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1、基于MSP430的沼气池温度控制系统设计关键词: 沼气池温度; 发酵温度; MSP430; PID; ZigBeeDesign of MSP430?based temperature control system for biogas poolZHANG Yang, ZHANG Ya, JIN KunKeywords: biogas pool; fermentation temperature; MSP430; PID; ZigBee0 引 言循环农业是在农业消费中运用了循环经济的理念,通过减少资源、物质的投入量,减少废弃物的产生排放量,从而实现农业经济和生态环境“双赢。以农业废弃物养殖、种植
2、和加工和生活垃圾为原料,产出沼气以提供生活和消费用能,沼渣和沼液可用于农业消费,实现种植、养殖和加工的良性循环,减少环境污染。温度是影响沼气发酵速度的关键,沼气发酵温度的突然变化,对产气量都会有明显的影响,温度变化过大,那么产气几乎停顿。发酵温度通常划分为3个范围:4660 称为高温发酵,2838 称为中温发酵,026 称为常温发酵。当发酵温度在8 以下时,仅能产生微量的沼气。所以一天之中对沼气池的温度合理调控将使沼气池的产气量明显进步。本文介绍一种以MSP430为核心的温度控制系统对沼气池的温度进展控制,在实际应用中具有灵敏度高,反响速度快的特点。1 系统整体设计E:王芳现代电子技术2022
3、06现代电子技术15年38卷第6期Image31t1.tif图1 系统构造框图2 系统硬件设计2.1 温度传感器模块2.2 按键模块本系统拥有4个按键,其中包括,界面切换,设定,增,减等4个功能键,通过界面切换可以显示当前时间和最近一次测量温度或一天内的温度变化曲线。通过设定键可以修改当前时间,发酵形式和温度控制范围,增减用于设定时间参数及温度参数。键盘与MSP430F449的接口电路如图3所示。E:王芳现代电子技术202206现代电子技术15年38卷第6期Image31t3.tif图3 键盘接口电路2.3 液晶显示模块图4 12864模块接口电路2.4 通信模块E:王芳现代电子技术20220
4、6现代电子技术15年38卷第6期Image31t5.tif图5 CC2420接口电路2.5 可控加热模块可控加热模块采用的是双向可控硅加热系统,如图6所示。光伏发电系统给整个循环园区提供一定的电能,同时将多余电能储存在蓄电池内,供沼气池加热使用。由蓄电池供电经过DC?DC后电压升至380 V,逆变后转换为380 V交流电,输出至双向控硅电路A,B端,图中R采用阻值大小为70 的电阻丝,加热器最高功率可到达E:王芳现代电子技术202206现代电子技术15年38卷第6期Image31t6.tif图6 双向可控硅加热系统3 系统软件设计E:王芳现代电子技术202206现代电子技术15年38卷第6期I
5、mage31t7.tif图7 主程序流程图在软件设计上充分利用MSP430的低功耗特点,保证仪器具有较长的使用寿命和测量持久性,在进展温度采集时, 系统从活动形式转换为LPM0 工作形式, CPU 进入休眠状态。在不进展温度采集时, 系统进入LPM3工作形式。当任务发生时, 通过中断唤醒CPU, 处理完后再进入低功耗形式。4 控制算法本温控系统采用的数字 PID 算法由软件实现,假设采样周期为T第n次采样的输入误差en,en为所选发酵形式温度上下限同实际温度误差的平均值。可得出:Un=KPen+1TI i=0nT+TDen-en-1TUn=Un-Un-1=P+I+D控制量Un通过查表法找到对应
6、的输出量,从而改变控硅的导通角,改变输出电流波形的面积,根据冲量等效理论冲量相等二形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时其效果根本一样,控制输出热量。当|en|M时,用PID控制。偏向。得飨低澄露纫丫咏瓒ㄖ,此时参加了积分作用,可以消除系统静差,保证系统的控制精度。当|en|M时,用PD控制。偏向大,说明系统温度远离设定值,应快速降温,采用PD控制,可以进步系统的动态响应速度,防止产生过大的超调,减小动态误差。SD=380ysin xdx 1SE=5.429ysin xdx 2E:王芳现代电子技术202206现代电子技术15年38卷第6期Image31t8.tif图8 双向控规加热系统
7、Simulink仿真图5 结 语本系统针对冬季沼气池温度过低导致产气效率低下的问题,对沼气池的温度进展实时监控。根据沼气发酵温控系统的非线性、强耦合、构造参数变化范围较大的特点,采用多发酵形式选择的PID温度控制方式对沼气池温度准确控制。系统同时可以对沼气工作进展远程监控,具有一定的实用性。参考文献4 陶永华.新型 PID 控制及其应用J.工业仪表与自动化装置,19979:60?64.6 诸静.:刂圃碛胗τ肕.北京:机械工业出kok电子竞技社,2022.7 王蕊,苗宝增.啤酒发酵过程 P?Fuzzy?PI 结合 Smith 预估补偿控制J.啤酒科技,20226:65?67.8 陆清忠,邓功成,赵洪,等.农村沼气池接种低温驯化沼气发酵微生物试验J.现代农业科技,20225:268?269.9 白洁瑞,李轶冰,郭欧燕,等.不同温度条件粪秆构造配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响J.农业工程学报,20222:188?193.欢迎访问 HYPERLINK
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