专利名称：一种主动增温室实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种主动增温室实验装置，特别是一种通过控制增温室内气温、 地温来实现温度自动控制的装置。
背景技术：
增温室是研究全球变暖与陆地生态关系的主要设备之一，其研究结果可为陆地生 态系统的中长期动态模型验证和预测提供关键的参数估计(请参考《植物生态学报》杂志 2007年第2期中牛书丽等人所著的《全球变暖与陆地生态系统研究中的野外增温装置》一 文)。目前，各种生态系统的温度控制装置可分为4大类⑴温室和开顶箱；(2) 土壤加热 管道和电缆；(3)红外线反射器；(4)红外线辐射器。上述各种增温装置，单纯对土壤或空气 进行增温，不能很好地反映自然增温过程，对温度升高的幅度和特征模拟还不够理想，不能 主动控制增温过程。
实用新型内容本实用新型所解决的技术问题是提供一种新型主动增温室装置，对空气和土壤 同时进行加温，使其比较符合实际的自然增温过程，并采用嵌入式工控机闭环控制和智能 PID控制算法提高其控制精度。本实用新型为解决其技术问题所采取的技术方案是一种主动增温室实验装置，包括增温室和自动监控装置两部分，增温室由框架、室 壁、空气散热器、土壤加热电缆、轴流风机和底座六部分组成。增温室为六边形铝合金框架 结构，高3m，边长1. 5m。自动监控装置包括用于地温、气温检测的在线式温度传感器及其变 送器，用于控制空气散热器、土壤加热电缆的可编程控制器，用于控制风机转速的变频调速 器，嵌入式工控机以及上位机，所述的温度变送器、可编程控制器、变频调速器连接嵌入式 工控机，然后将测控信息传输至上位机，上位机显示并打印当前测控数据。并向所述的嵌入 式工控机包括用于比较温度传感器测量值与预设值，并选择性地向可编程控制器或变频调 速器发出指令，所述的可编程控制器连接空气散热器、土壤加热电缆，所述的变频调速控制 器连接轴流风机。本实用新型的构思为由空气散热器对室内空气进行加温、土壤加热电缆对土壤 进行加温，由轴流风机抽吸室外冷空气对增温室降温。风机在运行的过程中采用PWM变频 调速的对轴流风机的转速和流量进行调节。本实用新型的优点与积极效果为1.能够使气体均勻地进入气室内部对气流和土壤进行同时加温，使其比较符合实 际的自然增温过程。2.能够同时控制地温和气温的增温过程，避免只提高地温或气温的情况。3.使用了闭环反馈控制和智能PID控制算法，提高了控制测量精度，能够主动控 制增温过程特征。
3[0011]4.采用RS485通讯，不仅可以实现数据的长距离传输，而且方便以后系统的扩展升级。
图1是增温室结构前视图。图2是增温室结构俯视图。图3是主动增温室实验装置的系统图。图4是控制系统总图。图5是计算机控制过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详述。如图1 3所示，一种主动增温室实验装置，包括增温室和自动监控装置两部分， 增温室由框架1、室壁2、空气散热器3、土壤加热电缆4、轴流风机6和底座六部分组成。增 温室为六边形铝合金框架结构，高3m，边长1. 5m。自动监控装置包括用于地温、气温检测的 在线式温度传感器5及其变送器7，用于控制空气散热器、土壤加热电缆的可编程控制器8， 用于控制风机转速的变频调速器9，嵌入式工控机10以及上位机11，所述的温度变送器7、 可编程控制器8、变频调速器9连接嵌入式工控机10，然后将测控信息传输至上位机，上位 机显示并打印当前测控数据。并向所述的嵌入式工控机10包括用于比较温度传感器测量 值与预设值，并选择性地向可编程控制器8或变频调速器9发出指令，所述的可编程控制器 8连接空气散热器、土壤加热电缆4，所述的变频调速控制器9连接轴流风机6。如图4所示，主动增温室自控系统，由在线式气温、地温传感器5获取当前增温室 内外气温、地温温度数据，并以电流信号传输至温度变送器7。温度变送器7将采集结果通 过RS232/485转换器送往嵌入式工控机10，嵌入式工控机10根据温度设置等信息，通过智 能PID控制算法程序产生控制程序，并向可编程控制器8和变频调速器9发出指令，空气散 热器3、土壤加热电缆4或轴流风机6进行相应的动作，从而达到控制增温室内气温、地温目 的。经嵌入式工控机10简单处理后的测控信息，经过另一路RS232/485转换器送至上位机 11。如图5所示，程序运行时，首先在上位机控制软件窗口设置参数，即增温室内气温 和地温控制的目标值，测量温度的量程及采集数据的频率，嵌入式工控机把采集到的数据 传回上位机，上位机对采集到的数据进行显示和记录。嵌入式工控机控制室壁散热器，及 土壤加热电缆，并以低频PWM变频调速方式控制轴流风机6转速。实例控制增温室内气温比其外高0.6°C，地温比室外高0.6°C。运行上位机里的监控软件，设置温度传感器的量程为-30 50°C，设置室内外气 温差的目标值为0.6°C，地温差的目标值为0.6°C，设定数据采集时间间隔为10秒。单片机 每10秒通过RS232转换电路。嵌入式工控机判断当前室内外地温、气温差是低于或高于 0.6°C，当低于，则判断空气散热器和土壤加热电缆应打开；当高于时则不打开，并启动轴流 风机工作。同时，嵌入式工控机进行简单处理后经过另一路RS232/485转换电路把结果送 往上位机，上位机将全部测控参数记录于数据库内。如此循环，从而达到自主控制增温室内温度的目的。
权利要求一种主动增温室实验装置，其特征在于包括增温室和自动监控装置两部分，增温室由框架(1)、室壁(2)、空气散热器(3)、土壤加热电缆(4)、轴流风机(6)和底座六部分组成，增温室为六边形铝合金框架结构，高3m，边长1.5m，自动监控装置包括用于地温、气温检测的在线式温度传感器(5)及其变送器(7)，用于控制空气散热器(3)、土壤加热电缆(4)的可编程控制器(8)，用于控制风机转速的变频调速器(9)，嵌入式工控机(10)以及上位机(11)，所述的温度变送器(7)、可编程控制器(8)、变频调速器(9)连接嵌入式工控机(10)，嵌入式工控机(10)通过RS232/485转换器与上位机(11)连接，所述的可编程控制器(8)连接空气散热器(3)、土壤加热电缆(4)，所述的变频调速控制器(9)连接轴流风机(6)。
2.根据权利要求1所述的一种主动增温室实验装置，其特征在于所述的温度传感器 (5)为钼热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的一种主动增温室实验装置，其特征在于所述的空气散热器 (3)为柱式电热型空气散热器。
专利摘要一种主动增温室实验装置，包括增温室和自动监控装置两部分，增温室由框架、室壁、空气散热器、土壤加热电缆、轴流风机和底座六部分组成。自动监控装置包括用于地温、气温检测的在线式温度传感器及其变送器，用于控制空气散热器、土壤加热电缆的可编程控制器，用于控制风机转速的变频调速器，嵌入式工控机以及上位机，所述的温度变送器、可编程控制器、变频调速器连接嵌入式工控机，然后将测控信息传输至上位机，上位机显示并打印当前测控数据。并向所述的嵌入式工控机包括用于比较温度传感器测量值与预设值，并选择性地向可编程控制器或变频调速器发出指令，所述的可编程控制器连接空气散热器、土壤加热电缆，所述的变频调速控制器连接轴流风机。本实用新型提供一种自动监控增温室的温度、控制精度高的主动增温室装置。
文档编号B01L7/00GK201644121SQ20092014960
公开日2010年11月24日 申请日期2009年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者任东兴, 刘光生, 李春杰, 武晓刚, 王一博, 王根绪, 胡宏昌, 范晓梅 申请人:兰州大学