一种基于计算机的二氧化碳浓度监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于计算机的大棚二氧化碳浓度监控系统，其特征在于，包括：二氧化碳浓度传感器、温度传感器、数值处理单元、光照传感器、控制单元；温度传感器连接数值处理单元的第一输入端，二氧化碳浓度传感器的输出端连接数值处理单元的第二输入端，数值处理单元的输出端连接控制单元的第一输入端；光照传感器输出端连接控制单元的第二输入端；控制单元根据光照传感器数据控制二氧化碳气瓶输出流量以及进行浓度过载报警器。本发明专利技术获得二氧化碳浓度补偿与温度关系曲线，根据采集的二氧化碳测量浓度以及二氧化碳补偿值，获得等效二氧化碳浓度；最后根据二氧化碳浓度和光照信息控制二氧化碳气瓶的输出流量，达到精确控制大棚二氧化碳的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二氧化碳浓度测量领域，特别是涉及一种二氧化碳浓度测量系统。
技术介绍
CO2是绿色植物进行光合作用的主要原料之一，植物每生成100g干物质，需要吸收150g CO2。温室大棚栽培使作物长期处于相对密闭的场所中，且棚内CO2消耗量大，需对CO2浓度进行监控并补偿消耗。作物需CO2浓度一般为1‰～1.5‰。CO2的浓度过低，叶片的光合作用基本停止，严重阻碍了作物的生长，必须通过增施CO2来补充棚内该气体的不足。同时，当CO2浓度过高，又引起蔬菜作物叶片卷曲，影响作物对氧气的吸收，不能进行正常的呼吸代谢作用，使棚内温度迅速升高，引起蔬菜作物的高温危害。因此如何有效调控温室内CO2浓度就成为温室栽种的一个重要问题。现有传感器厂家目前大多是采用经验补偿法来进行二氧化碳浓度传感器的温度补偿，即在所有同批次的产品上加同样的补偿电阻，补偿后再测试，根据漂移量再反复修正电阻值，这样的温度补偿方法效率低，且该二氧化碳浓度传感器温度补偿方法的补偿精度也得不到保障。此外，在相关二氧化碳浓度测量领域，现有密度传感器测量存在误差，存在噪点；同时，现有数字滤波常规做法为求平均值，在实时变动的数据测量中存在较大测量误差。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于计算机的二氧化碳浓度监控系统，旨在解决二氧化碳传感器的温度漂移造成的精度较差的技术问题，达到提高二氧化碳浓度测量精度的目的。在该系统中，首先建立二氧化碳浓度补偿和温度关系曲线，并对传感器采集二氧化碳浓度值进行数字滤波处理，然后再添加二氧化碳浓度的温度补偿获得等效二氧化碳浓度值，最后在根据二氧化碳浓度值以及光照值控制二氧化碳气瓶的输出量。该系统可有效提高二氧化碳浓度测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于计算机的大棚二氧化碳浓度监控系统，包括：二氧化碳浓度传感器、温度传感器、数值处理单元、光照传感器、二氧化碳浓度控制单元；温度传感器连接数值处理单元的第一输入端，二氧化碳浓度传感器的输出端连接数值处理单元的第二输入端，数值处理单元的输出端连接二氧化碳浓度控制单元的第一输入端；光照传感器输出端连接二氧化碳浓度控制单元的第二输入端；二氧化碳浓度控制单元根据光照传感器数据控制二氧化碳气瓶输出流量以及进行浓度过载报警器；其中，数值处理单元包括：二氧化碳浓度补偿与温度关系拟合模块，用于拟合二氧化碳浓度与温度关系曲线；异常数据过滤模块，用于过滤异常数据；数值加权均值处理模块，用于对抽样数据滤波求均值；温度补偿求解模块，用于对二氧化碳浓度传感器进行温度补偿；二氧化碳浓度求解模块，用于求解等效二氧化碳浓度值。本专利技术提供了一种基于计算机的二氧化碳浓度监控系统，首先获得二氧化碳浓度补偿和温度的关系曲线；其次，通过二氧化碳浓度传感器获得测量二氧化碳浓度，通过温度传感器获得温度值并计算二氧化碳浓度补偿值，获得等效二氧化碳浓度；最后根据二氧化碳浓度以及光照值设定二氧化碳气瓶的输出流量。在本专利技术中，还对测量数据进行异常数据过滤和数据加权求均值，有效提高二氧化碳浓度测量精度。进一步而言，异常数据过滤模块依次提取最近n个抽样二氧化碳浓度值Pi进行数据过滤，将的点过滤；k≥1.3、1≤i≤n,n≥10。在时间二氧化碳浓度检测中，传感器因环境及器件因素而产生测试异常点。在该改进技术方案中，异常数据过滤模块是用于过滤异常采样点，以提高测试精度。进一步而言，数值加权均值处理模块根据过滤异常数据后的抽样二氧化碳浓度值求加权均值其中，n′为数据滤波后的数据量，1≤j≤n′≤n，αj为加权系数，αj＝n′+1-j。在实际二氧化碳浓度检测中，环境二氧化碳浓度实时不断变化，并且二氧化碳浓度的变化是连续的。在该改进技术方案中，越靠近现在的测试数据更接近现有的环境二氧化碳浓度，其加权系数设置更高，可以有效提高测试精度。进一步而言，二氧化碳浓度补偿与温度关系拟合模块是在调试模式下，控制环境二氧化碳浓度保持为P0，将二氧化碳浓度传感器分别在温度T1、T2、T3、T4、T5测试二氧化碳浓度，并分别记录各温度下的二氧化碳浓度补偿值ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4、ΔP5；拟合二氧化碳浓度补偿值ΔP与温度关系曲线，获得关系曲线：ΔP＝aT4+bT3+cT2+dT3+e；a、b、c、d、e为多项式系数，P0≥0。在该改进方案中，采用多项式拟合出二氧化碳浓度补偿与温度的关系曲线，该方法只需选取若干温度点并测试，通过拟合获得关系曲线，可以减少实验测试时间，提高效率。进一步而言，温度补偿求解模块，根据二氧化碳浓度补偿值与温度关系曲线，获得二氧化碳浓度补偿值ΔP。不同温度下，二氧化碳浓度补偿值不同。在该改进技术方案中，温度补偿求解模块获得温度传感器测得的温度，通过二氧化碳浓度补偿值与温度关系曲线，获得二氧化碳浓度补偿值。进一步而言，二氧化碳浓度求解模块，用于将加权均值与二氧化碳浓度补偿值ΔP求和获得等效二氧化碳浓度值P，对测量并经数据处理获得的二氧化碳浓度值增加二氧化碳浓度补偿，可以有效提高二氧化碳浓度测量精度。进一步而言，二氧化碳浓度控制单元根据光照传感器数据控制二氧化碳气瓶输出流量的方法为：若光照传感器数据低于设定值，则控制电磁阀关闭二氧化碳气瓶；若光照传感器数据高于或等于设定值，则根据二氧化碳浓度控制二氧化碳气瓶输出流量。在该技术方案中，不同的光照下，植物光合作用速率也不一样；当光照充足时，应该提供较多的二氧化碳来促进植物光合作用；反之，应该提供较小的二氧化碳流量。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种基于计算机的二氧化碳浓度监控系统，首先获得二氧化碳浓度补偿和温度的关系曲线；其次，通过二氧化碳浓度传感器获得测量二氧化碳浓度，通过温度传感器获得温度值并计算二氧化碳浓度补偿值，获得等效二氧化碳浓度；最后根据二氧化碳浓度值以及光照信息控制二氧化碳气瓶的输出流量速度达到精确控制大棚二氧化碳浓度的目的。在本专利技术中，还对测量数据进行异常数据过滤和数据加权求均值，有效提高二氧化碳浓度测量精度。附图说明图1是本专利技术一实施方式的系统框架图；图2是本专利技术一实施方式的二氧化碳浓度补偿值与温度的关系曲线；图3是本专利技术一实施方式的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：如图1所示，在本实施例中提供一种基于计算机的二氧化碳浓度监控系统，包括：二氧化碳浓度传感器1、温度传感器2、数值处理单元3以及二氧化碳浓度控制单元4；温度传感器2连接数值处理单元3的第一输入端，二氧化碳浓度传感器1的输出端连接数值处理单元3的第二输入端，数值处理单元3的输出端连接二氧化碳浓度控制单元4；二氧化碳浓度控制单元4连接气瓶5以及传感器6。数值处理单元3包括：二氧化碳浓度补偿与温度关系拟合模块31，用于拟合二氧化碳浓度与温度关系曲线；异常数据过滤模块32，用于过滤异常数据；数值加权均值处理模块33，用于对抽样数据滤波求均值；温度补偿求解模块34，用于对二氧化碳浓度传感器进行温度补偿；二氧化碳浓度求解模块35，用于求解等效二氧化碳浓度值。在本实施例中，异常数据过滤模块32依次提取最近n个抽样二氧化碳浓度值Pi进行数据过滤，将的点过滤；所述k≥1.3、1≤i≤n,n≥10。二氧化碳浓度传感器1可以设定0.1s～1s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于计算机的大棚二氧化碳浓度监控系统，其特征在于，包括：二氧化碳浓度传感器、温度传感器、数值处理单元、光照传感器、二氧化碳浓度控制单元；所述温度传感器连接所述数值处理单元的第一输入端，所述二氧化碳浓度传感器的输出端连接所述数值处理单元的第二输入端，所述数值处理单元的输出端连接所述二氧化碳浓度控制单元的第一输入端；所述光照传感器输出端连接二氧化碳浓度控制单元的第二输入端；所述二氧化碳浓度控制单元根据光照传感器数据控制二氧化碳气瓶输出流量以及进行浓度过载报警器；所述数值处理单元包括：二氧化碳浓度补偿与温度关系拟合模块，用于拟合二氧化碳浓度与温度关系曲线；异常数据过滤模块，用于过滤异常数据；数值加权均值处理模块，用于对抽样数据滤波求均值；温度补偿求解模块，用于对所述二氧化碳浓度传感器进行温度补偿；二氧化碳浓度求解模块，用于求解等效二氧化碳浓度值。

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机的大棚二氧化碳浓度监控系统，其特征在于，包括：二氧化碳浓度传感器、温度传感器、数值处理单元、光照传感器、二氧化碳浓度控制单元；所述温度传感器连接所述数值处理单元的第一输入端，所述二氧化碳浓度传感器的输出端连接所述数值处理单元的第二输入端，所述数值处理单元的输出端连接所述二氧化碳浓度控制单元的第一输入端；所述光照传感器输出端连接二氧化碳浓度控制单元的第二输入端；所述二氧化碳浓度控制单元根据光照传感器数据控制二氧化碳气瓶输出流量以及进行浓度过载报警器；所述数值处理单元包括：二氧化碳浓度补偿与温度关系拟合模块，用于拟合二氧化碳浓度与温度关系曲线；异常数据过滤模块，用于过滤异常数据；数值加权均值处理模块，用于对抽样数据滤波求均值；温度补偿求解模块，用于对所述二氧化碳浓度传感器进行温度补偿；二氧化碳浓度求解模块，用于求解等效二氧化碳浓度值。2.如权利要求1所述的一种基于计算机的二氧化碳浓度监控系统，其特征在于：所述异常数据过滤模块依次提取最近n个抽样二氧化碳浓度值Pi进行数据过滤，将的点过滤；所述k≥1.3、1≤i≤n,n≥10。3.如权利要求1所述的一种基于计算机的二氧化碳浓度监控系统，其特征在于：所述数值加权均值处理模块根据过滤异常数据后的抽样二氧化碳浓度值求加权均值其中，n′为数据滤波后的数据量，1≤j≤n...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖妍，
申请(专利权)人：重庆广播电视大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50