[發明專利]基于無線傳感器網絡的臭氧保鮮系統

無效

• 申請號: 200810181480.0
• 申請日: 2008-11-14
• 公開（公告）號: CN101477361A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 印崧;夏萍;殷俊峰;劉微;趙弘
• 申請（專利權）人: 印崧;夏萍;殷俊峰
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;A23B7/152
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

基于無線傳感器網絡的臭氧保鮮系統屬微電子自動控制領域，具體而言是一種基于無線傳感器網絡自動控制臭氧氣體濃度，實現水果、蔬菜等食品的保鮮貯藏的系統。

背景技術

氣調貯藏保鮮是目前一種重要的水果、蔬菜等食品的保鮮技術。其方法是：在氣調貯藏保鮮室內，人為控制貯藏環境中的氣體成分，實現食品保鮮。近年來，國內外在臭氧果蔬保鮮方面的研究非常活躍。研究結果表明，臭氧可使水果、蔬菜等食品的貯藏時間有效延長。

臭氧保鮮技術的原理是：臭氧具有強氧化性，在水果、蔬菜等食品的貯藏環境中化學性質活潑，可以殺菌、消毒、除臭等。特別是臭氧可以分解果蔬代謝物乙烯，因而可以延緩其后衰老，延長其保鮮期。臭氧易分解，最終產物是氧氣，在食品內無殘留，故是安全的。但是對人體而言，臭氧是刺激性氣體，保鮮室內含量遠遠高于正常值，因而必須解決操作人員勞動防護問題。

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network)是眾多小型傳感器節點通過無線電通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統。ZigBee無線傳感器網絡基于IEEE?802.15.4標準構建。該類無線傳感器網絡支持網狀網絡技術，能夠包含大量節點，節點之間自組織多條路由傳遞信息，從而形成一個可靠的網絡。基于ZigBee無線傳感器網絡的臭氧保鮮控制系統，能夠實現自動控制或者人工遠程操作，減少操作人員在保鮮室內的工作時間，保護人體健康。

發明內容

本發明涉及基于ZigBee無線傳感器網絡的自動控制臭氧氣體濃度的技術，以實現食品的保鮮貯藏。該控制系統主要由傳感器、無線傳感器網絡、臭氧發生器等環境調節設備、計算機組成。臭氧氣體濃度值及環境的溫度、濕度值等信息，經過無線傳感器節點、無線協調節點，傳遞到計算機；計算機決策的控制信息傳遞回相應的無線傳感器節點，控制環境調節設備。無線傳感器節點在循環休眠模式下實現了節能。

本發明解決現有技術中操作人員健康保護問題，提高臭氧氣體濃度自動控制裝置工作的可靠性，改善設備的節能性能，簡化設備的安裝維護。

附圖說明

圖1：保鮮庫控制系統示意圖

圖2：無線傳感器網絡示意圖

圖3：無線傳感器節點程序框圖

具體實施方式

試驗結果顯示，臭氧保鮮室環境要求如下：臭氧氣體濃度范圍5-12ppm，溫度范圍5-10℃，濕度范圍80-98％RH，風速最大值0.6m/s。低溫高濕條件可明顯提高滅菌效果。

臭氧保鮮技術的關鍵是要保證臭氧氣體濃度在規定范圍內。控制調節臭氧氣體濃度的方法是：通過臭氧發生器生成臭氧，定時添加到保鮮室中。同時，檢測每個保鮮室的臭氧氣體濃度，在低于設定最低值時，增加臭氧的生成量。在高于設定最高值時，停止臭氧的生成，在必要時采用分解裝置消除臭氧過量殘余，并排出廢氣。優化系統的能耗的策略是在相同的時間段內，增加臭氧氣體的添加次數，減少每次的添加量至必要量。

保鮮庫控制系統如附圖1所示。傳感器類型包括臭氧氣體濃度、溫度、濕度傳感器等。環境調節系統包括臭氧發生器、通風設備、溫度調節設備、濕度調節設備等。根據各種傳感器的測量值控制對應的環境調節設備。

臭氧的生成采用電暈放電法，即在常壓下使氧氣O₂在交變高壓電場作用下產生電暈放電生成臭氧O₃。電暈放電型臭氧發生器是相對能耗較低、單機臭氧產量最大、應用最廣的臭氧發生裝置。臭氧發生器受控于無線傳感器節點的控制開關量。

臭氧傳感器采用半導體型氣體傳感器，具有成本低廉、靈敏度高、響應速度快的特性。臭氧傳感器的阻抗隨著臭氧氣體濃度變化。敏感元件兩端的電壓值從無線傳感器節點的單片機的A/D端口采集，經過硬件與軟件補償得到標定的臭氧氣體濃度值。臭氧氣體濃度值及環境的溫度、濕度值等，經過無線傳感器節點、無線協調節點，最終傳遞到計算機。計算機決策得到的控制信息傳遞回相應的無線傳感器節點，得到控制開關量。

無線傳感器網絡如附圖2所示。無線協調節點負責發起網絡，并通過串口將數據傳遞到計算機。無線傳感器節點與各種傳感器連接，同時提供控制開關量輸出。數據在無線傳感器節點和無線協調節點之間通過無線通訊方式傳遞，無須專門布線施工，設備的安裝維護十分簡便。由于采用ZigBee規范，節點之間自組織多條路由傳遞信息，而不是依賴于某一個特定節點，可靠性大為提高。

無線傳感器節點的節能采用循環休眠模式實現。該節點需具有輸出控制作用，通過選取合適的休眠、工作時間，可以兼顧控制性與節能性。休眠模式的無線傳感器節點程序框圖如附圖3所示。