一种印刷车间环境监测调控系统的制作方法

本发明属于印务技术领域，涉及到一种印刷品的仓储保存方式，具体涉及到一种印刷车间环境监测调控系统。

背景技术：
按规范化标准的要求，胶印车间环境应该是恒温、恒湿，该温湿度下有利于防止纸张变形，提高产品套印精度，而且也能保证油墨的印刷适性。但实际上，由于各地区气候条件不同，企业对胶印车间环境投资情况不同，致使多数生产厂仅采用空调调节，手动设定温度，很难保证胶印车间环境的恒温、恒湿和恒压，由此给胶印生产带来一些实际困难。

技术实现要素：
本发明提供一种印刷车间环境监测调控系统，解决了传统技术中印刷车间温湿度和气压控制不能满足印刷要求的问题。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种印刷车间环境监测调控系统，包括控制模块、通信模块、新风模块、温湿度气压采集模块、除湿调温模块、加湿模块和终端设备，所述温湿度气压采集模块采集环境的温湿度及气压数据，通过中继节点发送给控制模块，所述控制模块根据温湿度及气压信息控制新风模块、除湿调温模块和加湿模块，并将数据通过通信模块发送给终端设备，终端设备远程调控车间的温湿度及气压环境；所述温湿度气压采集模块包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元包括两个半导体应变片Rε1和Rε2，半导体应变片Rε1和Rε2设在半径为r0的圆形膜片上，圆形膜片设在U型支座上，膜片与U型支座间形成一个干燥的空气密封腔，两个半导体应变片受到膜片内外两侧的压力差和温度激励作用下输出电阻响应，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，信号处理单元通过数据解耦分离出温度、湿度和相对湿度数据。所述控制模块包括中央处理单元、存储器单元、I/O接口单元和PID控制单元，存储器单元与中央处理单元连接，中央处理单元通过I/O接口单元和PID控制单元与通信模块、新风模块、温湿度气压采集模块、除湿调温模块和加湿模块连接。所述的新风模块包括空气全热交换单元，将印刷间与室外的空气进行交换同时交换热量，所述空气全热交换单元为板翅式静止型全热交换器。所述的加湿模块包括超声波发生器和水软化装置，超声波发生器将经过水软化装置处理过的水汽化，增加环境湿度。所述的半导体应变片Rε1设置在圆心位置，Rε2设置在膜片0.89r0的圆上，两个半导体应变片在气压激励下各自产生的电阻增量数值相同，正负相反。所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号到信号处理单元。所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ＝ln2·C·R，式中τ为输出脉宽，R是电路接收的半导体应变片的电阻响应值，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所接电阻R成正比。所述圆形膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应变片区，以半径0.63r0的同心圆为界。所述信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位温湿度气压采集模块安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值。所述信号处理单元中设有温度饱和水汽分压表，信号处理单元通过当前温度值调用相应的饱和水汽分压值。本发明有益效果是:本发明提供的有益效果维持印刷车间恒温，恒湿，恒压，使用带有热交换功能的新风系统，自动化调控，远程控制。考虑到各个位置的温湿度气压采集模块所接受或发出的数据，误差分析。当某一个温湿度气压采集模块数值明显偏离正常量时及时报警，提醒检查错误原因，更换有问题的温湿度气压采集模块,附图说明下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是本发明的具体实施方式的印刷车间环境监测调控系统的工作原理框图。图2是本发明的具体实施方式的所述的控制模块的原理框图。图3是本发明的具体实施方式的新风系统结构简图。图4是本发明的具体实施方式的温湿度气压采集模块中应变片的安装示意图。图5是本发明的具体实施方式的温湿度气压采集模块的结构示意图。图6是本发明的具体实施方式的应变片的应变分布图。图7是本发明的具体实施方式的温湿度气压采集模块工作原理结构框图。图8是本发明的具体实施方式的温湿度气压采集模块的信号流程框图。图9是本发明的具体实施方式的脉宽信号转换电路图。其中，1为U型支座，2为空腔，3为膜片，4为半导体应变片Rε1，5为半导体应变片Rε2。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。一种印刷车间环境监测调控系统，如图1所示，该系统包括控制模块、与控制模块分别连接的通信模块、新风模块、温湿度气压采集模块、除湿调温模块和加湿模块，环境采集模块采集印刷车间环境的温度、湿度和压力的数据，分布在室内的各个监测节点经中继节点汇总节点，将信息分析处理，并实时发送给控制模块。控制模块对数据分析，并根据处理后的数据对新风模块、环境采集模块、除湿调温模块和加湿模块进行控制。通过通信模块连接终端设备，实现终端设备实时监控室内温湿度及压力信息并对控制部件进行智能调控的目的。如图2所示的控制模块，包括电源、双CPU中央处理单元、存储器单元、I/O接口单元，其中中央处理单元是可编程逻辑控制器的控制中枢，可以根据程序处理数据。为了进一步提高可编程中央处理单元的可靠性，采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。采用闭环PID控制单元控制参数的自动调整或自动校正，利用PID控制单元实现压力、温度、湿度的控制。本发明的加湿模块包括让超声波发生器，超声波发生器将电能转化成机械能，产生170万次/秒的高频震荡，将水雾化成直径小于5um的超微粒子，将水汽化，通过管道均匀的输送到室内，再通过风动装置扩散到空气当中以增加环境湿度。除湿调温模块通过空调实现除湿或调温，恒温除湿时通过蒸发器将冷却了的空气再加热到原来的温度，然后再送入室内。压缩机间歇开启，制冷系统作间断性制冷循环，产生的制冷量大部分用于平衡室内空气的潜热，即水蒸气变成冷凝水。小部分用于平衡显热，即降低一些室内温度。如此不断地循环，空调的制冷只用于冷凝，使室温保持在设定值附近，同时又大量地除去空气中的湿气，这样室内环境在湿度下降的情况下保持了温度的相对恒定。如图3所示新风模块，为达到对湿度的精确控制和节能要求，保持室内正压，将室内污染空气排出，并不断送入经过预热或预冷及过滤的洁净室外空气。采用空气全热交换单元。采取多点风口降温、循环风道的方式，使室内空气得到充分的流动，及时排除废气送入干净的空气，保持印刷车间的正压，可防止热量或室外空气通过门窗等渗入房间，影响房间制冷、制热效果以及房间内相对湿度、含尘量。通过新风单元在室内带动空气循环，形成恒定湿度空间，通过设备过滤掉室外空气粉尘及其他污染物，补充室内新鲜空气。新风模块采用一种空气与空气直接交换式全热回收器静止型板翅式的空气全热交换单元，它不需要通过中间媒质进行换热，也没有转动系统，结构简单，可连续不断的提供高性能和高效率的换气，将吸入的新鲜空与室内空气进行热交换，使室外的空气温度接近至室内空气温度后送入室内。此外，本发明中为了增大数据采集的准确性，提供了一种新型温湿度气压采集模块用来检测温度和湿度数据，温湿度气压采集模块利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，即经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差，成正比。而大气环境温度则与敏感元件的计数之和呈单值对应函数关系。在转换量程范围内均有充分而必要的分辨力。传统的湿敏元件在对水汽的吸附和解析过程中时滞较长，故动态特性不好，而本装置中的弹性元件和应变片则对输入信号响应较快。一、大气状态参数道尔顿定律指出，混合大气的总压力等于各组成气体的分压力之和，如公式(1)所示：PM＝Pd+PW(Pa)(1)式中PM(Pa)为混合气体的总压力，Pd(Pa)为干燥大气的分压力，PW(Pa)为空气中所含水蒸气分压力，其中PW在PM占最大份额，仅为5％左右，故PM和Pd压力均比较接近标准大气压。相对湿度(RH％)的公式为：式中表示相对湿度，PWS为大气压在某一温度下，饱和水汽分压力(Pa)，它随温度而变，可通过已知温度查表或由回归拟合曲线方程求得。由公式(1)可得，若通过仪表能测出差压PM–Pd，即可计算出PW，再以所测温度，在湿空气密度、水蒸气压力、含湿量对照表中找到PWS，便可由公式(2)算出相对湿度(RH％)。二、应变片及其转换特性温湿度气压采集模块中应变片的安装示意图如图4所示，温湿度气压采集模块的结构示意图如图5所示，应变片的转换特性及应变分布如图6所示。温湿度气压采集模块整体是一个圆柱外形外壳，外壳包括杯形支座1和黄铜膜片3，黄铜膜片3覆盖在杯形支座1上，二者之间形成一个空气密封腔3，两个半导体应变片安装在黄铜膜片3上，通过测量半导体应变片的电阻变化计算出温湿度气压采集模块安装环境中的温度、相对湿度和大气压数据。分析计算温度、相对湿度和大气压所需的二次转换单元、信号处理单元可以安装在黄铜膜片上3上，也可以安装在杯形支座的侧边，通过线路连接传递信号。混合大气压PM均匀作用于弹性膜片的外表面，于是膜片两侧的差压为：ΔP＝PM–Pre＝PW+Pd-Pre(Pa)(3)式中Pre＝4·104(Pa)为密封腔中设定的参照压力，Pd＝101325(Pa)为标准大气压，从而可算出大气中水汽分压力PW(Pa)在差压ΔP作用下，膜片表面上应力和应变的分布如下式所示：径向应力：径向应变：式中，本发明中选用黄铜膜片弹性更好，E(Pa)为膜片弹性模量，约为7*1010Pa，μ约为0.33，为泊松比，r0为圆形膜片3的外半径40(mm)，h为圆形膜片3的膜片厚度0.1(mm)，b为杯形支座的厚度5(mm)，杯形支座的高度10(mm)，ΔP作用在膜片两侧的差压(Pa)，r(mm)为观察点的半径。若将已知常数代入(4)式，可得圆心应力σr＝0＝8*104*ΔP(Pa)(6)应变片的灵敏系数Kε和转换特性如公式(7)所示：式中R0为t＝0℃和εr＝0时应变片电阻(Ω)，Kε约为125，ΔRε则为应变片在εr激励下电阻的变化量(Ω)，将(6)式代入(7)可得：若将E＝7*1010Pa代入式可知，应变片所能输出的相对电阻变化，在最大量程下也只有10-2量级，故需在装置中加入二次变换和信号处理电路，以获取所需的灵敏度和分辨力。三、二次变换和信号传送流程工作原理结构框图如图7所示，温湿度气压采集模块包括半导体检测单元、二次转换单元、信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，信号处理单元连接数据处理模块，数据处理模块接收信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。信号流程框图如图8所示，二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路由555定时器C1和C2组成，二次转换单元和信号处理单元还设有选通开关，选用C3开关，信号处理单元主要组成为C4单片机。图8中Rε1和Rε2在PW和t激励下，各自产生不同的R1和R2响应，它们经两个相同的脉冲信号转换电路的C1、C2芯片555变换后，各自产生τ1和τ2(S)脉宽输出，该脉宽信号经C3开关选通后再送至C4单片机进行信号处理。脉冲信号转换电路如图9所示，电阻R连接在C定时器555的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。由于应变片的不同，两个脉冲电路中的电阻和输出脉宽可以用R1和R2、τ1和τ2表示。脉宽转换公式：τ＝ln2·C·R(S)对应到两个脉冲信号转换电路即为：τ1＝ln2·C0·R1(S)(9)τ2＝ln2·C0·R2(S)(10)式中τ1和τ2为两个半导体应变片对应的两路脉宽输出信号，R1和R2为半导体应变片的电阻变化值计量单位为Ω，C0(F)为云母标准电容，约为0.72×10-6F，上式表明脉宽输出与各自所接电阻R1和R2成正比。四、在多因素输入时，合成响应的解耦处理在τ1和τ2中隐含有水汽分压PW和温度t两种信息，如何能让其在后续的数据处理中分离，需通过数据解耦技术来实现信息分离和复原。R1和R2电阻变化公式为：式中R0＝1000Ω为基准电阻；B＝4850(K)为半导体应变片的阻温系数；T0＝273(K)为参照温度；T(K)为输入温度；ΔRε1和ΔRε2分别为R1和R2在大气压力激励下各自产生的电阻增量。由以上两式可知，如能让ΔRε1和ΔRε2数值相同，但正负相反，即(11)和(12)式可变成：将以上两式相减或相加，就可分离出PW和t两种输入信息，即相加时R1+R2＝ft(T)，和相减时R1-R2＝fε(PW)，即和与差的结果只与单一输入信息一一对应，ΔRε1＝-ΔRε2＝ΔRε。参见图5，整个膜片外表面在差压ΔP作用下，以半径r＝0.63r0为界，区分为正负两个应变区。靠圆心部分内圆为正ε区，而靠周边外圆部分则为负ε区，在此两个区域的合适位置上，可以找到ε数值相等但极性相反的两个点，其一在圆心处，r1＝0，而另一点经(5)式计算为r2＝0.89r0处。在此两点上配置两片性能相同的半导体应变片，并让其中心与膜片上参照点重合，于是就实现了(13)和(14)式的定量关系。将(13)式加(14)式得上式中已消除了ε信息对(R1+R2)数量上的干扰，然而R1和R2分别联接到555芯片的充放电电路中，故已无法将R1和R2直接相加，此时就需经过数据运算处理来实现。若让脉宽τ1和τ2在单片机中对时钟频率f0计数，则有计数值N1和N2为：N1＝τ1·f0(16)N2＝τ2·f0(17)τ1+τ2＝(N1+N2)/f0(S)(18)联立以上公式，并经过整理可得：摄氏温度：t＝T-273(℃)(20)式中各常系数是在R0＝1000Ω，C0＝7.2*10-6F和f0＝10MHZ条件下算出的。从R1和R2的二次转换信息中分离出应变和水蒸气分压PW等信息，将(13)式减去(14)式，可得R1-R2＝2ΔRε＝2R0Kε·ε(Ω)(21)再利用τ1-τ2＝(N1-N2)/f0和(5)、(9)、(10)式等联立，经整理可得，ΔP＝10·(N1-N2)(Pa)(22)公式(19)和(22)即为温湿度气压采集模块的两种输入-输出特性方程，均有足够的灵敏度和分辨力。已知式中PWS可通过温度t经查表或下述回归方程算出，PWS＝a·EXP(b·t)(Pa)(23)式中a为6.16(Pa)，b为0.064(1/℃)为拟合常数，于是得PWS＝6.16·EXP(0.064·t)(Pa)(24)大气压力不是一个定值，随着地区海拔高度的不同而存在差异，同时还随季节温度变化而稍有改变，对PW计算可近似地用下式描述：PW＝ΔP+Pre-Bf(T)+h·8.76(Pa)(25)式中h为当地海拔高度(m)，系数8.76(Pa/m)为大气压衰减斜率，f(T)为温度修正系数可经过实验测量数据的拟合曲线而加以估算。由于在沿海地区冬夏气压变化比为1.02，而在青海地区冬夏比仅为1.0026。均随温度下降而略有增加。故当不考虑温度微小影响，且在沿海地区时，(25)式可简化为：PW＝ΔP+(Pre-B)＝10(N1-N2)+(Pre-B)(Pa)(26)本文解析过程的理论基础之一是标准大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，公式(3)中Pd应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。所以本发明在信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位温湿度气压采集模块安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值即温湿度气压采集模块中的干燥空气腔内的分压力，结合信号处理单元计算出的大气中水蒸气分压力值，进而利用公式(1)：PM＝Pd+PW(Pa)计算出混合大气的压力值，即安装点的压力值。至此，温度、相对湿度和大气压的数值都能计算求解出来。本发明提供的温湿度气压采集模块具有结构简单、易于实施。本发明中经解析法得到：大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，即经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差，成正比，而大气环境温度则与敏感元件的计数之和的对数成反比关系。本文解析过程的理论基础是物理大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。