一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于計算機的大棚二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括：二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、數值處理單元、光照傳感器、控制單元；溫度傳感器連接數值處理單元的第一輸入端，二氧化碳濃度傳感器的輸出端連接數值處理單元的第二輸入端，數值處理單元的輸出端連接控制單元的第一輸入端；光照傳感器輸出端連接控制單元的第二輸入端；控制單元根據光照傳感器數據控制二氧化碳氣瓶輸出流量以及進行濃度過載報警器。本發(fā)明獲得二氧化碳濃度補償與溫度關系曲線，根據采集的二氧化碳測量濃度以及二氧化碳補償值，獲得等效二氧化碳濃度；最后根據二氧化碳濃度和光照信息控制二氧化碳氣瓶的輸出流量，達到精確控制大棚二氧化碳的目的。
【專利說明】
一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及二氧化碳濃度測量領域，特別是涉及一種二氧化碳濃度測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] C02是綠色植物進行光合作用的主要原料之一，植物每生成100g干物質，需要吸收 150g C02。溫室大棚栽培使作物長期處于相對密閉的場所中，且棚內C02消耗量大，需對C〇2 濃度進行監(jiān)控并補償消耗。作物需C0 2濃度一般為1 %。~1.5%。。C02的濃度過低，葉片的光合 作用基本停止，嚴重阻礙了作物的生長，必須通過增施C02來補充棚內該氣體的不足。同時， 當C02濃度過高，又引起蔬菜作物葉片卷曲，影響作物對氧氣的吸收，不能進行正常的呼吸 代謝作用，使棚內溫度迅速升高，引起蔬菜作物的高溫危害。因此如何有效調控溫室內C02 濃度就成為溫室栽種的一個重要問題。
[0003] 現有傳感器廠家目前大多是采用經驗補償法來進行二氧化碳濃度傳感器的溫度 補償，即在所有同批次的產品上加同樣的補償電阻，補償后再測試，根據漂移量再反復修正 電阻值，這樣的溫度補償方法效率低，且該二氧化碳濃度傳感器溫度補償方法的補償精度 也得不到保障。此外，在相關二氧化碳濃度測量領域，現有密度傳感器測量存在誤差，存在 噪點；同時，現有數字濾波常規(guī)做法為求平均值，在實時變動的數據測量中存在較大測量誤 差。

【發(fā)明內容】

[0004] 有鑒于現有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于計算機 的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，旨在解決二氧化碳傳感器的溫度漂移造成的精度較差的技術問 題，達到提高二氧化碳濃度測量精度的目的。在該系統(tǒng)中，首先建立二氧化碳濃度補償和溫 度關系曲線，并對傳感器采集二氧化碳濃度值進行數字濾波處理，然后再添加二氧化碳濃 度的溫度補償獲得等效二氧化碳濃度值，最后在根據二氧化碳濃度值以及光照值控制二氧 化碳氣瓶的輸出量。該系統(tǒng)可有效提高二氧化碳濃度測量精度。
[0005] 為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種基于計算機的大棚二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)， 包括:二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、數值處理單元、光照傳感器、二氧化碳濃度控制單 元;溫度傳感器連接數值處理單元的第一輸入端，二氧化碳濃度傳感器的輸出端連接數值 處理單元的第二輸入端，數值處理單元的輸出端連接二氧化碳濃度控制單元的第一輸入 端;光照傳感器輸出端連接二氧化碳濃度控制單元的第二輸入端;二氧化碳濃度控制單元 根據光照傳感器數據控制二氧化碳氣瓶輸出流量以及進行濃度過載報警器；
[0006] 其中，數值處理單元包括:二氧化碳濃度補償與溫度關系擬合模塊，用于擬合二氧 化碳濃度與溫度關系曲線;異常數據過濾模塊，用于過濾異常數據；
[0007] 數值加權均值處理模塊，用于對抽樣數據濾波求均值;溫度補償求解模塊，用于對 二氧化碳濃度傳感器進行溫度補償;二氧化碳濃度求解模塊，用于求解等效二氧化碳濃度 值。
[0008] 本發(fā)明提供了一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，首先獲得二氧化碳濃度 補償和溫度的關系曲線;其次，通過二氧化碳濃度傳感器獲得測量二氧化碳濃度，通過溫度 傳感器獲得溫度值并計算二氧化碳濃度補償值，獲得等效二氧化碳濃度;最后根據二氧化 碳濃度以及光照值設定二氧化碳氣瓶的輸出流量。在本發(fā)明中，還對測量數據進行異常數 據過濾和數據加權求均值，有效提高二氧化碳濃度測量精度。
[0009] 進一步而言，異常數據過濾模塊依次提取最近η個抽樣二氧化碳濃度值?1進行數 據過濾，
的點過濾;k彡1.3、1彡i彡η，η彡10。
[0010] 在時間二氧化碳濃度檢測中，傳感器因環(huán)境及器件因素而產生測試異常點。在該 改進技術方案中，異常數據過濾模塊是用于過濾異常采樣點，以提高測試精度。
[0011] 進一步而言，數值加權均值處理模塊根據過濾異常數據后的抽樣二氧化碳濃度值 求加權均值戶，
*其中，Υ為數據濾波后的數據量，Κ <η，α」為加權系數，
[0012] 在實際二氧化碳濃度檢測中，環(huán)境二氧化碳濃度實時不斷變化，并且二氧化碳濃 度的變化是連續(xù)的。在該改進技術方案中，越靠近現在的測試數據更接近現有的環(huán)境二氧 化碳濃度，其加權系數設置更高，可以有效提高測試精度。
[0013] 進一步而言，二氧化碳濃度補償與溫度關系擬合模塊是在調試模式下，控制環(huán)境 二氧化碳濃度保持為P〇，將二氧化碳濃度傳感器分別在溫度Ti、T2、T3，^^測試二氧化碳濃 度，并分別記錄各溫度下的二氧化碳濃度補償值Α Δ Ρ2、Δ Ρ3、Δ Ρ4、Δ Ρ5;擬合二氧化碳 濃度補償值A Ρ與溫度關系曲線，獲得關系曲線：Δ P = aT4+bT3+cT2+dT3+e; a、b、c、d、e為多 項式系數，P〇多0。
[0014] 在該改進方案中，采用多項式擬合出二氧化碳濃度補償與溫度的關系曲線，該方 法只需選取若干溫度點并測試，通過擬合獲得關系曲線，可以減少實驗測試時間，提高效 率。
[0015] 進一步而言，溫度補償求解模塊，根據二氧化碳濃度補償值與溫度關系曲線，獲得 二氧化碳濃度補償值Δ P。
[0016] 不同溫度下，二氧化碳濃度補償值不同。在該改進技術方案中，溫度補償求解模塊 獲得溫度傳感器測得的溫度，通過二氧化碳濃度補償值與溫度關系曲線，獲得二氧化碳濃 度補償值。
[0017] 進一步而言，二氧化碳濃度求解模塊，用于將加權均值P與二氧化碳濃度補償值 A P求和獲得等效二氧化碳濃度值P，P=歹+ ΔΡ:。對測量并經數據處理獲得的二氧化碳濃 度值增加二氧化碳濃度補償，可以有效提高二氧化碳濃度測量精度。
[0018] 進一步而言，二氧化碳濃度控制單元根據光照傳感器數據控制二氧化碳氣瓶輸出 流量的方法為:若光照傳感器數據低于設定值，則控制電磁閥關閉二氧化碳氣瓶;若光照傳 感器數據高于或等于設定值，則根據二氧化碳濃度控制二氧化碳氣瓶輸出流量。在該技術 方案中，不同的光照下，植物光合作用速率也不一樣；當光照充足時，應該提供較多的二氧 化碳來促進植物光合作用;反之，應該提供較小的二氧化碳流量。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)， 首先獲得二氧化碳濃度補償和溫度的關系曲線;其次，通過二氧化碳濃度傳感器獲得測量 二氧化碳濃度，通過溫度傳感器獲得溫度值并計算二氧化碳濃度補償值，獲得等效二氧化 碳濃度;最后根據二氧化碳濃度值以及光照信息控制二氧化碳氣瓶的輸出流量速度達到精 確控制大棚二氧化碳濃度的目的。在本發(fā)明中，還對測量數據進行異常數據過濾和數據加 權求均值，有效提高二氧化碳濃度測量精度。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明一實施方式的系統(tǒng)框架圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明一實施方式的二氧化碳濃度補償值與溫度的關系曲線；
[0022] 圖3是本發(fā)明一實施方式的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：
[0024]如圖1所示，在本實施例中提供一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，包括： 二氧化碳濃度傳感器1、溫度傳感器2、數值處理單元3以及二氧化碳濃度控制單元4;溫度傳 感器2連接數值處理單元3的第一輸入端，二氧化碳濃度傳感器1的輸出端連接數值處理單 元3的第二輸入端，數值處理單元3的輸出端連接二氧化碳濃度控制單元4;二氧化碳濃度控 制單元4連接氣瓶5以及傳感器6。
[0025] 數值處理單元3包括：
[0026] 二氧化碳濃度補償與溫度關系擬合模塊31，用于擬合二氧化碳濃度與溫度關系曲 線；
[0027] 異常數據過濾模塊32，用于過濾異常數據；
[0028]數值加權均值處理模塊33，用于對抽樣數據濾波求均值；
[0029]溫度補償求解模塊34，用于對二氧化碳濃度傳感器進行溫度補償；
[0030]二氧化碳濃度求解模塊35，用于求解等效二氧化碳濃度值。
[0031]在本實施例中，異常數據過濾模塊32依次提取最近η個抽樣二氧化碳濃度值?1進 行數據過濾，
的點過濾;所述k彡1.3、1彡i彡η，η彡10。
[0032]二氧化碳濃度傳感器1可以設定0.1s~Is向數據處理單元3傳送采樣數據，為了提 高測試精度，在本實施例中，采樣周期為o.ls。選取最近10個抽樣點的二氧化碳濃度數據進 行處理。
[0033]在本實施例中，所述數值加權均值處理模塊33根據過濾異常數據后的抽樣二氧化 碳濃度值求加權均值戶，
，其中，Y為數據濾波后的數據量，為 加權系數，^ = +l-j。值得一提的是，二氧化碳濃度傳感器1每0.1 s采集一次環(huán)境二氧化 碳濃度數據，越臨近的測量獲得的二氧化碳濃度值越接近當前時刻密度值，故而權重越大。 [0034]在本實施例中，所述二氧化碳濃度補償與溫度關系擬合模塊31是在調試模式下， 控制環(huán)境二氧化碳濃度保持為P〇，將二氧化碳濃度傳感器1分別在溫度Ti、T 2、T3、T4、T5測試 二氧化碳濃度，并分別記錄各溫度下的二氧化碳濃度補償值APi、ΔΡ 2、ΔΡ3、ΔΡ4、八？5;擬 合所述二氧化碳濃度補償值A Ρ與溫度關系曲線，獲得關系曲線：Δ Ρ = aT4+bT3+cT2+dT3+e; 所述a、b、c、d、e為多項式系數，所述Ρο彡0。
[0036]可計算求得系數a、b、c、d、e的值，如圖2所示，獲得二氧化碳濃度補償值ΔΡ與溫度 的關系曲線：APzaf+bf+cf+dl^+e;其中，a、b、c、d、e為多項式系數。
[0037] 在本實施例中，所述溫度補償求解模塊34,根據所述二氧化碳濃度補償值與溫度 關系曲線，獲得所述二氧化碳濃度補償值A P。
[0038] 在本實施例中，所述二氧化碳濃度求解模塊35,用于將所述加權均值戶與所述二 氧化碳濃度補償值A P求和獲得等效二氧化碳濃度值P，所述/> =戶+ΔΡ。對測量并經數據 處理獲得的二氧化碳濃度值增加二氧化碳濃度補償，可以有效提高二氧化碳濃度測量精 度。
[0039] 在本實施例中，若光照傳感器數據低于設定值，則控制電磁閥關閉二氧化碳氣瓶 5;若光照傳感器數據高于或等于設定值，則根據二氧化碳濃度控制二氧化碳氣瓶輸出流 量。若二氧化碳濃度高于設定值，則報警器6發(fā)生報警。
[0040] 如圖3,圖3是本實施方式的流程示意圖，在本實施例中基于計算機的二氧化碳濃 度測量的具體步驟包括：
[0041] S1、在調試模式下，二氧化碳濃度補償與溫度關系擬合模塊31建立二氧化碳濃度 補償與溫度關系曲線；
[0042] 在調試模式下，控制環(huán)境二氧化碳濃度保持為Ρ〇,將二氧化碳濃度傳感器1分別在 溫度^、^如則試二氧化碳濃度汫分別記錄各溫度下的二氧化碳濃度補償值八？^ Λ Ρ2、Λ Ρ3、Δ Ρ4、Δ Ρ5;擬合二氧化碳濃度補償值Δ Ρ與溫度關系曲線：Δ P = aT4+bT3+cT2+dT3 +Θ 〇
[0043] S2、在二氧化碳濃度測量中，二氧化碳濃度傳感器1采集環(huán)境二氧化碳濃度值，溫 度傳感器2采集環(huán)境溫度值，將二氧化碳濃度數據發(fā)送給異常數據過濾模塊32，將溫度數據 發(fā)送給溫度補償求解模塊34。
[0044] S3、異常數據過濾模塊32對采集的二氧化碳濃度數據進行異常數據過濾，并將處 理后的二氧化碳濃度數據發(fā)送給數據加權均值處理模塊33。
[0045] S4、數據加權均值處理模塊33處理二氧化碳濃度數據，并將二氧化碳濃度加權均 值戶發(fā)送給二氧化碳濃度求解模塊35。
[0046] S5、溫度補償求解模塊34根據溫度數據以及二氧化碳濃度補償值△ P與溫度關系 曲線，獲得二氧化碳濃度補償值A P，并將結果發(fā)送給二氧化碳濃度求解模塊35;二氧化碳 濃度求解模塊35計算二氧化碳濃度加權均值戶與二氧化碳濃度補償值△ P之和獲得等效二 氧化碳濃度P。
[0047] S6、控制單元4根據等效二氧化碳濃度以及光照傳感器數據控制二氧化碳氣瓶5以 及報警器6。在本實施例中，二氧化碳濃度控制單元根據光照傳感器數據控制二氧化碳氣瓶 輸出流量的方法為:若光照傳感器數據低于設定值，則控制電磁閥關閉二氧化碳氣瓶;若光 照傳感器數據高于或等于設定值，則根據二氧化碳濃度控制二氧化碳氣瓶輸出流量。在該 技術方案中，不同的光照下，植物光合作用速率也不一樣；當光照充足時，應該提供較多的 二氧化碳來促進植物光合作用;反之，應該提供較小的二氧化碳流量。若二氧化碳濃度高于 設定值，則報警器6發(fā)生報警。
[0048]以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無 需創(chuàng)造性勞動就可以根據本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術 人員依本發(fā)明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的 技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種基于計算機的大棚二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括:二氧化碳濃度傳 感器、溫度傳感器、數值處理單元、光照傳感器、二氧化碳濃度控制單元； 所述溫度傳感器連接所述數值處理單元的第一輸入端，所述二氧化碳濃度傳感器的輸 出端連接所述數值處理單元的第二輸入端，所述數值處理單元的輸出端連接所述二氧化碳 濃度控制單元的第一輸入端;所述光照傳感器輸出端連接二氧化碳濃度控制單元的第二輸 入端;所述二氧化碳濃度控制單元根據光照傳感器數據控制二氧化碳氣瓶輸出流量W及進 行濃度過載報警器； 所述數值處理單元包括： 二氧化碳濃度補償與溫度關系擬合模塊，用于擬合二氧化碳濃度與溫度關系曲線； 異常數據過濾模塊，用于過濾異常數據； 數值加權均值處理模塊，用于對抽樣數據濾波求均值； 溫度補償求解模塊，用于對所述二氧化碳濃度傳感器進行溫度補償； 二氧化碳濃度求解模塊，用于求解等效二氧化碳濃度值。2. 如權利要求1所述的一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述異 常數據過濾模塊依次提取最近η個抽樣二氧化碳濃度值Pi進行數據過濾，將的點 過濾;所述k>l .3、l《i《n,n>10。3. 如權利要求1所述的一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述數 值加權均值處理模塊根據過濾異常數據后的抽樣二氧化碳濃度值求加權均值P，I其中，η'為數據濾波后的數據量，1《_]'《〇'《11，日功加權系數^ = 11'+1-占'。4. 如權利要求1所述的一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述二 氧化碳濃度補償與溫度關系擬合模塊是在調試模式下，控制環(huán)境二氧化碳濃度保持為Ρο， 將二氧化碳濃度傳感器分別在溫度。、了2、了3、了4、了5測試二氧化碳濃度，并分別記錄各溫度下 的二氧化碳濃度補償值A Pi、Δ Ρ2、Δ Ρ3、Δ Ρ4、Δ Ρ5;擬合所述二氧化碳濃度補償值Δ Ρ與溫 度關系曲線，獲得關系曲線：A P = aT4+bT3+cT2+dT3+e;所述a、b、C、d、e為多項式系數，所述Po >0。5. 如權利要求1所述的一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述溫 度補償求解模塊，根據所述二氧化碳濃度補償值與溫度關系曲線，獲得所述二氧化碳濃度 補償值ΔΡ。6. 如權利要求1所述的一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述二 氧化碳濃度求解模塊，用于將所述加權均值家與所述二氧化碳濃度補償值A P求和獲得等 效二氧化碳濃度值P，所述/，=戸+ Δ/，。7. 如權利要求1所述的一種基于計算機的二氧化碳濃度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述二 氧化碳濃度控制單元根據光照傳感器數據控制二氧化碳氣瓶輸出流量的方法為:若光照傳 感器數據低于設定值，則控制電磁閥關閉二氧化碳氣瓶;若光照傳感器數據高于或等于設 定值，則根據二氧化碳濃度控制二氧化碳氣瓶輸出流量。
【文檔編號】G05D7/06GK106094897SQ201610470934
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】廖妍
【申請人】重慶廣播電視大學