專利名稱：一種果蔬保鮮運輸用變量加濕系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及果蔬保鮮運輸?shù)募訚耦I(lǐng)域，具體涉及一種具有變量控制的果蔬保鮮運 輸用加濕系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
濕度是保持水果新鮮度和商品性的重要參數(shù)之一。大多果蔬產(chǎn)品要求高濕的貯藏 環(huán)境。干燥會促進呼吸，產(chǎn)生生理傷害，所以較高的貯藏濕度，不僅有利于休眠，還可抑制其 呼吸速率。傳統(tǒng)的保鮮運輸車主要采用降溫的方式進行低溫貯藏，而在降溫過程中，大量水 蒸氣在蒸發(fā)盤管凝結(jié)，導(dǎo)致環(huán)境相對濕度大大降低，從而引起果蔬在運輸過程中的品質(zhì)下 降和干耗等問題。據(jù)統(tǒng)計，運輸過程中，香蕉的干耗率可達到/天，果蔬在運輸過程中的 平均干耗可達5%。當(dāng)果蔬的失水量達到它們初始重量的3% 5%時，果蔬表面出現(xiàn)可見 的皺縮或萎蔫，嚴重影響果蔬的品質(zhì)和商品價值。因此控制適宜的空氣濕度對減輕果蔬萎 蔫、保持果蔬耐貯性、減少果蔬的干耗等具有重要的作用。2008年我國水果總產(chǎn)量為9700 萬噸，蔬菜總產(chǎn)量為5. 6億噸，果蔬在運輸過程中產(chǎn)生的品質(zhì)下降和干耗等問題直接導(dǎo)致 農(nóng)產(chǎn)品大量損失，影響農(nóng)民增收，使地方特色優(yōu)勢農(nóng)業(yè)缺乏市場優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種果蔬保鮮運輸用變 量加濕系統(tǒng)。本發(fā)明具有準(zhǔn)確度高、有效防止堵塞、加濕過程清潔無污染、液位監(jiān)控功能、防 滴漏設(shè)計和人機交互等優(yōu)點。本發(fā)明的目的之二還在于提供一種果蔬保鮮運輸用變量加濕系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。本發(fā)明的目的之一是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種果蔬保鮮運輸用變量加濕系 統(tǒng)，包括供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號采集模塊和噴霧裝置，所述供氣系統(tǒng)、供水系 統(tǒng)和信號采集模塊分別與控制系統(tǒng)相連，所述供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)分別與噴霧裝置相連。所述供氣系統(tǒng)包括依次相連的空氣壓縮機、氣路穩(wěn)壓器和氣路電控閥；所述供水 系統(tǒng)包括依次相連的液位傳感器、儲水箱、水泵和液路比例電磁閥；所述控制系統(tǒng)包括相連 的ECU (Electronic Control Unit，電子控制單元)和人機交互界面，所述ECU包括主機模 塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊；所述氣路電控閥分別與ECU 和噴霧裝置相連，所述液位傳感器與ECU相連，所述液路比例電磁閥分別與噴霧裝置和ECU 相連，所述ECU與信號采集模塊相連。所述供氣系統(tǒng)還包括空氣過濾器，所述空氣壓縮機通過空氣過濾器與氣路穩(wěn)壓器 相連。所述供水系統(tǒng)還包括凈水裝置，所述水泵通過凈水裝置與液路比例電磁閥相連。所述液位傳感器安裝于儲水箱內(nèi)，用于監(jiān)測儲水箱內(nèi)水位，當(dāng)儲水箱內(nèi)液位低時， 液位傳感器觸發(fā)，將信號傳輸給控制系統(tǒng)，ECU通過人機交互界面顯示報警信息，提醒加水。所述水泵安裝于儲水箱內(nèi)，將儲水箱的水加壓后送入供水系統(tǒng)的管路，并保持供水系統(tǒng)管路的壓力。信號采集模塊為單點或多點濕度傳感器，用于實時監(jiān)測環(huán)境濕度，其采用24V直 流供電方式，輸出為4 20mA電流信號。所述液路比例電磁閥用于根據(jù)ECU的控制信號調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)中管路的流量，當(dāng)信 號采集模塊監(jiān)測到的環(huán)境濕度與ECU內(nèi)存儲的目標(biāo)濕度相差較多時，液路比例電磁閥根據(jù) ECU的控制信號開啟大流量；當(dāng)信號采集模塊監(jiān)測到的環(huán)境濕度與ECU內(nèi)存儲的目標(biāo)濕度 相差較小時，液路比例電磁閥根據(jù)ECU的控制信號開啟小流量，ECU對液路比例電磁閥采 用模糊PIDTroportional-Integral-Derivative)控制方式，以更精確調(diào)節(jié)保鮮環(huán)境的濕 度。所述人機交互界面采用觸摸屏顯示，人機交互界面用于實時顯示果蔬品種、最佳 保存濕度、實際濕度值，還可以通過人機交互界面添加、修改、刪除果蔬品種及最佳保存濕度。所述空氣過濾器用于過濾從空氣壓縮機出來的高壓空氣中含有的雜質(zhì)；所述的凈 水裝置用于過濾水泵輸出水的雜質(zhì)；設(shè)置空氣過濾器和凈水裝置的目的在于防止噴霧裝置堵塞。所述噴霧裝置為精密不銹鋼高壓噴嘴，其接入端分別與供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)相 連。所述氣路穩(wěn)壓器用于穩(wěn)定供氣系統(tǒng)管路中的氣壓，并可調(diào)整供氣系統(tǒng)管路中的氣 壓。所述氣路電控閥用于根據(jù)ECU輸出的控制信號控制高壓氣體的通斷。E⑶具有信號輸入、運算、輸出、記錄等功能，并可實現(xiàn)以無線方式更新程序；用于 根據(jù)液位傳感器監(jiān)測儲水箱內(nèi)水位，并通過人機交互界面顯示提醒信息；根據(jù)信號采集模 塊采集的信號，判斷當(dāng)前環(huán)境濕度并發(fā)送控制信號給氣路電控閥和液路比例電磁閥。本發(fā)明的目的之二是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種果蔬保鮮運輸用變量加濕系 統(tǒng)的實現(xiàn)方法，具體包括以下步驟S1、初始化設(shè)置管理人員將控制系統(tǒng)E⑶開關(guān)推至ON檔，通過人機交互界面設(shè)定 目標(biāo)相對濕度，進入步驟S2 ；S2、信號采集模塊對環(huán)境濕度進行采樣并把采樣值發(fā)送給E⑶，進入步驟S3 ；S3、ECU判斷當(dāng)前信號采集模塊的采樣值是否小于目標(biāo)值，若否，則返回步驟S2 ； 若是，則系統(tǒng)通過液位傳感器實時監(jiān)測儲水箱的水位，并判斷儲水箱內(nèi)水位是否正常，若儲 水箱水位過低時，液位傳感器發(fā)送信號至EOT，EOT將信號傳送至人機交互界面，人機交互 界面提醒操作人員補充水源，并返回至步驟S2 ；若水位正常，則進入步驟S4 ；S4、ECU根據(jù)濕度差和濕度變化率，進行運算求出控制量，形成流量控制信號或/ 和數(shù)字開關(guān)信號，進入步驟S5;S5、ECU將流量控制信號輸出至液路比例電磁閥，控制液路比例電磁閥的純凈水流 量；ECU將數(shù)字開關(guān)信號輸出至氣路電控閥，控制氣路電控閥的通斷，進入步驟S6 ；S6、液路比例電磁閥根據(jù)流量控制信號控制輸出到噴霧裝置的純凈水流量，氣路 電控閥根據(jù)數(shù)字開關(guān)信號控制開關(guān)的開啟和關(guān)閉，控制輸出到噴霧裝置的空氣量，進入步 驟S7 ；
S7、噴霧裝置利用壓縮空氣和高壓純凈水產(chǎn)生水霧，通過二次蒸發(fā)變?yōu)樗魵猓?高環(huán)境的相對濕度，進入步驟S8 ；S8、E⑶通過信號采集模塊實時監(jiān)測環(huán)境濕度，并判斷當(dāng)前環(huán)境濕度是否達到步驟 S1的設(shè)定值，若不是，則返回步驟S2 ；若是，則停止加濕，E⑶發(fā)出停止加濕的控制信號到液 路比例電磁閥和氣路電控閥，接收到信號后，液路比例電磁閥和氣路電控閥同時關(guān)閉，液路 比例電磁閥斷開供水系統(tǒng)，氣路電控閥斷開供氣系統(tǒng)，此時，系統(tǒng)停止加濕工作，進入下一 步驟；S9、ECU判斷是否收到管理員的關(guān)閉信號，若是，則退出操作；若否，則返回步驟 S2。為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，所述一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)的實現(xiàn)方 法，所述步驟S9替換為S9、待氣路電控閥關(guān)閉N秒鐘后，ECU將氣路電控閥重新開啟N秒鐘，然后再將其 關(guān)閉N秒鐘，進入步驟S10 ；所述N值由管理員設(shè)置；S10、E⑶判斷液路比例電磁閥關(guān)閉后，氣路電控閥是否已開啟M次，若不是，則返 回步驟S9 ；若是，則進入步驟S11 ；所述M值由管理員設(shè)置；Sll、ECU判斷是否收到管理員的關(guān)閉信號，若是，則退出操作；若否，則返回步驟 S2。優(yōu)選的，所述N值為5 ；所述M值為3。優(yōu)選的，所述S4中ECU根據(jù)濕度差和濕度變化率，進行運算求出控制量，具體包括 以下步驟S4. 1、啟動系統(tǒng)，初始化設(shè)置，，進入步驟S4. 2 ；S4. 2、將量化因子置入E⑶，其中量化因子具體包括模糊論域、模糊規(guī)則表和隸屬 函數(shù)，具體為S4. 2. 1將模糊論域置入E⑶其中濕度差e和濕度變化率ec的論域均為 {-6、-5、-4、-3、-2、_1、0、1、2、3、4、5、6}，控制量修正量 A Kp 的論域為{-0. 6、-0. 4、-0. 2、 0,0. 2,0. 4,0. 6}；控制量修正量 AKi 的論域為{-0. 09,-0. 06,-0. 03,0,0. 03,0. 06,0. 09}； 控制量修正量AKd的論域為{-1. 5、-l、-0. 5、0、0. 5、1、1. 5}；與e、ec、AKp、AKi禾口 A Kd對應(yīng)的模糊集均為{NB匪NS Z0 PS PM PB}，其中NB 代表負大，匪代表負中，NS代表負小，Z0代表零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大， 進入步驟S4. 2. 2 ；S4. 2. 2將隸屬函數(shù)置入E⑶所述e、ec、AKp、AKi和A Kd的隸屬函數(shù)均采用三
角函數(shù)形式，該三角函數(shù)的通用表達式為
()-a)/(b-<x<b [(x~c)/(b~c)若b <x<c式中y (x)表示隸屬度，a、b、c分別表示與模糊集元素對應(yīng)的論域值；將隸屬函數(shù) 置入ECU中，進入步驟S4. 2. 3 ；S4. 2. 3將模糊規(guī)則表置入EOT 利用輸入量和輸出量相應(yīng)的模糊語言，分別建立 PID控制參數(shù)修正值A(chǔ)Kp、AKi和A Kd的模糊控制規(guī)則表，并將模糊規(guī)則表置入E⑶中，
8進入步驟S4. 3 ；其中PID控制參數(shù)修正值ΔΚρ、ΔΚ 和Δ Kd的模糊控制規(guī)則表，見表1、表 2和表3 表1 Δ Kp的模糊控制規(guī)則表
權(quán)利要求
一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)，其特征在于，包括供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號采集模塊和噴霧裝置，所述供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和信號采集模塊分別與控制系統(tǒng)相連，所述供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)分別與噴霧裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)，其特征在于，所 述供氣系統(tǒng)包括依次相連的空氣壓縮機、氣路穩(wěn)壓器和氣路電控閥；所述供水系統(tǒng)包括依次相連的液位傳感器、儲水箱、水泵和液路比例電磁閥，所述水 泵、液位傳感器安裝于儲水箱內(nèi)；所述控制系統(tǒng)包括相連的ECU和人機交互界面，所述ECU用于根據(jù)液位傳感器監(jiān)測儲 水箱內(nèi)水位，并通過人機交互界面顯示提醒信息；根據(jù)信號采集模塊采集的信號，判斷當(dāng)前 環(huán)境濕度并發(fā)送控制信號給氣路電控閥和液路比例電磁閥；所述氣路電控閥分別與ECU和噴霧裝置相連，所述液位傳感器與ECU相連，所述液路比 例電磁閥分別與噴霧裝置和ECU相連，所述ECU與信號采集模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)，其特征在于，所 述供氣系統(tǒng)還包括空氣過濾器，所述空氣壓縮機通過空氣過濾器與氣路穩(wěn)壓器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)，其特征在于，所 述供水系統(tǒng)還包括凈水裝置，所述水泵通過凈水裝置與液路比例電磁閥相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)，其特征在于，所 述人機交互界面采用觸摸屏顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)，其特征在于，所 述信號采集模塊為單點或多點濕度傳感器。
7.一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，具體包括以 下步驟·51、初始化設(shè)置管理人員將控制系統(tǒng)E⑶開關(guān)推至ON檔，通過人機交互界面設(shè)定目標(biāo) 相對濕度，進入步驟S2 ；·52、信號采集模塊對環(huán)境濕度進行采樣并把采樣值發(fā)送給E⑶，進入步驟S3；·53、ECU判斷當(dāng)前信號采集模塊的采樣值是否小于目標(biāo)值，若否，則返回步驟S2；若是， 則系統(tǒng)通過液位傳感器實時監(jiān)測儲水箱的水位，并判斷儲水箱內(nèi)水位是否正常，若儲水箱 水位過低時，液位傳感器發(fā)送信號至E⑶，E⑶將信號傳送至人機交互界面，人機交互界面 提醒操作人員補充水源，并返回至步驟S2 ；若水位正常，則進入步驟S4 ；·54、ECU根據(jù)濕度差和濕度變化率，進行運算求出控制量，形成流量控制信號或/和數(shù) 字開關(guān)信號，進入步驟S5;·55、ECU將流量控制信號輸出至液路比例電磁閥，控制液路比例電磁閥的純凈水流量； ECU將數(shù)字開關(guān)信號輸出至氣路電控閥，控制氣路電控閥的通斷，進入步驟S6 ；·56、液路比例電磁閥根據(jù)流量控制信號控制輸出到噴霧裝置的純凈水流量，氣路電 控閥根據(jù)數(shù)字開關(guān)信號控制開關(guān)的開啟和關(guān)閉，控制輸出到噴霧裝置的空氣量，進入步驟 S7 ；·57、噴霧裝置利用壓縮空氣和高壓純凈水產(chǎn)生水霧，通過二次蒸發(fā)變?yōu)樗魵猓岣攮h(huán) 境的相對濕度，進入步驟S8;·58、ECU通過信號采集模塊實時監(jiān)測環(huán)境濕度，并判斷當(dāng)前環(huán)境濕度是否達到步驟Sl的設(shè)定值，若不是，則返回步驟S2 ；若是，則停止加濕，ECU發(fā)出停止加濕的控制信號到液路 比例電磁閥和氣路電控閥，接收到信號后，液路比例電磁閥和氣路電控閥同時關(guān)閉，液路比 例電磁閥斷開供水系統(tǒng)，氣路電控閥斷開供氣系統(tǒng)，此時，系統(tǒng)停止加濕工作，進入下一步 驟；S9、ECU判斷是否收到管理員的關(guān)閉信號，若是，則退出操作；若否，則返回步驟S2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在 于，所述步驟S9替換為S9、待氣路電控閥關(guān)閉N秒鐘后，ECU將氣路電控閥重新開啟N秒鐘，然后再將其關(guān)閉N 秒鐘，進入步驟SlO ；所述N值由管理員設(shè)置；510、ECU判斷液路比例電磁閥關(guān)閉后，氣路電控閥是否已開啟M次，若不是，則返回步 驟S9 ；若是，則進入步驟Sll ；所述M值由管理員設(shè)置；511、ECU判斷是否收到管理員的關(guān)閉信號，若是，則退出操作；若否，則返回步驟S2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在 于，所述N值為5 ；所述M值為3。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征 在于，所述S4中ECU根據(jù)濕度差和濕度變化率，進行運算求出控制量，具體包括以下步驟S4. 1、啟動系統(tǒng)，初始化設(shè)置，，進入步驟S4. 2 ；S4. 2、將量化因子置入ECU，其中量化因子具體包括模糊論域、模糊規(guī)則表和隸屬函數(shù)， 具體為S4. 2. 1將模糊論域置入E⑶其中濕度差e和濕度變化率ec的論域均為 {-6、-5、-4、-3、-2、_1、0、1、2、3、4、5、6}，控制量修正量 Δ Kp 的論域為{-0. 6、-0. 4、-0. 2、 0,0. 2,0. 4,0. 6}；控制量修正量 ΔKi 的論域為{-0. 09,-0. 06,-0. 03,0,0. 03,0. 06,0. 09}； 控制量修正量ΔKd的論域為{-1. 5、-1、-0· 5、0、0· 5、1、1· 5}；與e、ec、ΔΚρ、Δ Ki禾口 Δ Kd對應(yīng)的模糊集均為{NB NM NS ZO PS PM ΡΒ}，其中NB代 表負大，匪代表負中，NS代表負小，ZO代表零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大，進 入步驟S4. 2. 2 ；S4. 2. 2將隸屬函數(shù)置入E⑶所述e、ec、ΔΚρ、ΔKi和AKd的隸屬函數(shù)均采用三角函 數(shù)形式，該三角函數(shù)的通用表達式為式中μ (x)表示隸屬度，a、b、c分別表示與模糊集元素對應(yīng)的論域值；將隸屬函數(shù)置入 ECU中，進入步驟S4. 2. 3 ；S4. 2. 3將模糊規(guī)則表置入E⑶利用輸入量和輸出量相應(yīng)的模糊語言，分別建立PID控 制參數(shù)修正值ΔΚρ、AKi和ΔKd的模糊控制規(guī)則表，并將模糊規(guī)則表置入E⑶中，進入步 驟S4. 3 ；其中PID控制參數(shù)修正值ΔΚρ、AKi和ΔKd的模糊控制規(guī)則表，見表1、表2和表 3 表1 ΔΚρ的模糊控制規(guī)則表
全文摘要
本發(fā)明公開了一種果蔬保鮮運輸用高壓變量噴霧加濕系統(tǒng)，包括供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號采集模塊和噴霧裝置，所述供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和信號采集模塊分別與控制系統(tǒng)相連，所述供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)分別與噴霧裝置相連。本發(fā)明還公開了一種果蔬保鮮運輸用變量加濕系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，采用模糊PID算法實現(xiàn)對氣路電控閥和液路比例電磁閥的控制，同時采用了防滴漏設(shè)計有效防止在停止加濕狀態(tài)下噴霧裝置容易出現(xiàn)的滴水現(xiàn)象。本發(fā)明具有準(zhǔn)確度高、防止堵塞、清潔環(huán)保、液位監(jiān)控功能、防滴漏設(shè)計等優(yōu)點。
文檔編號A23B7/148GK101971874SQ201010278468
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者劉妍華, 呂恩利, 吳慕春, 張東霞, 楊洲, 陸華忠, 韓小騰 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)