的功率;如果等于C,则维持抽风机和鼓风机的当前功率不便;d.光照控制,通过光照传感器采集动物饲养区内的光照度,将采集的光照度与D进行比较;如果大于D,则增大数字式变阻器接入电路的阻值,降低照明灯的发光功率;如果小于D,则减小数字式变阻器接入电路的阻值,增大照明灯的发光功率;如果等于D,则维持数字式变阻器接入电路的阻值不便;e.气压控制,通过气压传感器采集动物饲养区内的气压,将采集的气压值与E进行比较;如果大于E,则减小进口调节窗的开度,同时增大出口调节窗的开度;如果小于E,则增大进口调节窗的开度,同时减小出口调节窗的开度;如果等于E,则维持进口调节窗、出口调节窗的开度不便。
[0014] 本发明的有益效果是:本发明通过设置传感器,有效地实现了动物饲养区内温度、湿度、气压、气体成分、光照度和风速气候参数的测量;并通过电加热管、加湿器、照明灯有效地实现了饲养区内温度、湿度和光照度的控制,通过对抽风机、鼓风机的功率控制,实现了饲养区的风速调节;以及通过对进口调节窗、出口调节窗的开度的控制,有效地实现了对饲养区内气压的调节。本发明在动物饲养区内可实现温度在O~50°C、湿度在30%~90%RH、风速在0.5~5m/s之间的随意控制调节。本发明的小型动物实验人工气候室及控制方法集温度、湿度、风速、光照以及气压多种参数的检测和控制于一体,便于模拟出更加复杂的气候环境,改变了以往人工气候室模拟环境参数较少或单一的缺陷,具有很高的使用价值。
附图说明
[0015] 图1为本发明的主视图的结构示意图;
[0016] 图2为本发明的俯视图的结构示意图;
[0017] 图3为本发明中电路控制器的电路原理图;
[0018] 图4、图5和图6组成了本发明中电路控制器的电路图。
[0019] 图中:1箱体,2动物饲养区,3温湿度控制区,4隔离腔,5进口调节窗,6前连通口,7后连通口,8出口调节窗,9透视窗,10空气过滤器,11抽风机,12电加热管,13加湿器,14温度传感器,15湿度传感器,16气压传感器,17气体成分传感器,18光照传感器,19风速传感器,20鼓风机,21空气过滤器,22照明灯,23交流接触器,24电路控制器,25微控制器,26液晶屏驱动模块,27液晶显示控制屏,28时钟电路,29 RS232通讯模块,30制冷设备。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0021] 如图1和图2所示,给出了本发明的小型动物实验人工气候室的结构原理图,其包括箱体1、动物饲养区2、温湿度控制区3、隔离腔4、进口调节窗5、前连通口 6、后连通口 7、出口调节窗8、透视窗9、空气过滤器10、抽风机11、鼓风机20、空气过滤器21。所示的箱体I起保温和密封作用,其可采用聚氨酯板组成而成;箱体I的内部空腔被分隔为动物饲养区
2、温湿度控制区3和隔离腔4。隔离腔4与外界通过进口调节窗5相连通,隔离腔4与温湿度控制区3通过前连通口 6相连通,温湿度控制区3与动物饲养区2通过后连通口 7相连通,动物饲养区2与外界通过出口调节窗8相连通,这样,可实现动物饲养区、温湿度控制区和隔离腔之间的气体流通以及与外界气体的交换。
[0022] 进口调节窗5可采用百叶窗,进口调节窗5上设置有进口窗步进电机,以便对进口调节窗5的开度进行调节。进口调节窗5的内外两侧分别设置有抽风机11和空气过滤器10,抽风机11用于将外界的空气抽入到隔离腔4中,空气过滤器10实现对空气的过滤作用。出口调节窗8上设置有出口窗步进电机,以便对出口调节窗8的开度进行调节;出口调节窗8的内外两侧分别设置有鼓风机20和空气过滤器21,鼓风机20用于将动物饲养区2中的气体排出,平且与抽风机11的配合,实现风速调节作用。
[0023] 在动物饲养区2内设置有温度传感器14、湿度传感器15、气压传感器16、气体成分传感器17、光照传感器18、风速传感器19,以便实现对动物饲养区内的温度、湿度、气压、气体成分、光照度和风速信号的检测。在动物饲养区2的顶部还设置有照明灯22 ;为了实现信号的精准测量,光照传感器18位于动物饲养区2的底部,风速传感器19设置于靠近鼓风机20的区域。温湿度控制区3中设置有电加热管12、加湿器13、制冷设备30和交流接触器23,电加热管12实现对箱体I内气体的加热作用,加湿器13实现对箱体I区域内的加湿作用,通过制冷设备30, 可快速降低动物饲养区2内的温度。电路控制器24控制整个人工气候室的正常工作。
[0024] 如图3所示,给出了本发明中电路控制器的电路原理图,其包括微控制器25、液晶显示控制屏27、时钟电路28和RS232通讯模块29 ;微控制器25实现信号采集、数据运算和控制信号输出的作用,温度传感器14、湿度传感器15、气压传感器16、气体成分传感器17、光照传感器18、风速传感器19的输出端均与微控制器25的输入端口相连接,以便对各种信号参数进行采集。时钟电路28用于给微控制器提供年月日信息,以便对人工气候室进行时段控制。液晶显示控制屏27通过液晶屏驱动模块26与微控制器25相连接,以便实现控制信息显示以及控制指令的输入。微控制器通过RS232通讯模块实现通讯作用。
[0025] 微控制器25的输出端口通过不同的固态继电器可分别对电加热管、加湿器的工作状态进行控制,以便实时开启和关闭加热、加湿电路。微控制器25的输出端通过数字式变阻器来改变照明灯22电路中的串联电阻值,来达到对照明灯22发光功率的控制,最终达到对动物饲养区2光照度的调节。微控制器22的输出端口通过两个不同的光隔离可控硅驱动电路分别对抽风机11、鼓风机20进行控制,以便实现对抽风机11、鼓风机20的功率调节。
[0026] 其中,箱体I可采用5cm厚聚氨酯净化板自制成一箱体,板材重量较轻、保温性能好。箱体I可采用如下尺寸:165cm*95cm*90cm。在箱体的底部可安装4个万向轮;移动方便。
[0027] 图4、图5和图6组成了本发明中电路控制器的电路图,所示的A7为温湿度传感器插排,用于与温度传感器和湿度传感器相连接;A1插排与风速传感器相连接,风速信号经过反相器芯片74HC14的处理后,接于微控制器的输入端口。气压传感器的输出信号米用RS485通讯方式,接于SP3485的输入端口 ;光照信号传感器的输出如信号,首先经过功放LM358的放大处理和电压跟随之后,在通过RC4151芯片转化为微处理器可读取的频率信号。
[0028] 微控制器的两路继电器输出分别控制电加热器、加湿器和电加热器的工作状态,微控制器的输出经过场效应管、三极管来实现对照明灯的功率控制,以便采用不同占空比的PWM波来控制照明灯的发光功率。进口窗步进电机和出口窗步进电机均通过脉冲电路、方向驱动电路和使能电路与微控制相连接,脉冲电路、方向驱动电路和使能电路均由驱动三极管和光电隔离电路组成。
[0029] 本发明的小型动物实验人工气候室的气候状态控制方法,设要求获得的温度值为A、湿度值为B、风速为C、光照度为D、气压值为E ;其特征在于,包括以下步骤:
[0030] a.温度控制,微控制器25通过温度传感器14采集动物饲养区2内的温度,将采集温度值与A进行比较;如果等于A,不制冷也不制热;如果大于A,则控制制冷设备进行降温;如果小于A,则控制电加热管进行加热;
[0031] b.湿度控制,微控制器通过湿度传感器15采集动物饲养区内的湿度,将采集的湿度值与B进行比较;如果大于等于B,则控制加湿器13停止工作;如果小于B,则控制加湿器继续加湿;
[0032] c.风速控制,通过风速传感器19采集动物饲养区内的风速,将采集的风速与C进行比较;如果大于C,则同时降低抽风机11和鼓风机20的功率;如果小于C,则同时提高抽风机和鼓风机的功率;如果等于C,则维持抽风机和鼓风机的当前功率不便;[0033] d.光照控制,通过光照传感器18采集动物饲养区内的光照度,将采集的光照度与D进行比较;如果大于D,则增大数字式变阻器接入电路的阻值,降低照明灯22的发光功率;如果小于D,则减小数字式变阻器接入电路的阻值,增大照明灯22的发光功率;如果等于D,则维持数字式变阻器接入电路的阻值不便;
[0034] e.气压控制,通过气压传感器16采集动物饲养区内的气压,将采集的气压值与E进行比较;如果大于E,则减小进口调节窗5的开度,同时增大出口调节窗8的开度;如果小于E,则增大进口调节窗的开度,同时减小出口调节窗的开度;如果等于E,则维持进口调节窗、出口调节窗的开度不便。
[0035] 本发明的小型动物实验人工气候室及控制方法集温度、湿度、风速、光照以及气压多种参数的检测和控制于一体,便于模拟出更加复杂的气候环境,改变了以往人工气候室模拟环境参数较少或单一的缺陷,具`有很高的使用价值。

Claims (6)

1.一种小型动物实验人工气候室,包括起保温和密封作用的箱体(1)以及控制箱体内气候环境的电路控制器(24),箱体内部被分割为动物饲养区(2)、温湿度控制区(3)和隔离腔(4);所述动物饲养区与温湿度控制区、温湿度控制区与隔离腔之间分别通过后连通口(7)、前连通口(6)相连通,动物饲养区、隔离腔与外界之间分别通过出口调节窗(8)、进口调节窗(5)相连通;其特征在于:所述进口调节窗、出口调节窗的内侧分别设置有抽风机(11)、鼓风机(20);动物饲养区内设置有温度传感器(14)、湿度传感器(15)、气压传感器(16)、气体成分传感器(17)、光照传感器(18)、风速传感器(19),动物饲养区的顶部设置有照明灯(22);温湿度控制区(3)内设置有电加热管(12)、加湿器(13)和制冷设备(30); 所述电路控制器(24)包括微控制器(25),所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气体成分传感器、光照传感器、风速传感器均与微控制器的信号采集端口相连接;微控制器的输出端通过不同的固态继电器分别与电加热管、加湿器以及制冷设备的控制电路相连接,通过数字式变阻器与照明灯的控制电路相连接,通过不同的光隔离可控硅驱动电路分别与抽风机和鼓风机的驱动电路相连接; 所述进口调节窗(5 )和出口调节窗(8 )的外侧均设置有空气过滤器;进口调节窗、出口调节窗上均设置有对其开度进行控制的进口窗步进电机和出口窗步进电机;所述进口窗步进电机和出口窗步进电机均通过脉冲电路、方向驱动电路和使能电路与微控制相连接,脉冲电路、方向驱动电路和使能电路均由驱动三极管和光电隔离电路组成,驱动三极管的控制端与微控制器的输出端口相连接。
2.根据权利要求1所述的小型动物实验人工气候室,其特征在于:所述微控制器(25)还通过液晶屏驱动模块(26 )连接有液晶显示控制屏(27 )。
3.根据权利要求1所述的小型动物实验人工气候室,其特征在于:所述动物饲养区(2)上方的箱体(1)上设置有透视窗(9);所述光照度传感器(18)设置于动物饲养区(2)的底部;风速传感器(19)设置于靠近鼓风机(20)处。
4.根据权利要求1所述的小型动物实验人工气候室,其特征在于:所述微控制器(25)还连接有时钟电路(28)和RS232通讯模块(29)。
5.根据权利要求1所述的小型动物实验人工气候室,其特征在于:所述微控制器(25)内设置有对光隔离可控硅驱动电路进行PWM信号控制的PWM电路模块。
6.一种基于权利要求1所述的小型动物实验人工气候室的气候状态控制方法,设要求获得的温度值为A、湿度值为B、风速为C、光照度为D、气压值为E ;其特征在于,包括以下步骤: a.温度控制,微控制器(25)通过温度传感器(14)采集动物饲养区(2)内的温度,将采集温度值与A进行比较;如果等于A,不制冷也不制热;如果大于A,则控制制冷设备(30)进行降温;如果小于A,则控制电加热管进行加热; b.湿度控制,微控制器通过湿度传感器(15)采集动物饲养区内的湿度,将采集的湿度值与B进行比较;如果大于等于B,则控制加湿器(13)停止工作;如果小于B,则控制加湿器继续加湿; c.风速控制,通过风速传感器(19)采集动物饲养区内的风速,将采集的风速与C进行比较;如果大于C,则同时降低抽风机(11)和鼓风机(20)的功率;如果小于C,则同时提高抽风机和鼓风机的功率;如果等于C,则维持抽风机和鼓风机的当前功率不变;d.光照控制,通过光照传感器(18)采集动物饲养区内的光照度,将采集的光照度与D进行比较;如果大于D,则增大数字式变阻器接入电路的阻值,降低照明灯(22)的发光功率;如果小于D,则减小数字式变阻器接入电路的阻值,增大照明灯(22)的发光功率;如果等于D,则维持数字式变阻器接入电路的阻值不变; e.气压控制,通过气压传感器(16)采集动物饲养区内的气压,将采集的气压值与E进行比较;如果大于E,则减小进口调节窗(5)的开度,同时增大出口调节窗(8)的开度;如果小于E,则增大进口调节窗的开度,同时减小出口调节窗的开度;如果等于E,则维持进口调节窗、出口调节窗的开度不变`。
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