一种仓储PH₃气体浓度监控装置的制作方法

专利名称：一种仓储PH₃气体浓度监控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仓储中PH3杀虫气体的安全监控装置，属于气体浓度监控技术领 域。
背景技术：
烟草、粮食等在储存过程中，为防止发生虫害，要定期采取杀虫措施，当前最常见 的方法是用磷化物产生的PH3气体熏蒸杀虫。磷化氢是一种极易自燃且剧毒的气体，当空 气中浓度超过1200ppm时即可能发生爆炸。目前，PH3气体浓度的控制方式一般为工作人员 利用磷化氢浓度检测仪器对仓库内的磷化氢浓度进行定期的采集，当仓库内浓度过高时， 通过通风措施，降低的磷化氢气体浓度，该方式劳动强度高，实时性差，并且产生极大的安 全隐患，在应用中有极大的限制
发明内容

针对现有仓储PH3气体浓度监控方式存在的不足，提高杀虫过程中的自动化程度 和安全性，本发明提供一种自动化程度高、能够实现浓度监测与浓度控制相结合的仓储PH3 气体浓度监控装置。 本发明的仓储PH3气体浓度监控装置是通过以下方案实现的 该仓储PH3气体浓度监控装置包括气体浓度测量装置和通风装置；气体浓度测量
装置包括单片机、PH3传感器、直流稳压电源以及塑料壳体，除了ra3传感器的探头露出壳体
以外，单片机、P4传感器的其他部分和直流稳压电源均密封在塑料壳体内，单片机和PH3传 感器均与直流稳压电源连接，PH3传感器通过线路与单片机的A/D转换器相连；通风装置包 括一个进风扇和一个排风扇，进风扇和排风扇的前面都设有可控制开关的换气口 ，进风扇 和排风扇内设有控制电路，可控制开关的换气口的控制电机以及进风扇和排风扇的控制电 路均与气体浓度测量装置中的单片机连接。 所述可控制开关的换气口包括塑料板、导轨、内螺纹杆、外螺纹杆和步进电机，塑 料板的内侧四周安装有橡胶密封圈，塑料板的四角安装有导轨，内螺纹杆固定在塑料板的 中央，并与外螺纹杆的一端连接，外螺纹杆的另一端与步进电机连接。步进电机带动外螺纹 杆旋转，从而使塑料板前后运动。设定好步进电机合适的转动方向和转动圈数即可实现通 气孔的开启和闭合。 所述换气扇由扇叶和电机构成，电机和控制电路均在换气扇的塑料外壳之内，防 止气体腐蚀电路。 气体浓度测量装置的各部分密封在塑料外壳内，可以防止强腐蚀的PH3气体腐蚀 电路系统。单片机通过控制电路控制通风装置换气口的开关和换风扇的运行。P^传感器 的探头采集外界PH3浓度，并将化学信号转化成电信号传递给单片机的A/D转换器。单片 机是整个装置的控制核心，单片机每隔20秒取一次A/D转换器采集的数据，将其转化为浓 度值(ppm)，并与安全阀值a做比较。当大于安全阀值a时，此时监测环境PH3浓度过高，通过单片机的两路I/0端口分别发送控制信号控制排风口打开，排风扇开启；另两路I/0端口
的控制信号控制远处的一进风口打开，进风扇开启。此时单片机继续每隔20秒取一次A/D 转换器采集的数据，当获得的浓度值小于安全阀值b时(b < a，安全阀值b由用户自己设 定)，则关闭两套换气设备。 本发明通过单片机通过PH3传感器实时监测环境中的PH3浓度，当环境浓度过高 时，自动控制通风设备降低仓库中的PH3浓度，提高了杀虫作业中的自动化程度，实时性和 安全性强，具有很强的实用价值。


图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的运行流程图。 图3是本发明中可控制开关的进气口的结构示意图。
图4是本发明中换气扇的控制电路。
图5是本发明中步进电机的控制电路。 图中1、单片机，2、PH3传感器，3、可控制开关的换气口，4、可控制开关的换气口， 5、进风扇，6、排风扇，7、塑料板，8、导轨，9、内螺纹杆，10、外螺纹杆，11、步进电机，12、换气扇。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的仓储PH3气体浓度监控装置包括气体浓度测量装置和通风 装置。气体浓度测量装置包括单片机1、^3传感器2、稳压直流电源和塑料壳体外壳，单片 机1和PH3传感器2均与直流稳压电源连接，PH3传感器2通过线路与单片机1的A/D转换 器相连。。通风装置包括两个换气扇，一个是进风扇5，一个是排风扇6，进风扇5的前面设 有可控制开关的进气口 3，排风扇6的前面设有可控制开关的排气口 4。
如图3所示，通风装置安装在仓库的墙壁内，可控制开关的进气口 3和可控制开关 的排气口 4包括塑料板7、导轨8、内螺纹杆9、外螺纹杆10和步进电机11。方形塑料板7 用于关闭换气口 ；在塑料板7的内侧四周安装有橡胶密封圈，当塑料板7关闭换气口时，橡 胶密封圈起密封作用；塑料板7的四角安装有导轨8，导轨8伸入墙内宽松的安装口内，起 固定塑料板7、防止塑料板7前后移动时旋转的作用。内螺纹杆9固定在塑料板7的中央， 并与外螺纹杆10的一端连接。外螺纹杆10的另一端与步进电机11连接。步进电机11带 动外螺纹杆10旋转，从而使塑料板7前后运动。设定好步进电机11合适的转动方向和转 动圈数即可实现通气孔的开启和闭合。换气扇12位于步进电机11的后面。
单片机1采用Microchip公司出品的PIC18F4620的产品，它具有13路输入的10 位A/D转换器，4个16位定时器/计数器，4个8位双向I/O 口，完全可以满足实际应用中 的需要。其中，AN0为PH3传感器2的输入端。1/0 口中的RC0 3，RC4 7分别为进气口 和出气口的步进电机的控制输出端，控制换气口的开关。RB0、 RB1分别为进风扇5和排风 扇6的控制输出端。使单片机2能正常工作的其它基本外围电路在此不再赘述。
换气扇12的控制电路如图4所示。继电器由S8050三极管来驱动，单片机1初始 化后的RB0、 RB1为低电平，三极管的基极被拉低到零伏左右，三极管截止，故继电器处于断
4开状态，换气扇不通电；当单片机l控制RB0、RBl为高电平后，+5伏电源通过电阻使三极管 导通，此时继电器处于吸合状态，换气扇通电运行。继电器线圈两端反相并联的二极管是起 到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管。 步进电机ll的控制电路如图5所示。单片机(PIC4620) 1的RC0 3通过ULN2003 驱动步进电机11。由步进电机11的特性可得，RCO 3依次输出1000、0100、0010、0001的
脉冲，此时步进电机正转，转过4e (e为每个脉冲信号使步进电机转过的角度)，所以通过
循环输出这些脉冲信号，即可控制步进电机正转过若干圈，此时换气孔打开；反之，RCO 3 依次循环输出相同轮数的0001、0010、0100、1000的脉冲信号，即可实现换气孔关闭。RC4 7的引脚的控制方式与RCO 3完全一致。 由于PH3气体的特殊性，本发明的整个装置需进行以下特殊处理 (1)由于PH3气体的强腐蚀性，所以内部电路需安装在塑料外壳内，排风扇等暴露
在空气中的部件均为塑料制。 (2)由于^3气体的剧毒特性和可以在空气中快速氧化的特性，通风装置需通过导 气管道将气体排放到仓库顶的大气中，使其快速扩散并氧化，防止毒气危害到仓库周边人员。 (3)由于仓储杀虫采用的PH3气体一般是通过磷化物与空气中水汽发生化学反应 产生，故当外界湿度比较大时，需在进气口外侧加一层空气过滤网，过滤网内加干燥剂，防 止进入大量潮湿的空气，从而加快PH3气体的产生速度。 (4)PH3传感器采集点应距离换气口较远的距离，防止距离太近，影响测量的准确 性。进风口与排风口也需距离较远的距离，防止影响通风质量。
本发明的运行按单片机1内的程序流程进行，运行流程如图2所示。
(1)将气体浓度测量装置放置于合适的测量位置，启动系统。单片机1初始化， RB0，RB1，RC0 3，RC4 7均输出低电平。设置看门狗定时器(WDT)，预分频器选取合适的 分频比，使其定时周期大约为20S(实例中RC振荡频率为4MHZ，故选择定时周期为16. 3S)。
(2)启动看门狗定时器(WDT)，单片机1休眠，当到达WDT的定时周期20S时，产生 一次溢出中断，唤醒单片机1。单片机1通过ANO引脚获得1^3传感器2采集的模拟信号， 通过自身的A/D模块转化为数字信号并计算出实际的PH3浓度值。当采集的PH3浓度值超 过安全阀值a时，此时环境PH3浓度值过高，故通过RCO 3和RC4 7正向循环输出若干 轮的脉冲信号，控制步进电机11正向转动若干圈，实现换气口打开，然后置引脚RB0、RB1转 为高电平，继电器吸合，排风扇运行。之后，单片机1继续按上述步骤采集环境PH3浓度值， 当其值降低到安全阀值b以内(b < a，安全阀值b由用户自己设定)，则按照上述相反的操 作，置引脚RBO、 RB1转为低电平，从而关闭换气扇，然后通过RCO 3和RC4 7反向循环 输出若干轮脉冲信号，控制步进电机反向转动若干圈，实现换气口关闭。系统从新初始化， 重复之前的所有操作。
权利要求
一种仓储PH3气体浓度监控装置，包括气体浓度测量装置和通风装置；其特征在于气体浓度测量装置包括单片机、PH3传感器、直流稳压电源以及塑料壳体，除了PH3传感器的探头露出壳体以外，单片机、PH3传感器的其他部分和直流稳压电源均密封在塑料壳体内，单片机和PH3传感器均与直流稳压电源连接，PH3传感器通过线路与单片机的A/D转换器相连；通风装置包括一个进风扇和一个排风扇，进风扇和排风扇的前面都设有可控制开关的换气口，进风扇和排风扇内设有控制电路，可控制开关的换气口的控制电机以及进风扇和排风扇的控制电路均与气体浓度测量装置中的单片机连接。
2. 根据权利要求1所述的仓储PH3气体浓度监控装置，其特征在于所述可控制开关的 换气口包括塑料板、导轨、内螺纹杆、外螺纹杆和步进电机，塑料板的内侧四周安装有橡胶 密封圈，塑料板的四角安装有导轨，内螺纹杆固定在塑料板的中央，并与外螺纹杆的一端连 接，外螺纹杆的另 一端与步进电机连接。
3. 根据权利要求1所述的仓储^3气体浓度监控装置，其特征在于所述换气扇由扇叶 和电机构成，电机和控制电路均在换气扇的塑料外壳之内。
全文摘要
本发明提供了一种仓储PH3气体浓度监控装置，包括气体浓度测量装置和通风装置；气体浓度测量装置包括单片机、PH3传感器、直流稳压电源以及塑料壳体，单片机、PH3传感器的部分和直流稳压电源均密封在塑料壳体内，单片机和PH3传感器均与直流稳压电源连接，PH3传感器通过线路与单片机的A/D转换器相连；通风装置包括一个进风扇和一个排风扇，进风扇和排风扇的前面都设有可控制开关的换气口，进风扇和排风扇内设有控制电路，可控制开关的换气口的控制电机以及进风扇和排风扇的控制电路均与单片机连接。本发明通过单片机通过PH3传感器实时监测环境中的PH3浓度，提高了杀虫作业中的自动化程度，实时性和安全性强。
文档编号F24F7/00GK101713581SQ20091023081
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者朱博, 陈曙 申请人:山东大学