CN114779845B - 一种恒温恒湿箱ptc加湿的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种恒温恒湿箱PTC加湿的控制方法，恒温恒湿箱包括控制模块、湿度检测电路模块、水温检测电路模块、第一电路输出模块、第二电路输出模块、电流采集电路模块、PTC加湿装置及蠕动泵装置，蠕动泵装置连接于PTC加湿装置。其中，该控制方法包括：通过湿度检测电路模块采集恒温恒湿箱内的环境湿度并向控制模块输出湿度电信号；通过水温检测电路模块检测水源的进水温度并向控制模块输出水温电信号；通过电流采集电路模块互感检测采集PTC加湿装置的当前温度并向控制模块输出温度电信号；控制模块基于湿度电信号、水温电信号及温度电信号确定第二电路输出模块的输出时长，且在温度电信号达到温度阈值时控制蠕动泵装置启动。本发明耗水量小，加湿快。
Description
技术领域
本发明涉及培养设备技术领域，具体涉及一种恒温恒湿箱PTC加湿的控制方法。
背景技术
恒温恒湿箱是指相应的封闭空间内空气温度、湿度可控的箱体装置，主要应用于培养微生物、植物、动物细胞。恒温恒湿箱具有制冷和加热、除湿和加湿的双向调温调湿系统，是生物、农业、医药、环保等科研部门及各大高校的基本实验设备。恒温恒湿箱的整个箱体对外界的冷热都有较好的隔绝能力，可以将箱内的温度、湿度控制在用户所需要的实验环境附近。
在相关技术中，恒温恒湿箱内的湿度调节采用超声波加湿、水蒸汽加湿以及增湿盘加湿等方式加湿调节，然而，上述三种加湿方式均具有各自的弊端，例如：超声波加湿加湿效果不明显，并且容易形成水珠，耗水量比较大。水蒸汽加湿会将大量热带入箱体内，致使箱体内部温度出现波动。增湿盘加湿过于缓慢，很难精准控制，因此恒温恒湿箱的加湿方式需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种恒温恒湿箱PTC加湿的控制方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种恒温恒湿箱PTC加湿的控制方法，恒温恒湿箱包括控制模块、与所述控制模块电连接的湿度检测电路模块、水温检测电路模块、第一电路输出模块、第二电路输出模块和电流采集电路模块、与所述第一电路输出模块连接的PTC加湿装置及与所述第二电路输出模块电连接的蠕动泵装置，所述蠕动泵装置连接于所述PTC加湿装置；其中，该控制方法包括：
通过所述湿度检测电路模块采集恒温恒湿箱内的环境湿度并向所述控制模块输出湿度电信号；
通过所述水温检测电路模块检测水源的进水温度并向所述控制模块输出水温电信号；
通过所述电流采集电路模块互感检测采集所述PTC加湿装置的当前温度并向所述控制模块输出温度电信号；
所述控制模块基于所述湿度电信号、水温电信号及温度电信号确定所述第二电路输出模块的输出时长，且在所述温度电信号达到温度阈值时控制所述蠕动泵装置启动。
在一实施例中，所述控制模块基于所述湿度电信号、水温电信号及温度电信号确定所述第二电路输出模块的输出时长，包括：
基于所述湿度检测电路模块输出的湿度电信号进行AD采样：
基于所述控制模块预存储的湿度设定值和计算公式，获取蠕动泵的输出时长。
在一实施例中，所述基于所述控制模块预存储的湿度设定值和计算公式，包括：蠕动泵输出时长的计算公式采用位置式不完全微分四点中心差分法，具体包括：
其中，为蠕动泵输出时长，k1、k2为系数，Kp为用户设定的比例值，Ti为积分时间，Td为微分时间。
所述基于所述湿度检测电路模块输出的湿度电信号进行AD采样，包括：
将4-20mA湿度信号通过运放全桥整流电路转化为电压信号。
在一实施例中，所述通过所述电流采集电路模块互感检测采集所述PTC加湿装置的当前温度并向所述控制模块输出温度电信号，包括：
将电流采集电路模块的互感器与所述PTC加湿装置的电流相互感应并输出感应电流；
将所述互感器与放大电路连接，所述放大电路将所述感应电流转换成感应电压输出；
将所述放大电路与所述控制模块电连接，以使所述控制模块进行AD采样；
基于所述AD采样的采样值及PTC温度脉冲特性曲线，以确定所述PTC加湿装置的温度值。
在一实施例中，所述在所述温度电信号达到温度阈值时控制所述蠕动泵装置启动，包括：
通过传感器检测所述PTC加湿装置进水端的水温并输出水温电信号；
基于所述传感器输出的所述水温电信号进行AD采样；
将所述AD采样获取的采样值与所述控制模块预存储的进水温度阈值进行匹配，以确定进水温度阈值；
基于所述进水温度阈值控制所述PTC加湿装置温度调节及控制所述蠕动泵装置启动。
在一实施例中，所述基于所述进水温度阈值控制所述PTC加湿装置温度调节及控制所述蠕动泵装置启动，包括：
确定所述PTC加湿装置的当前温度；
当所述PTC加湿装置的当前温度大于或等于进水温度阈值，则所述蠕动泵装置启动；
当所述PTC加湿装置的当前温度小于进水温度阈值，则所述蠕动泵装置保持停止。
在一实施例中，所述水温检测电路模块还包括与所述传感器串联的电阻，所述电阻与所述控制模块电连接。
在一实施例中，所述第一电路输出模块配置为220V输出电路。
在一实施例中，所述第二电路输出模块配置为24V输出电路。
本发明的有益效果：控制模块分别接收湿度电信号、水温电信号及温度电信号，通过内部AD转换计算得出蠕动泵装置的工作时间。当PTC加湿装置的当前温度大于温度阈值时，蠕动泵装置启动并运行工作时间，将微量水慢慢压入PTC加湿装置，水经PTC加湿装置加热后迅速汽化并喷入箱体内部，实现加湿效果，耗水量小，加湿速度快且对箱体内的温度影响小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中恒温恒湿箱的原理框图。
图2是本发明中恒温恒湿箱PTC加湿的控制方法的流程图。
图3是本发明中PTC温度脉冲特性曲线图。
图4是本发明中电流采集电路模块采集信号的流程图。
图5是本发明中蠕动泵装置启动的流程图。
图中：控制模块10；湿度检测电路模块20；水温检测电路模块30；第一电路输出模块40；第二电路输出模块50；电流采集电路模块60；PTC加湿装置70；蠕动泵装置80。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图5所示，本发明公开了一种恒温恒湿箱PTC加湿的控制方法，该控制方法应用于恒温恒湿箱的加湿作业，以保持恒温恒湿箱内恒温恒湿且不易形成水滴。其中，恒温恒湿箱包括控制模块10、与控制模块10电连接的湿度检测电路模块20、水温检测电路模块30、第一电路输出模块40、第二电路输出模块50和电流采集电路模块60、与第一电路输出模块40连接的PTC加湿装置70及与第二电路输出模块50电连接的蠕动泵装置80，蠕动泵装置80连接于PTC加湿装置70。
控制模块10配置为微处理器，其用于接收、存储、转换、计算及处理相关数据，从而调节恒温恒湿箱内的环境处于稳定状态。第一电路输出模块40为PTC加湿装置70及电流采集电路模块60提供电源，可选地，第一电路输出模块40配置为220V输出电路。
第二电路输出模块50电连接的蠕动泵装置80并为蠕动泵装置80提供电源，其中，蠕动泵装置80在第二电路输出模块50通电时运行，并在第二电路输出模块50停电时停止运行。相应地，第二电路输出模块50的输出时长即为蠕动泵装置80的工作时长。第一电路输出模块40的电压适配蠕动泵装置80的工作电压，可选地，第一电路输出模块40配置为24V输出电路。
恒温恒湿箱的控制方法包括以下步骤：
步骤S101，通过湿度检测电路模块20采集恒温恒湿箱内的环境湿度并向控制模块10输出湿度电信号。在本步骤中，湿度检测电路模块20对恒温恒湿箱的内部空间进行湿度检测，该湿度检测通过传感器检测空气湿度并输出相应的电流信号。该电流信号通过湿度检测电路模块20的电路部分整流后传递至控制模块10。可选地，湿度检测电路模块20将4-20mA湿度信号通过运放全桥整流电路转化为电压信号，该电压信号传递控制模块10。电压信号输入控制模块10进行AD采样，控制模块10将该电压信号转化为湿度测量值，该湿度测量值在控制模块10内通过PID算法进行运算。
步骤S102，通过水温检测电路模块30检测水源的进水温度并向控制模块10输出水温电信号。在该步骤中，水温检测电路模块30对进入PTC加湿装置70的水源进行水温检测，以获取水源的进水温度，该进水温度通过传感器形成电信号传输至控制模块10。可选地，水温检测电路模块30还包括与传感器串联的电阻，电阻与控制模块10电连接。该传感器配置为NTC电阻，串联的电阻配置为高精度电阻，以进行分压。水温检测电路模块30将电压信号输入控制模块10进行AD采样。控制模块10将该电压信号转换为水温测量值，水温测量值在控制模块10内参与蠕动泵装置80的运行状态控制。
步骤S103，通过电流采集电路模块60互感检测采集PTC加湿装置70的当前温度并向控制模块10输出温度电信号。在本步骤中，电流采集电路模块60是基于互感原理检测作用于PTC加湿装置70上的电流参数，并向控制模块10输送相应的温度电信号。控制模块10可根据该电流参数确定PTC加湿装置70的当前温度，并基于PTC加湿装置70的当前温度参与蠕动泵装置80的运行状态控制。并且，电流采集电路模块60互感检测PTC加湿装置70的当前温度，可以避免采用温度探头直接探测PTC装置温度的弊端，简化PTC加热装置的温控检测结构并降低的PTC加热装置的防水、及防渗漏要求，降低了PTC加热装置的成本。电流采集电路模块60互感检测，检测灵敏度高，温度检测响应及时，解决了温度探头滞后响应的问题。
在上述步骤S103中，通过电流采集电路模块60互感检测采集PTC加湿装置70的当前温度并向控制模块10输出温度电信号，包括以下步骤：
步骤S401，将电流采集电路模块60的互感器与PTC加湿装置70的电流相互感应并输出感应电流。互感器与PTC加湿装置70的驱动电流之间相互感应，从而在互感器处形成感应电流，该感应电流与PTC加湿装置70的电流呈比例。
步骤S402，将互感器与放大电路连接，放大电路将感应电流转换成感应电压输出。互感器与放大电路连接，从而将互感器中的电流信号转换成电压信号并放大，可选地，放大电路配置为OP07放大电路。
步骤S403，将放大电路与控制模块电连接，以使控制模块进行AD采样。放大电路连接至控制模块的引脚，从而使控制模块进行AD采样，AD采样输出对应于PTC加湿装置70的驱动电流的采样值。
步骤S404，基于AD采样的采样值及PTC温度脉冲特性曲线，以确定PTC加湿装置70的温度值。PTC温度脉冲特性曲线是一条基于PTC加湿装置70的驱动电流参数与采样值相互对应曲线。PTC温度脉冲特性曲线具体参见图3。
步骤S104，控制模块10基于湿度电信号、水温电信号及温度电信号确定第二电路输出模块50的输出时长，且在温度电信号达到温度阈值时控制蠕动泵装置80启动。
在本步骤中，控制模块10基于湿度电信号计算出第二电路输出模块50的输出时长，从而控制蠕动泵装置80向PTC加热装置输送预设时长内的水，从而使恒温恒湿箱内的湿度到设定的范围内。并且，控制模块10基于水温电信号及温度电信号确定蠕动泵装置80的启动时机，从而实现湿度检测电路模块20、水温检测电路模块30、电流采集电路模块60、PTC加热装置及蠕动泵装置80的联动控制。
控制模块10分别接收湿度电信号、水温电信号及温度电信号，通过内部AD转换计算得出蠕动泵装置80的工作时间。当PTC加湿装置70的当前温度大于温度阈值时，蠕动泵装置80启动并运行工作时间，将微量水慢慢压入PTC加湿装置70，水经PTC加湿装置70加热后迅速汽化并喷入箱体内部，实现加湿效果，耗水量小，加湿速度快且对箱体内的温度影响小。
在步骤S104中，控制模块10基于湿度电信号、水温电信号及温度电信号确定第二电路输出模块50的输出时长，包括以下步骤：
步骤S201，基于湿度检测电路模块20输出的湿度电信号进行AD采样。在该步骤中，湿度检测电路模块20将4-20mA湿度信号通过运放全桥整流电路转化为电压信号，该电压信号传递控制模块10。电压信号输入控制模块10进行AD采样，控制模块10将该电压信号转化为湿度测量值，该湿度测量值在控制模块10内通过PID算法进行运算。
步骤S202，基于控制模块10预存储的湿度设定值和计算公式，获取蠕动泵的输出时长。控制模块10内预制有PID算法，为了使控制精度更高，在PID算法中对湿度测量值进行了脉冲变换，即，将测量湿度值变换成对应的脉冲值。假设测量湿度为,脉冲变换函数为/>，则测量湿度对应的脉冲值为/>。控制模块提取EEPROM中存储的湿度设定值，并将该湿度设定至导入PID算法，设定湿度设定值为/>，则湿度设定对应的脉冲值为/>。误差值为/>。 控制模块中PID算法最终得到的计算值为蠕动泵装置80的输出时长，则蠕动泵装置80的输出时长表示为/>。
基于控制模块10预存储的湿度设定值和计算公式，包括：蠕动泵输出时长的计算公式采用位置式不完全微分四点中心差分法，具体包括：
其中，为蠕动泵输出时长，k1、k2为系数，Kp为用户设定的比例值，Ti为积分时间，Td为微分时间。
其中，
基于时间考虑，可得出及/>的/>为/>，而/>及/>对/>为/>所以简化上面公式得：
最终简化为：
也同理可推出，公式中/>均为用户设定的比例值、积分时间、微分时间，最终计算出的/>为理论上在/>时刻最优的蠕动泵输出时长。
在步骤S104中在温度电信号达到温度阈值时控制蠕动泵装置80启动，包括以下步骤：
步骤S301，通过传感器检测PTC加湿装置70进水端的水温并输出水温电信号。水温检测电路装置的传感器采用NTC电阻，该NTC电阻通过连接一个高精度电阻分压。
步骤S302，基于传感器输出的水温电信号进行AD采样。控制模块的引脚连接传感器所对应的电流，从而接收传感器所输出电压或电流信号，并进行AD采样。
步骤S303，将AD采样获取的采样值与控制模块10预存储的进水温度阈值进行匹配，以确定进水温度阈值。控制模块10预存储有进水温度阈值与水温的对应关联，即，每组进水温度阈值均对应有相应的进水水温。控制模块10将AD采样获取的采样值，与进水温度阈值进行匹配，以确定对应的进水水温。在一实施例中，控制模块10内预存储有5档进水阈值及对应的水温，具体参见表1。
有上述表1可以得出，进水温度阈值越大，则表示PTC加湿装置70的当前温度越低。此功能增加了设备的适配性和智能性，假设水温较高，则注入相同水量后PTC加湿装置70汽化所需要的能量损耗少，相应地，PTC加湿装置70的温度不需要太高就可以进水。若水温较低，那么汽化相同水量的能耗就大，则PTC加湿装置70需要更高的温度才可以实行进水操作，所以根据不同水温设置了不同的PTC进水温度阈值。
步骤S304，基于进水温度阈值控制PTC加湿装置70温度调节及控制蠕动泵装置80启动。在本步骤中，首先需要确定PTC加湿装置70的当前温度。
步骤S305，当PTC加湿装置70的当前温度大于或等于进水温度阈值，则蠕动泵装置80启动。
步骤S306，当PTC加湿装置70的当前温度小于进水温度阈值，则蠕动泵装置80保持停止。
因此，对第二电路输出模块50驱动蠕动泵装置80的输出时长的启动条件为：通过PTC加湿装置70的温度及PTC进水温度阈值联合确定并通过控制模块控制，只有当PTC加湿装置70的温度达到进水温度阈值时蠕动泵装置80才会启动并进行进水操作，保证所有注入PTC加湿装置70的水充分汽化。并且控制模块控制蠕动泵缓慢微量注水，可充分拉长汽化时长，避免进水太快而来不及汽化，导致水滴进入恒温恒湿箱的问题。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。
Claims (8)
1.一种恒温恒湿箱PTC加湿的控制方法，其特征在于，恒温恒湿箱包括控制模块、与所述控制模块电连接的湿度检测电路模块、水温检测电路模块、第一电路输出模块、第二电路输出模块和电流采集电路模块、与所述第一电路输出模块连接的PTC加湿装置及与所述第二电路输出模块电连接的蠕动泵装置，所述蠕动泵装置连接于所述PTC加湿装置；其中，该控制方法包括：
通过所述湿度检测电路模块采集恒温恒湿箱内的环境湿度并向所述控制模块输出湿度电信号；
通过所述水温检测电路模块检测水源的进水温度并向所述控制模块输出水温电信号；
通过所述电流采集电路模块互感检测采集所述PTC加湿装置的当前温度并向所述控制模块输出温度电信号；
所述控制模块基于所述湿度电信号确定所述第二电路输出模块的输出时长，且所述控制模块基于水温电信号及温度电信号确定蠕动泵装置的启动时机，从而实现所述湿度检测电路模块、水温检测电路模块、电流采集电路模块、PTC 加湿装置及蠕动泵装置的联动控制；其中，
所述在所述温度电信号达到温度阈值时控制所述蠕动泵装置启动，包括：
通过传感器检测所述PTC加湿装置进水端的水温并输出水温电信号；
基于所述传感器输出的所述水温电信号进行AD采样；
将所述AD采样获取的采样值与所述控制模块预存储的进水温度阈值进行匹配，以确定进水温度阈值；
基于所述进水温度阈值控制所述PTC加湿装置温度调节及控制所述蠕动泵装置启动；其中，
所述基于所述进水温度阈值控制所述PTC加湿装置温度调节及控制所述蠕动泵装置启动，包括：
确定所述PTC加湿装置的当前温度；
当所述PTC加湿装置的当前温度大于或等于进水温度阈值，则所述蠕动泵装置启动；
当所述PTC加湿装置的当前温度小于进水温度阈值，则所述蠕动泵装置保持停止。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制模块基于所述湿度电信号确定所述第二电路输出模块的输出时长，包括：
基于所述湿度检测电路模块输出的湿度电信号进行AD采样：
基于所述控制模块预存储的湿度设定值和计算公式，获取蠕动泵的输出时长。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述控制模块预存储的湿度设定值和计算公式，包括：蠕动泵输出时长的计算公式采用位置式不完全微分四点中心差分法，具体包括：
其中，/>为蠕动泵输出时长，k1、k2为系数，Kp为用户设定的比例值，Ti为积分时间，Td为微分时间。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述湿度检测电路模块输出的湿度电信号进行AD采样，包括：
将4-20mA湿度信号通过运放全桥整流电路转化为电压信号。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述通过所述电流采集电路模块互感检测采集所述PTC加湿装置的当前温度并向所述控制模块输出温度电信号，包括：
将电流采集电路模块的互感器与所述PTC加湿装置的电流相互感应并输出感应电流；
将所述互感器与放大电路连接，所述放大电路将所述感应电流转换成感应电压输出；
将所述放大电路与所述控制模块电连接，以使所述控制模块进行AD采样；
基于所述AD采样的采样值及PTC温度脉冲特性曲线，以确定所述PTC加湿装置的温度值。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述水温检测电路模块还包括与所述传感器串联的电阻，所述电阻与所述控制模块电连接。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一电路输出模块配置为220V输出电路。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第二电路输出模块配置为24V输出电路。
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2022
- 2022-03-28 CN CN202210313545.2A patent/CN114779845B/zh active Active
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