CN1779460A

CN1779460A - 智能化果蔬保鲜实验箱

Info

Publication number: CN1779460A
Application number: CN 200410155462
Authority: CN
Inventors: 李日太
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-05-31

Abstract

智能化果蔬保鲜实验箱属于一种水果蔬菜呼吸强度的测定装置，包括密封箱、电磁阀、氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、抽气装置、氧气存储装置、二氧化碳存储装置、氮气存储装置和自控装置，抽气装置与密封箱连接，氧气存储装置、二氧化碳存储装置、氮气存储装置通过电磁阀分别接入密封箱内，氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器安装在密封箱内，自控装置与氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器和电磁阀分别连接。该装置能够测定水果蔬菜在不同温度、氧气、二氧化碳条件下的呼吸强度，操作方便，测定条件稳定，大大减少了人为因素对实验结果的影响，从而使实验结果更可靠。

Description

智能化果蔬保鲜实验箱

技术领域

本发明涉及一种水果蔬菜呼吸强度的测定装置，具体涉及一种智能化果蔬保鲜实验箱。

背景技术

植物生理学是大学理科生物学方向和农林学方向的重要专业基础课，在植物生理学实验教学过程中，植物材料呼吸强度的测定是必开实验之一，传统的实验方法主要采用小篮子化学滴定法或动、静态气流滴定法，80年代后我国部分高校购置了红外二氧化碳分析仪来测定植物材料的呼吸强度，上述三类方法只能测定常温、空气条件下植物材料的呼吸强度。不能测定植物材料在不同温度、氧气、二氧化碳条件下的呼吸强度，这一问题在农林院校植物生理实验教学中尤为重要，它是果蔬采后生理教学、研究中的重要内容之一，是果蔬绿色化保鲜技术研究的重要技术之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够测定水果蔬菜在不同温度、氧气、二氧化碳条件下的呼吸强度的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：智能化果蔬保鲜实验箱，包括密封箱、电磁阀、氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、抽气装置、氧气存储装置、二氧化碳存储装置、氮气存储装置和自控装置，抽气装置与密封箱连接，氧气存储装置、二氧化碳存储装置、氮气存储装置通过电磁阀分别接入密封箱内，氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器安装在密封箱内，自控装置与氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器和电磁阀分别连接。

所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其密闭箱为冰箱，抽气装置为抽气泵，氧气、二氧化碳、氮气存储装置为氧气、二氧化碳、氮气瓶；由于大气中的氧气含量在21％左右，在测定低氧条件下水果蔬菜呼吸强度时，可先通过抽气泵分3-5步将冰箱内的气体抽到设置条件以下，不可以一次将箱内气体抽空，以免缩短传感器的使用寿命，特别是氧气传感器对低压条件比较敏感。

所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其自控装置包括电源单元、CPU控制单元、检测单元、开关量输出单元、模数转换器和显示单元；电源单元给整个电路供电，检测单元把检测到的信号经模数转换器转变为数字信号输入控制单元，控制单元控制开关量输出单元的开关和显示单元的显示。

所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其CPU控制单元包括单片机、看门狗、存储器、接口，单片机分别与看门狗、存储器、接口、开关量输出单元、模数转换器相连接。

所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其显示单元包括寄存器、接口、发光二极管LED、三极管、按键，接口一路与控制单元的接口连接、一路通过电阻和三极管与发光二极管LED接口连接，寄存器一路与控制单元的接口连接、一路通过电阻与发光二极管LED接口连接、一路与按键连接。

所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其电源单元包括两个稳压器和一个由二极管组成的整流桥。

所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其检测单元由温度检测器、湿度检测器、O₂气检测器、CO₂检测器和二极管组成。

所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其开关量输出单元由二极管、三级管、电阻和四个继电器组成。

与现有技术相比本发明所具有的有益效果是：通过本发明的装置，可以测定一定温度、二氧化碳条件下不同氧气含量水果蔬菜的呼吸强度的变化；一定温度、氧气条件下，不同二氧化碳含量对水果蔬菜呼吸强度的影响；一定氧气、二氧化碳条件下，不同温度条件下水果蔬菜的呼吸强度。根据巴斯德效应，可以测定水果蔬菜在不同温度、二氧化碳条件下水果蔬菜最小呼吸强度时的需氧量，从而为水果蔬菜调保鲜技术提供可靠的理论数据。该装置操作方便，测定条件稳定，呼吸强度的大小，直接在显示屏上通过二氧化碳的变化表示出来，大大减少了人为因素对实验结果的影响，从而使实验结果更可靠。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的电路原理框图；

图3是本发明实施例显示单元的电路图；

图4是本发明实施例的电路图；

图5是本发明实施例自控装置的程序流程图。

具体实施方式

1抽气泵 2冰箱 3氧气传感器 4二氧化碳传感器 5温湿度传感器 6自控装置 7电磁阀 8氧气瓶 9氮气瓶 10二氧化碳瓶 U1寄存器 U2看门狗U3模数转换器 U4单片机 U5存储器 R1-R33电阻 D1-D12二极管 P1-P8三级管 J1-J4继电器 C1-C11电容 JP1-JP2接口 PR1电阻器 N1-N4三级管V1-V2稳压器 Z1温压二极管 S1-S6按键

如图1-2所示：氧气传感器3、二氧化碳传感器4、温湿度传感器5安装在冰箱2内，抽气泵1与冰箱2相连，氧气传感器3、二氧化碳传感器4、温度传感器5与自控装置6连接，自控装置6通过电磁阀7分别与氧气瓶8、二氧化碳瓶10、氮气瓶9连接，氧气瓶8、二氧化碳瓶10、氮气瓶9分别与冰箱2连接。微控制器CPU作为处理中心；提供按键用于设置启动门槛，并将定值保存在存储器中，通过显示器实现友好的人机界面；通过高精度A/D对温度、湿度、二氧化碳、氧气的浓度实时监测并能通过显示器显示，当其超过门槛时，就通过控制输出分别启动压缩机、加湿器、二氧化碳和氧气的控制阀，对温度、湿度、二氧化碳、氧气的浓度实施补偿，使其稳定在预定的范围内。

如图3-4所示：模数转换器U3的1脚～4脚分别通过电阻R26～R29、R30～R33接地，分别通过二极管D9～D12接Vcc；模数转换器U3的1脚～4脚输入温度检测器、湿度检测器、O2检测器、CO2检测器采集的模拟信号；模数转换器U3的5脚～13脚接地；模数转换器U3的13脚和20脚之间接有电容C2和E1；模数转换器U3的14脚接+5V；模数转换器U3的20脚接Vcc。

单片机U4的1脚～5脚分别连接于模数转换器U3的15脚～19脚；单片机U4的6脚、7脚分别接输入IN1、IN2；单片机U4的21脚、22脚、23脚、24脚分别接在存储器U5的4脚、3脚、2脚、1脚；单片机U4的28脚连接在看门狗电路U2的6脚；单片机U4的9脚连接在看门狗电路U2的7脚；单片机U4的10脚、11脚分别连接在接口JP1的5脚和4脚；单片机U4的18脚和19脚之间接有晶振JT，并分别通过电容C4、C3接地；单片机U4的31脚接地。

单片机U4的17脚通过电阻R13、R14、R15、三极管P5、N1以及二极管D5驱动继电器J1；单片机U4的16脚通过电阻R16、R17、R18、三极管P6、N2以及二极管D6驱动继电器J2；单片机U4的15脚通过电阻R19、R20、R21、三极管P7、N3以及二极管D7驱动继电器J3；单片机U4的14脚通过电阻R22、R23、R24、三极管P8、N4以及二极管D8驱动继电器J4。

单片机U4的39脚接在电阻器PR1的2脚和接口JP1的3脚；单片机U4的38脚接在电阻器PR1的3脚；单片机U4的37脚接在电阻器PR1的4脚；单片机U4的36脚接在电阻器PR1的5脚和接口JP1的6脚；单片机U4的35脚接在电阻器PR1的6脚和接口JP1的7脚；单片机U4的34脚接在电阻器PR1的7脚和接口JP1的8脚；单片机U4的33脚接在电阻器PR1的8脚和接口JP1的9脚。

看门狗电路U2的2脚、4脚接Vcc，并与3脚之间接有电容C9～C11；看门狗电路U2的3脚接地；看门狗电路U2的1脚和8脚相连。

存储器U5的5脚、6脚、7脚接地；8脚和5脚之间接有电容C5；看门狗电路U2的5脚通过温压二极管Z1和电阻R25接在稳压器V1的3脚。

二极管D1～D4组成整流桥通过电容C6和E3的滤波后接在稳压器V1的1脚和2脚之间；稳压器V1的3脚和2脚之间接有电容C7和E2，然后接在稳压器V2的1脚和2脚之间；稳压器V2的3脚和2脚之间接有电容E4、C8。

接口JP2与接口JP1连接；接口JP2的1脚接地；2脚接Vcc；接口JP2的4脚接寄存器U1的8脚；接口JP2的5脚接寄存器U1的1脚和2脚；接口JP2的6脚～9脚分别通过电阻R1、R2、R3、R4和三极管P1～P4接在LED接口6脚、8脚、9脚、12脚驱动发光。

寄存器U1的9脚和14脚相连，接Vcc，并且与地之间接有电容C1，7脚接地；寄存器U1的3脚～6脚和10脚～13脚分别通过电阻R12、R11、R10、R9、R8、R7、R6、R5接在LED接口的11脚、7脚、4脚、2脚、1脚、10脚、5脚、3脚。

如图5所示，自控装置的工作原理如下：装置启动，固化的程序开始执行，依次进行清缓冲区、初始化系统所有设备、启动定时器0和开中断，然后判断是否1S定时到。如果是，清看门狗，清1S定时器；如果否，程序依次执行温度测量计算、湿度测量计算、O₂浓度测量计算、CO₂浓度测量计算。然后判断是否有按键按下，如果是，则执行按键操作，如果否，则执行显示操作。

按键处理程序：如果有按键操作首先判断是否设置温度，如果是，则执行温度设置和显示温度设定值，然后返回主程序循环处；如果否，则判断是否设置湿度。

判断是否设置湿度，如果是，则执行湿度设置和显示湿度设定值，然后返回主程序循环处；如果否，则判断是否设置O₂浓度。

判断是否设置O₂浓度，如果是，则执行O₂浓度设置和显示O₂设置值，然后返回主程序循环处；如果否，则判断是否设置CO₂浓度。

判断是否设置CO₂浓度，如果是，则执行CO₂浓度设置和显示CO₂设置值，然后返回主程序循环处；如果否，则判断是否确认设置值。

判断是否确认设置值，如果是，则新设置值生效，然后执行显示操作；如果否，则判断是否退出。

判断是否退出，如果是，则退出恢复上次设置值，本次设置值无效，然后执行显示操作；如果否，则执行显示操作。

显示部分：判断是否显示当前温度，如果是，则显示当前温度；如果否，则判断是否显示当前湿度。

判断是否显示当前湿度，如果是，则显示当前湿度；如果否，则判断是否显示当前O₂浓度。

判断是否显示当前O₂浓度，如果是，则显示当前O2浓度；如果否，则判断是否显示当前CO₂浓度。

判断是否显示当前CO₂浓度，如果是，则显示当前CO₂浓度，然后执行控制操作；如果否，则直接执行控制操作。

控制部分：判断当前温度是否大于设置温度+0.5摄氏度，如果是，则开压缩机，退出温度控制；如果否，则判断当前温度是否小于等于设置温度。

如果当前温度小于等于设置温度，则关压缩机，退出温度控制；如果否，则判断当前湿度是否大于等于设置湿度。

判断当前湿度是否大于等于设置湿度，如果是，则关加湿器，退出湿度控制；如果否，则判断当前湿度是否小于设置湿度+1％。

如果当前湿度小于设置湿度+1％，则开加湿器，退出湿度控制；如果否，则判断当前O₂浓度是否大于等于设置浓度。

判断当前O₂浓度是否大于等于设置浓度，如果是，则关闭电磁阀停止充氧气，退出O₂控制；如果否，则判断当前O₂浓度是否小于设置浓度+0.2％。

如果当前O₂浓度小于设置浓度+0.2％，则打开电磁阀开始充氧气，退出O₂控制；如果否，则判断当前CO₂浓度是否大于等于设置浓度。

判断当前CO₂浓度是否大于等于设置浓度，如果是，则关闭电磁阀停止充二氧化碳，退出CO₂控制，返回主程序循环开始处；如果否，则判断当前CO₂浓度是否小于设置浓度+0.1％。

如果当前CO₂浓度小于设置浓度+0.1％，则打开电磁阀开始充二氧化碳，退出CO₂控制，返回主程序循环开始处；如果否，则直接执行下一次主程序循环。

本发明的自控装置采用6个按键，4位0.5″LED显示屏，5个φ3发光二极管分别指示温度、湿度、氧气、二氧化碳和工作状态；四路传感器输入分别与氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器连接；四路控制输出由二路阀门控制、一路加湿器控制和一路温度控制组成，二路阀门控制分别与电磁阀连接。在运行显示状态时，4位0.5LED显示屏依次显示温度、湿度、氧气、二氧化碳的当前值，并相应发光二极管点亮。6个按键为：功能键-在运行显示状态，此键可以使显示屏进入参数显示状态；加号键-在参数显示状态，此键可以依次显示温度、湿度、氧气、二氧化碳的设定值，在数字编辑状态，它增加选择的数字；选择键-在参数显示状态，此键可以使显示进入数字编辑状态，在数字编辑状态，它把光标向右移一位；减号键-在参数显示状态，此键可以依次显示二氧化碳、氧气、湿度、温度的设定值，在数字编辑状态，它减小选择的数字；退出键-在参数显示状态，此键可以使显示返回运行状态，在数字编辑状态，它可以终止编辑处理而不改变原先的设定值；回车键-在数字编辑状态，此键可以使设定值生效。

本发明智能化果蔬保鲜实验箱的操作过程如下：将待测水果蔬菜放入冰箱2内，密封好冰箱盖；插好电源，开启氧气瓶阀；设置氧气的浓度、二氧化碳浓度、温湿度；开启抽气泵1将冰箱内的氧气抽到设置条件以下，由于大气中的氧气含量在21％左右，在测定低氧条件下水果蔬菜呼吸强度时，可先通过抽气泵分3-5步将冰箱内的气体抽到设置条件以下，不可以一次将箱内气体抽空，以免缩短传感器的使用寿命，特别是氧气传感器对低压条件比较敏感；抽气后立即补充氮气，这样就能将氧气和二氧化碳浓度降下来，在这个操作过程中一定注意注入氮气时不能使箱体内达到常压状态，要稍低于一个大气压，以便于再注入氧气和二氧化碳，并且每次充气和抽气时，都会使箱内气体瞬间处于不均匀状态，在这期间浓度值是不稳定的，要过段时间才能达到稳定状态。冰箱2内果蔬的氧气和二氧化碳含量、温湿度经传感器感受后，将信号传递给自控装置，然后在显示屏上读出，在设置好氧气浓度、二氧化碳浓度、温湿度数值后，自控装置开始在设定条件下，通过电磁阀7控制冰箱内的温湿度、氧气、二氧化碳变化，直到达到设定值停止。

观察控制器显示屏上二氧化碳浓度的变化，记录单位时间内单位重量的水果蔬菜在不同温度、氧气条件下二氧化碳的释放量，根据二氧化碳的释放量测知水果蔬菜的呼吸强度。

Claims

1.智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：包括密封箱、电磁阀、氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、抽气装置、氧气存储装置、二氧化碳存储装置、氮气存储装置和自控装置，抽气装置与密封箱连接，氧气存储装置、二氧化碳存储装置、氮气存储装置通过电磁阀分别接入密封箱内，氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器安装在密封箱内，自控装置与氧气传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器和电磁阀分别连接。

2.根据权利要求1所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：密闭箱为冰箱，抽气装置为抽气泵，氧气、二氧化碳、氮气存储装置为氧气、二氧化碳、氮气瓶。

3.根据权利要求1或2所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：自控装置包括电源单元、CPU控制单元、检测单元、开关量输出单元、模数转换器U3和显示单元。

4.根据权利要求3所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：CPU控制单元包括单片机U4、看门狗U2、存储器U5、接口JP1，单片机U4分别与看门狗U2、存储器U5、接口JP1、开关量输出单元、模数转换器U3相连接。

5.根据权利要求3所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：显示单元包括寄存器U1、接口JP2、发光二极管LED、三极管P1～P4、按键S1-S6，接口JP2一路与接口JP1连接、一路通过电阻和三极管P1～P4与发光二极管LED接口连接，寄存器U1一路与接口JP2连接、一路通过电阻与发光二极管LED接口连接、一路与按键S1-S6连接。

6.根据权利要求3所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：电源单元包括两个稳压器V1、V2和一个由二极管D1-D4组成的整流桥。

7.根据权利要求3所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：检测单元由温度检测器、湿度检测器、O2气检测器、CO2检测器和二极管D9-D12组成。

8.根据权利要求4所述的智能化果蔬保鲜实验箱，其特征在于：开关量输出单元由二极管、三级管、电阻和四个继电器组成。