一种基于PID自动湿度调节的雪茄烟晾房

技术领域

本发明专利涉及雪茄烟晾房设备技术领域，具体涉及了一种基于PID控制的适用于雪茄烟晾房的窗户自动调节开度装置和变频风扇控制装置。

背景技术

雪茄烟叶是制作雪茄烟的基本材料之一，而雪茄烟叶的晾制是生产雪茄烟的重要工序。雪茄烟叶晾房作为雪茄烟叶晾制阶段的主要场所，其内部温湿度的控制对于雪茄烟叶的晾制效果起着决定性的作用。所谓的晾制，是将采收后的烟叶放置在一定的温湿度及通风条件下，不经过太阳光直射，缓慢进行干燥和化学成分变化的一种雪茄烟叶调制方法，雪茄烟叶的调制需要一定的温湿度条件。

目前，控制晾房温湿度的重要手段之一是将窗户打开或关闭以及打开风扇，以此控制晾房通风效率，进而控制晾房的温湿度。但是现行的窗户的打开或闭合和风扇的打开大都需要手动操作，并且窗户的开度和风扇的转速大多是按照个人经验控制，并不精确。而目前很多对于设备的控制方法存在结构复杂，装备成本高等缺点。因此，为了解决以上问题，提出一种简单可行的窗户开度和风扇的控制方法和设备，用来自动的调节晾房湿度。

发明内容

本发明专利的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种简单可行，成本较低的晾房窗户开度和风扇转速自动控制的装置。能够根据烟叶晾制不同阶段温湿度要求和晾房内部的温湿度，自动调节执行部件，使得晾房内的温湿度达到目标要求。为实现上述目的，本发明技术方案如下：

基于PID算法的雪茄烟晾房温湿度智能控制系统，基于PID算法自动温湿度控制的一种雪茄烟晾房窗户自动控制装置。其特征在于：该控制器采用PID算法，根据温湿度传感器采集的晾房内部的温湿度数据，计算出与目标温湿度的偏差，并根据偏差的大小，调节执行器的动作，使得窗户的开度能够根据温湿度自动调节，从而达到晾房内的温湿度稳定在目标要求的效果。

对上述技术方案的进一步改进：所述控制系统由单片机微处理器系统控制，单片机系统里面写入PID算法。

对上述技术方案的更进一步改进：所述的窗户开度执行器由开度传感器，电动机械伸缩杆，支撑杆等组成。

所述温湿度控制系统的单片机系统控制板采用的是STM32F103C8T6作为核心系统微处理器，STM32F103C8T6单片机最小系统图中包含STM32F103C8T6单片机芯片、单片机供电滤波保护电路、外部晶振电路、复位电路以及程序下载接口。

对上述技术方案的再进一步改进：所述温湿度控制系统的过压保护电路：输入为DC:12V，功率200W，带有可恢复保险丝和稳压二极管，能够在电源过压时切断电路，保护单片机系统控制板和执行器免受损坏。

上述雪茄烟晾房内温湿度智能控制方法，具体为:

设置目标温湿度范围值；

室内湿度>目标湿度：当室内湿度超过目标湿度时，通过温湿度传感器采集到的湿度数据传输到单片机系统进行比较。如果室内湿度大于目标湿度，单片机控制电路将向执行器发送指令，要求打开窗户或增加窗户开度。执行器会执行相应的操作，并通过开度传感器反馈窗户开度的具体数值给单片机。

室内湿度>目标湿度：同样，当室内湿度高于目标湿度时，单片机系统将温湿度传感器采集到的湿度数据与目标湿度进行比较。如果室内湿度超出了目标湿度，单片机控制电路将发出指令，要求打开变频风扇或增加其频率。执行器会执行相应的操作，并反馈变频风扇的频率数值给单片机。

室内湿度<目标湿度：当室内湿度低于目标湿度时，单片机系统会继续利用温湿度传感器采集到的数据与目标湿度进行比较。如果室内湿度小于目标湿度，单片机控制电路将向执行器发送指令，要求关闭窗户或减小窗户开度。执行器会相应地执行这些操作，并通过开度传感器反馈窗户开度的具体数值给单片机。

室内湿度<目标湿度：同样，当室内湿度低于目标湿度时，单片机系统将继续利用温湿度传感器采集到的数据与目标湿度进行比较。如果室内湿度小于目标湿度，单片机控制电路将发送指令，要求减小变频风扇的频率。执行器会执行相应的操作，并反馈变频风扇的频率数值给单片机。

室内湿度＝目标湿度:当室内湿度与目标湿度相等，或在目标湿度的正负5％范围内时，单片机控制电路不发送任何执行命令给执行器。这样的范围限制是为了防止室内湿度在目标湿度附近频繁波动，从而避免窗户和风扇的频繁启停，有可能影响系统的稳定性和寿命。系统在室内湿度维持在目标湿度的正负5％范围内时，进入稳态状态，无需调整窗户和风扇的状态。

上述目标湿度一定范围指目标湿度的正负5％范围内。这是为了避免室内湿度在目标湿度附近频繁波动，造成窗户和风扇的频繁启停，影响系统的稳定性和寿命。当室内湿度在目标湿度的正负5％范围内时，系统进入稳态，不需要调节窗户和风扇的状态。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：

1、基于PID调节方法控制更具有有效性与简洁性，能够设置不同的湿度，更符合晾晒需求。

2、本技术方案窗户开度通过开度传感器量化，达到更精确控制窗户的打开程度的效果。

3、本技术方案实现简易，控制过程简单，配置成本低，可适配于其他烟叶品种晾房。

附图说明

图1是整个晾房的结构图。

图2是晾房的窗户控制系统结构。

图3是窗户控制系统侧视图。

图4是控制系统流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图中有：晾房主体1，窗户2，通风变频风扇3。在这种雪茄烟晾房结构中，其有如下组成结构：

15个窗户：每一排窗户单独控制，通过控制窗户开度调节湿度，通过快速熔断器实现短路保护，通过继电器实现启动和停止；

8个变频风扇：每个风扇可单独控制，通过控制风扇频率大小调节湿度，通过快速熔断器实现短路保护，通过继电器实现启动和停止；

单片机系统控制板：最小系统电路、复位电路等，采集温湿度传感器输出的数据，实现执行单元于单片机之间的数据交互，并能够对继电器给出信号；

继电器驱动模块：将单片机控制信号进行放大，控制继电器的主触点闭合和断开；

如图2所示，在这种雪茄烟晾房结构中，其窗户开度控制系统结构有如下组成：

每一扇窗户由一个电动机械杆6进行打开和关闭，在接收完执行器的打开或者关闭命令，电动机械杆进行伸出或缩回。同时开度传感器4发送回控制系统窗户开度数据，结合PID算法控制电动机械杆的伸缩速度。横杆5为电动机械杆的支撑杆。

每一个变频风扇3由一个控制电路控制，控制电路包括一个变频器和一个电流传感器。变频器根据执行器的命令，调节风扇的输入电压频率，从而改变风扇的转速。电流传感器检测风扇的工作电流，并将数据发送回控制系统，结合PID算法控制变频器的输出频率。

图3是自动开窗系统的侧视图。

图4是整个控制系统的工作流程图。一开始是输入晾房的目标湿度值，结合变频风扇的工作电流大小和窗户开度数据大小，将这三个数据进行PID计算，计算结果输出到执行机构，执行机构发送操作信号给变频风扇和电动机械杆，变频风扇相应的调节它的工作频率，电动机械杆调整它所控制的窗户的开度。同时，变频风扇将自己的工作电流大小信号反馈给PID算法输入端，开度传感器将窗户的开度信号传递给PID算法输入端。