基于太阳能制冷的车载温度控制系统的设计

刘芳

摘要：武汉家事易农业科技有限公司作为政府菜篮子工程的新型配送模式在湖北武汉已经广泛应用，在生鲜食品的运输和储存中，合适的温度对蔬菜保鲜起着关键性作用。该系统由太阳能集热器及制冷系统、无线数字温度传感器、CC2530无线通信模块、电磁阀、PID温控模块、单片机处理模块、输入显示模块和报警系统组成，用太阳能吸收式制冷方式降温，采用ZigBee网络的无线通信方式，温度算法采用参数模糊PID控制算法，整个系统操作方便，结构上易于实现，环保节能。

关键词：车载；温湿度；ZigBee网络；太阳能

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）11-2683 -04

Abstract： Wuhan justeasy agricultural science and technology Co.Ldt is a new distribution mode of government vegetable basket project in Hubei， Wuhan has been widely used， the transportation and storage of fresh food， appropriate temperature plays a critical role in fresh vegetables. The system consists of solar collector and refrigeration system， wireless digital temperature sensor，the CC2530 wireless communication module， solenoid valve， PID control module， SCM processing module， input and display module and alarm system， using solar absorption refrigerationreal-timemonitoring system of temperature and humidity by usingZigBee network of wireless communication， temperature algorithm using fuzzy PID control algorithm the whole system structure， convenient operation， easy implement，environmental protection and energy saving.

Key words： vehicle； The temperature and humidity； ZigBee network； solar

利用电子商务和物联网技术结合技术，通过现代化的农产品流通供应链，实现家庭生鲜农产品供应的武汉家事易农业科技有限公司倍受湖北省菜篮子工程的关注，温度是保证生鲜食品的质量和安全的关键所在，针对目前“家事易”武汉市场在生鲜食品的运输和保存温度监控的问题，本设计将结合温度检测技术、自动控制技术，太阳能吸收式制冷方式来实现基于太阳能生鲜食品车载温度控制系统。太阳能制冷是一种新型太阳再生能源，也是一种清洁、可再生能源，本设计采用太阳能吸收式制冷方式，低成本方便实现。

1 总体设计

1.1 系统方案

基于太阳能生鲜食品车载温度控制中，温湿度传感器STH10实时采集车载系统的温湿度，采用CC2530芯片进行无线通信，在几百千米的范围内可通过中继器路由传递给中央处理器，再由中央处理器控制电磁阀启动制冷系统进行温度控制[1]和报警器等执行机构，车载湿度可用加湿器辅助控制，使车载系统的温湿度保持在食品保鲜的合适温湿度。太阳能集热器装在生鲜食品车载系统的车顶与储热水箱相连，当车内温度高于设定温度时，电磁阀打开，启动制冷系统；当温度长时间高于某个设定值，系统会自动报警。ZigBee通过多跳的方式送给核心处理器件来进行温湿度数字信息的分析处理，基于ZigBee的温湿度系统框图如图1所示。

1.2 太阳能吸收式制冷设计方案

太阳能吸收式制冷即溴化锂吸收式[2]制冷工作原理图如图2所示，装在车顶的太阳能集热装置先把水箱的水加热，热水在流经管道时热量被浓的溴化锂溶液吸收，在真空环境下会迫使水在低温下沸腾（比如5℃），低沸点的水挥发与溴化锂分离，高温的水蒸气在经过冷凝装置后变成高压低温的液态水，在经过节流阀后进入蒸发室，压力变小，液态水急剧膨胀气化，同时吸收蒸发室大量的热量达到制冷的效果。水挥发后，溴化锂浓度变浓吸水性变强，吸收大量从蒸发室流过来的水蒸气，蒸发室内压力变低，稀释后的溴化锂溶液用一个小功率泵送回发生器进入下一个制冷循环。这种方法结构简单，方便在车载上实现。

2.1 系统模块的选择和工作原理

2.1.1 数字温度传感器及工作原理

在生鲜食品的车载系统[4]中，车门、车内、车内三个位置设置三个不同的温度传感器，为了配合显示车内的湿度，系统采用温湿度传感器SHT10，SHT10是集成温湿度传感器、信号变换、A/D转换等于一体的数字传感器，系统采用ZigBee中CC2530无线通信模块通信[5]集成了8051处理器，SHT10接入这个模块上进行温湿度的无线发送。

2.1.2 按键、显示模块及工作原理

在温湿度实时监控[5]的系统中，温湿度的设置由矩阵式按键完成，实现设置、清零、改变温湿度的值的功能；在程序运行中，通过按键产生中断来完成设置。输出显示的温度通过LCD1602点阵字符液晶显示设置的保鲜温湿度和实时车内的温度，当输出的温度超过设定值，通过CC2530通信模块将报警指令无线发送给设置在配送工作人员身边无线报警模块。endprint

2.1.3 PID温度控制器模块及工作原理

温度控制模块[6]由PID控制电路和过零检出电路两部分组成，本设计采用MAXIM公司的一种标准RS-232接口芯片，+5V电源供电，该芯片集成两路收发器，一是把单片机输入的TTL/CMOS电平转换为RS232电平传送给PC机，一是从PC机接收的RS232电平转换为TTL/CMOS电平传送给单片机。

2.2 软件的设计

2.2.1 系统温度控制主流程图

本设计基于ZigBee技术的无线温度控制系统是以CC2430为核心，与语音报警电路及温湿度传感器相结合智能控制车载的温湿度达到保鲜值，温度升高后，通过ZigBee终端的节点把检测的值传到中心协调器，通过微控制器控制制冷系统降低车载温度，如果长时间超过设置温度，通过ZigBee网络实现无线报警功能。

3 系统仿真

3.1 程序烧录

上位机软件采用Visual C++6.0进行开发，通过上位机软件实现传感器节点[8]信息在PC机上的数据的设置，显示良好的人机界面，利用RS-232串行口实现中心控制节点的串行通信。ZigBee的网络通信在Z-Stack协议栈[9]下，选择“EndDevice”工程配置，对温湿度节点终端设备烧录程序，选择“Router”工程配置，对中继路由烧录程序，选择“Coordinator”工程配置，对中心节点协调器烧录程序，通过串口调试助手，可以得到4辆车在不同时刻的温湿度数据，采用周期为8s，通过串口调试助手得到实时温湿度数据。

3.2 系统联调数据

通过对湖北武汉市家事易生鲜食品的4辆车载系统的的温湿度的检测，实验时间2013年6月，起发时间上午6：50，时长约两小时，路线从黄家湖大学城发往不同的方向，每各20分钟抽取一次4 结束语

本系统利用太阳能吸收式制冷方式节能环保、运行成本低，适用于温度保持在十几度的车载制冷保温大系统，温度控制算法采用PID控制提高精准度，CC2530 通信模块实现了温度采集到温度制冷以及报警的无线化，方便操作，经济适用。

参考文献：

[1] 马士明，徐公傲.基于ZigBee技术的温度采集系统的设计与实现[J].信息通信，2013，124（25）：4-47.

[2] 王默晗，姚易先，郝红.浅谈太阳能制冷技术的发展及应用[J].制冷与空调，2007（1）： 100-103.

[3] A True System-on-Chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee（TM）（Rev.F）. http：//focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc2430.html . 2007

[4] 梁潘霞，伍华健，赵域.物联网在广西农业生产中的应用现状、前景分析及发展对策[J].南方农业学报，2012，43（5）：714-717.

[5] 王建新，童官军，杨世凤，郭雅萌.基于模糊控制算法的温室温度监控系统研究[J].天津科技大学学报，2005，20（4）：68-72.

[6] 陶永华.新型PID控制及其应用[M].2版.北京：机械工业出版社，2005：100-132.

[7] 黄卫华，龙海燕，方康玲.具有加权因子的PID型模糊控制器分析及设计[J].计算机应用， 2013（7）：58-60.

[8] Drew Gislason.ZigBee wirelessNetworking[M].NewYork：Newnes，2008

[9] Microchip.Microchip stackfor the ZigBeeTMprotocol V1.0-3.6. http：//www.wanfangdata.com.cn，2009.endprint

2.1.3 PID温度控制器模块及工作原理

温度控制模块[6]由PID控制电路和过零检出电路两部分组成，本设计采用MAXIM公司的一种标准RS-232接口芯片，+5V电源供电，该芯片集成两路收发器，一是把单片机输入的TTL/CMOS电平转换为RS232电平传送给PC机，一是从PC机接收的RS232电平转换为TTL/CMOS电平传送给单片机。

2.2 软件的设计

2.2.1 系统温度控制主流程图

本设计基于ZigBee技术的无线温度控制系统是以CC2430为核心，与语音报警电路及温湿度传感器相结合智能控制车载的温湿度达到保鲜值，温度升高后，通过ZigBee终端的节点把检测的值传到中心协调器，通过微控制器控制制冷系统降低车载温度，如果长时间超过设置温度，通过ZigBee网络实现无线报警功能。

3 系统仿真

3.1 程序烧录

上位机软件采用Visual C++6.0进行开发，通过上位机软件实现传感器节点[8]信息在PC机上的数据的设置，显示良好的人机界面，利用RS-232串行口实现中心控制节点的串行通信。ZigBee的网络通信在Z-Stack协议栈[9]下，选择“EndDevice”工程配置，对温湿度节点终端设备烧录程序，选择“Router”工程配置，对中继路由烧录程序，选择“Coordinator”工程配置，对中心节点协调器烧录程序，通过串口调试助手，可以得到4辆车在不同时刻的温湿度数据，采用周期为8s，通过串口调试助手得到实时温湿度数据。

3.2 系统联调数据

通过对湖北武汉市家事易生鲜食品的4辆车载系统的的温湿度的检测，实验时间2013年6月，起发时间上午6：50，时长约两小时，路线从黄家湖大学城发往不同的方向，每各20分钟抽取一次4 结束语

本系统利用太阳能吸收式制冷方式节能环保、运行成本低，适用于温度保持在十几度的车载制冷保温大系统，温度控制算法采用PID控制提高精准度，CC2530 通信模块实现了温度采集到温度制冷以及报警的无线化，方便操作，经济适用。

参考文献：

[1] 马士明，徐公傲.基于ZigBee技术的温度采集系统的设计与实现[J].信息通信，2013，124（25）：4-47.

[2] 王默晗，姚易先，郝红.浅谈太阳能制冷技术的发展及应用[J].制冷与空调，2007（1）： 100-103.

[3] A True System-on-Chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee（TM）（Rev.F）. http：//focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc2430.html . 2007

[4] 梁潘霞，伍华健，赵域.物联网在广西农业生产中的应用现状、前景分析及发展对策[J].南方农业学报，2012，43（5）：714-717.

[5] 王建新，童官军，杨世凤，郭雅萌.基于模糊控制算法的温室温度监控系统研究[J].天津科技大学学报，2005，20（4）：68-72.

[6] 陶永华.新型PID控制及其应用[M].2版.北京：机械工业出版社，2005：100-132.

[7] 黄卫华，龙海燕，方康玲.具有加权因子的PID型模糊控制器分析及设计[J].计算机应用， 2013（7）：58-60.

[8] Drew Gislason.ZigBee wirelessNetworking[M].NewYork：Newnes，2008

[9] Microchip.Microchip stackfor the ZigBeeTMprotocol V1.0-3.6. http：//www.wanfangdata.com.cn，2009.endprint

2.1.3 PID温度控制器模块及工作原理

温度控制模块[6]由PID控制电路和过零检出电路两部分组成，本设计采用MAXIM公司的一种标准RS-232接口芯片，+5V电源供电，该芯片集成两路收发器，一是把单片机输入的TTL/CMOS电平转换为RS232电平传送给PC机，一是从PC机接收的RS232电平转换为TTL/CMOS电平传送给单片机。

2.2 软件的设计

2.2.1 系统温度控制主流程图

本设计基于ZigBee技术的无线温度控制系统是以CC2430为核心，与语音报警电路及温湿度传感器相结合智能控制车载的温湿度达到保鲜值，温度升高后，通过ZigBee终端的节点把检测的值传到中心协调器，通过微控制器控制制冷系统降低车载温度，如果长时间超过设置温度，通过ZigBee网络实现无线报警功能。

3 系统仿真

3.1 程序烧录

上位机软件采用Visual C++6.0进行开发，通过上位机软件实现传感器节点[8]信息在PC机上的数据的设置，显示良好的人机界面，利用RS-232串行口实现中心控制节点的串行通信。ZigBee的网络通信在Z-Stack协议栈[9]下，选择“EndDevice”工程配置，对温湿度节点终端设备烧录程序，选择“Router”工程配置，对中继路由烧录程序，选择“Coordinator”工程配置，对中心节点协调器烧录程序，通过串口调试助手，可以得到4辆车在不同时刻的温湿度数据，采用周期为8s，通过串口调试助手得到实时温湿度数据。

3.2 系统联调数据

通过对湖北武汉市家事易生鲜食品的4辆车载系统的的温湿度的检测，实验时间2013年6月，起发时间上午6：50，时长约两小时，路线从黄家湖大学城发往不同的方向，每各20分钟抽取一次4 结束语

本系统利用太阳能吸收式制冷方式节能环保、运行成本低，适用于温度保持在十几度的车载制冷保温大系统，温度控制算法采用PID控制提高精准度，CC2530 通信模块实现了温度采集到温度制冷以及报警的无线化，方便操作，经济适用。

参考文献：

[1] 马士明，徐公傲.基于ZigBee技术的温度采集系统的设计与实现[J].信息通信，2013，124（25）：4-47.

[2] 王默晗，姚易先，郝红.浅谈太阳能制冷技术的发展及应用[J].制冷与空调，2007（1）： 100-103.

[3] A True System-on-Chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee（TM）（Rev.F）. http：//focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc2430.html . 2007

[4] 梁潘霞，伍华健，赵域.物联网在广西农业生产中的应用现状、前景分析及发展对策[J].南方农业学报，2012，43（5）：714-717.

[5] 王建新，童官军，杨世凤，郭雅萌.基于模糊控制算法的温室温度监控系统研究[J].天津科技大学学报，2005，20（4）：68-72.

[6] 陶永华.新型PID控制及其应用[M].2版.北京：机械工业出版社，2005：100-132.

[7] 黄卫华，龙海燕，方康玲.具有加权因子的PID型模糊控制器分析及设计[J].计算机应用， 2013（7）：58-60.

[8] Drew Gislason.ZigBee wirelessNetworking[M].NewYork：Newnes，2008

[9] Microchip.Microchip stackfor the ZigBeeTMprotocol V1.0-3.6. http：//www.wanfangdata.com.cn，2009.endprint