本發(fā)明涉及恒溫恒濕箱，具體涉及一種恒溫恒濕箱控制方法。

背景技術(shù)：

1、恒溫恒濕箱是一種用于控制溫度和濕度條件的實驗室設(shè)備，廣泛應(yīng)用于科研、生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢測等多個領(lǐng)域。它能夠提供一個穩(wěn)定且可調(diào)節(jié)的環(huán)境，以滿足不同實驗或測試對溫度和濕度的嚴(yán)格要求。

2、專利申請?zhí)枮閏n202210479014.0的專利，其在說明書中記載有“本技術(shù)涉及恒溫恒濕箱技術(shù)領(lǐng)域，公開一種控制恒溫恒濕箱的方法，包括：獲取恒溫恒濕箱的箱內(nèi)溫度；在箱內(nèi)溫度滿足穩(wěn)態(tài)條件的情況下，根據(jù)外風(fēng)機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值確定目標(biāo)轉(zhuǎn)速值；調(diào)整外風(fēng)機轉(zhuǎn)速值至目標(biāo)轉(zhuǎn)速值。通過恒溫恒濕箱內(nèi)的溫度變化來判斷當(dāng)前恒溫恒濕箱的運行是否達到穩(wěn)定。在判定恒溫恒濕箱穩(wěn)定運行的情況下，調(diào)節(jié)外風(fēng)機轉(zhuǎn)速以降低噪聲。具體為，根據(jù)外風(fēng)機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值，確定不會影響恒溫恒濕箱穩(wěn)定運行的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值。從而在保證恒溫恒濕箱穩(wěn)態(tài)運行的情況下，通過調(diào)節(jié)外風(fēng)機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)噪聲的下降。也就無需通過新增降噪裝置，降低恒溫恒濕箱的故障率。本技術(shù)還公開一種控制恒溫恒濕箱的裝置及恒溫恒濕箱、存儲介質(zhì)”，上述技術(shù)雖然通過精確控制外風(fēng)機轉(zhuǎn)速，能夠在保證恒溫恒濕箱穩(wěn)態(tài)運行的同時，降低噪聲，提升設(shè)備的使用壽命并減少故障率，但是上述技術(shù)在運行過程中，溫度和濕度的控制系統(tǒng)常常需要多個硬件同時工作，導(dǎo)致消耗功率大，不利于節(jié)約能源。

3、綜上所述，研發(fā)一種恒溫恒濕箱控制方法，仍是恒溫恒濕箱技術(shù)領(lǐng)域中亟須解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在上述技術(shù)雖然通過精確控制外風(fēng)機轉(zhuǎn)速，能夠在保證恒溫恒濕箱穩(wěn)態(tài)運行的同時，降低噪聲，提升設(shè)備的使用壽命并減少故障率，但是上述技術(shù)在運行過程中，溫度和濕度的控制系統(tǒng)常常需要多個硬件同時工作，導(dǎo)致消耗功率大，不利于節(jié)約能源的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種恒溫恒濕箱控制方法，包括以下步驟：s1、設(shè)計恒溫恒濕系統(tǒng)，基于帕爾貼效應(yīng)通過改變電流的極性控制模式轉(zhuǎn)換，模式包括制冷和加熱；

4、s2、通過傳感器采集恒溫恒濕箱內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測制冷模式和加熱模式下溫度和濕度的變化；

5、s3、根據(jù)濕度數(shù)據(jù)的高低變化，控制恒溫恒濕系統(tǒng)進行對應(yīng)除濕和加濕的工作；

6、s4、根據(jù)恒溫恒濕箱預(yù)設(shè)的溫度條件，通過控制電流的方向調(diào)節(jié)恒溫恒濕箱內(nèi)部的溫度；

7、s5、根據(jù)溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)在調(diào)節(jié)時的變化進行智能分析和優(yōu)化。

8、進一步地，在步驟s1中，設(shè)計恒溫恒濕系統(tǒng)，基于帕爾貼效應(yīng)通過改變電流的極性控制模式轉(zhuǎn)換，模式包括制冷和加熱的方法為：

9、將傳統(tǒng)恒溫恒濕產(chǎn)品內(nèi)的制冷壓縮機、蒸發(fā)器和空氣加熱器替代為半導(dǎo)體致冷器，將除濕器和水槽加熱器替代為水冷半導(dǎo)體致冷器，用兩塊不同材料的導(dǎo)體連接成電偶，帕爾貼效應(yīng)依靠電流通過兩種不同材料的半導(dǎo)體時，在電偶的冷端吸熱、熱端放熱，從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。通過反轉(zhuǎn)電流的方向，冷端與熱端的功能互換，從而可以實現(xiàn)制冷和加熱兩種模式，帕爾貼效應(yīng)與溫度調(diào)節(jié)公式：其中z表示由電流和溫差引起的總熱效應(yīng)，是熱電系數(shù)，β是熱導(dǎo)率，δt是兩端溫差，i是電流強度，δt2是溫差的平方，cvb是直流電壓，xthermo是半導(dǎo)體的熱電阻，表示單位時間內(nèi)傳遞的熱量。

10、進一步地，在步驟s2中，通過傳感器采集恒溫恒濕箱內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測制冷模式和加熱模式下溫度和濕度的變化的方法為：

11、通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集，傳感器包括pt100溫度傳感器和dht22濕度傳感器，采集到的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)通過arduino微控制器進行實時處理，溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)被校準(zhǔn)并經(jīng)過濾波處理，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)監(jiān)控箱內(nèi)的溫濕度變化，設(shè)目標(biāo)溫度為ntarget，目標(biāo)濕度為mtarget，濾波處理公式：其中α是濾波器的時間常數(shù)，s是拉普拉斯變換變量，a(s)是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

12、進一步地，在步驟s2中，通過傳感器采集恒溫恒濕箱內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測制冷模式和加熱模式下溫度和濕度的變化的方法為：

13、根據(jù)溫濕度變化判斷是否需要切換工作模式，在制冷模式下，溫度逐漸降低，濕度上升，在加熱模式下，溫度升高，濕度下降。實時的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)通過uart、i2c或spi中任意一種的通信協(xié)議進行傳輸，用于實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)，判斷公式：其中δn表示當(dāng)前溫度ncurrent與目標(biāo)溫度ntarget之間的差異，δm表示當(dāng)前濕度mcurrent與目標(biāo)濕度mtarget之間的差異，當(dāng)δn＞∈n且δm＞∈m時切換工作模式，∈n是溫度偏差的閾值，∈m是濕度偏差的閾值。

14、進一步地，在步驟s3中，根據(jù)濕度數(shù)據(jù)的高低變化，控制恒溫恒濕系統(tǒng)進行對應(yīng)除濕和加濕的工作的方法為：

15、用戶自行設(shè)定濕度的上下限閾值，當(dāng)濕度低于40％rh時啟動加濕操作，超過70％rh時啟動除濕操作。除濕過程中，通過水冷半導(dǎo)體制冷器利用帕爾貼效應(yīng)使冷端溫度降至低于空氣露點溫度，從而實現(xiàn)水蒸氣凝結(jié)。加濕時，通過改變水冷半導(dǎo)體制冷器的直流電壓極性，對恒溫恒濕箱中的加濕水槽內(nèi)的水進行加熱，水溫上升后，水汽蒸發(fā)，達到加濕目的，濕度變化公式：

16、其中是溫度變化率與濕度變化率的比值，χ表示濕度變化對溫度調(diào)整的線性影響程度，δ表示溫差變化對濕度調(diào)整的影響程度，ndew表示空氣中的水蒸氣開始凝結(jié)的溫度，濕度閾值控制公式：其中mcurrent代表當(dāng)前的濕度值，g′是除濕模式啟動，g″是加濕模式啟動。

17、進一步地，在步驟s3中，根據(jù)濕度數(shù)據(jù)的高低變化，控制恒溫恒濕系統(tǒng)進行對應(yīng)除濕和加濕的工作的方法為：

18、除濕過程和加濕過程都受到傳感器的實時反饋，根據(jù)實際濕度變化動態(tài)調(diào)節(jié)操作強度，同時，還會調(diào)節(jié)加濕和除濕速率以及實施溫度保護和濕度保護，并記錄濕度數(shù)據(jù)和操作日志，分析和優(yōu)化濕度控制策略，動態(tài)調(diào)節(jié)公式；其中是加濕過程中的濕氣的質(zhì)量流量，是加濕過程的函數(shù)，∈m′是加濕效率，δncurrent是當(dāng)前的溫度差，是制冷功率，是除濕過程中的濕氣的質(zhì)量流量，是除濕過程的函數(shù)，是除濕效率，δncurrent是當(dāng)前的溫度差，是加熱功率。

19、進一步地，在步驟s4中，根據(jù)恒溫恒濕箱預(yù)設(shè)的溫度條件，通過控制電流的方向調(diào)節(jié)恒溫恒濕箱內(nèi)部的溫度的方法為：

20、通過pt100溫度傳感器實時從恒溫恒濕箱內(nèi)采集的溫度數(shù)據(jù)，與用戶預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度進行比較。通過計算溫度差，判斷是否需要調(diào)整電流方向，以執(zhí)行加熱或制冷中任意一種操作。采用pid控制算法來平穩(wěn)調(diào)節(jié)溫度，通過實時監(jiān)控溫度數(shù)據(jù)進行閉環(huán)控制，當(dāng)溫度高于用戶預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度，則啟動制冷模式；當(dāng)溫度低于用戶預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度，則反向調(diào)節(jié)電流方向，啟動加熱模式，pid控制算法的表達式：其中u(t′)是控制輸出，e(t′)是誤差，kp是比例增益，ki是積分增益，kd′是微分增益，是誤差的積分，是誤差的導(dǎo)數(shù)。

21、進一步地，在步驟s4中，根據(jù)恒溫恒濕箱預(yù)設(shè)的溫度條件，通過控制電流的方向調(diào)節(jié)恒溫恒濕箱內(nèi)部的溫度的方法為：

22、通過動態(tài)調(diào)整pid參數(shù)模型優(yōu)化響應(yīng)時間和平衡反應(yīng)力度。溫度差若小于容忍范圍±0.5℃，則視為溫度已穩(wěn)定。同時，設(shè)有過溫和低溫保護機制，并通過自適應(yīng)算法優(yōu)化pid參數(shù)，根據(jù)過往溫度數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整控制策略，動態(tài)調(diào)整pid參數(shù)模型表達式：其中kp(t′)是一個時間依賴的函數(shù)，是比例增益的基準(zhǔn)值，是比例增益隨誤差變化的調(diào)整系數(shù)，e(t′)是當(dāng)前誤差，ki(t′)是動態(tài)變化的積分增益，是積分增益的基準(zhǔn)值，是一個系數(shù)控制誤差積分對增益的影響，表示從起始時間到當(dāng)前時刻t′的誤差積分，kd′(t′)是動態(tài)變化的微分增益，是微分增益的基準(zhǔn)值，是微分增益調(diào)整系數(shù)，是誤差的變化率。

23、進一步地，在步驟s5中，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)在調(diào)節(jié)時的變化進行智能分析和優(yōu)化的方法為：

24、通過計算溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)分別與目標(biāo)值的差異，智能選擇加熱、制冷、加濕或除濕中的任意一種工作模式，當(dāng)溫度數(shù)據(jù)超出用戶預(yù)設(shè)目標(biāo)值時，根據(jù)濕度數(shù)據(jù)選擇啟動制冷或加熱中的任意一種工作模式，同時根據(jù)濕度數(shù)據(jù)用戶預(yù)設(shè)目標(biāo)值的誤差決定是否啟動加濕或除濕中的任意一種工作模式。當(dāng)溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)同時出現(xiàn)波動，采用平衡控制策略，實現(xiàn)加熱、制冷、加濕和除濕模式的同步調(diào)節(jié)，智能選擇公式：其中l(wèi)(t″)是在時刻t″的狀態(tài)向量，l(t″+1)是下一個時刻t″+1的狀態(tài)，q是當(dāng)前狀態(tài)到下一個狀態(tài)的線性關(guān)系的矩陣，w是控制矩陣，φ(t″)是在時刻t″的控制輸入向量。

25、進一步地，在步驟s5中，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)在調(diào)節(jié)時的變化進行智能分析和優(yōu)化的方法為：

26、利用pid控制算法，結(jié)合比例、積分和微分項來實時調(diào)整工作模式，同時，通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)和機器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化控制策略，持續(xù)學(xué)習(xí)溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)的波動規(guī)律，此外，通過模糊控制進行智能決策，處理不確定性和復(fù)雜情境下的溫度和濕度調(diào)節(jié)需求，通過溫濕度耦合控制，協(xié)調(diào)溫濕度調(diào)節(jié)過程，在接近用戶預(yù)設(shè)目標(biāo)溫濕度時選擇低功率調(diào)整非關(guān)鍵設(shè)備，模糊控制與智能決策的表達公式：其中γn(∈n)是溫度誤差的模糊隸屬函數(shù)，γm(∈m)是濕度誤差的模糊隸屬函數(shù)。

27、有益效果

28、采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已知的公有技術(shù)相比，具有如下

29、有益效果：

30、本發(fā)明在使用時，較傳統(tǒng)恒溫恒濕類產(chǎn)品，節(jié)省了零部件，有利于節(jié)約成本，根據(jù)濕度數(shù)據(jù)變化動態(tài)調(diào)節(jié)加濕和除濕的速率和調(diào)節(jié)加濕和除濕的強度，有利于提高了濕度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)波動的穩(wěn)定性，優(yōu)化控制策略，確保溫度差在±0.5℃內(nèi)被視為已穩(wěn)定。不僅有利于提高溫度控制的精確性，還避免了過度調(diào)節(jié)和能源浪費，在接近目標(biāo)溫濕度時，選擇低功率調(diào)整非關(guān)鍵設(shè)備，達到節(jié)能和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的效果，有利于提高了恒溫恒濕系統(tǒng)的適應(yīng)性、效率和可靠性。