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1、摘 要 I摘 要 臭氧作为一种高效且无二次污染的强氧化剂，它在医疗卫生、污水治理、家居消毒等方面被广泛应用。但是在农业生产领域中，臭氧技术应用在大棚温室病虫害防治上属于刚刚起步阶段。臭氧不仅可以杀灭各种病虫害，而且还可清洁表层土壤和植物表面的毒素，消除药物残留，为温室作物创造良好的生态环境。但目前的臭氧设备自动化水平低、功能单一，不能实时准确检测控制臭氧浓度，同时，臭氧浓度过高会对大棚农作物、操作人员造成损害。针对这些问题，本文研究和设计一种能实时在线检测臭氧浓度的测控系统，同时能够检测气体流量和温度，实现整个臭氧生产过程的闭环控制。 本文首先介绍了介质阻挡放电产生臭氧的方法， 给出了介质阻挡
2、放电电路的放电功率，为构成闭环控制系统提供了理论依据，又着重介绍了紫外辐射吸收法的工作原理，并采用该方法进行臭氧浓度的检测；其次重点介绍了臭氧发生器的供电电源，选用串联谐振式 IGBT 逆变电源作为供电电源，设计了一种基于 CD4046 的频率跟踪移相 PWM控制电路，通过改变电源电压的大小，调节臭氧放电功率，实现臭氧浓度的调节；为实时检测臭氧浓度，设计了基于 ADC812 单片机为核心的微机控制系统，完成了对光强、温度、流量和峰值电压信号的采集及存储，并与 PC 机进行通讯；下位机软件采用 C 语言编写，上位机软件采用 VC+编写，实现人机对话控制功能；最后在改进后的 50g/h的臭氧发生装
3、置上进行系统试验测试。 在稳定状态下，进行系统试验测试得出：当气体流量为 100ml/min，电压峰值为5000V，系统温度稳定在 26.5左右时，臭氧浓度趋于稳定在 40.35mg/L，完成了臭氧浓度测控系统的在线检测功能；再将测试结果与传统的碘化钾滴定法测试结果进行比较，系统测试值的相对误差不超出 3%，系统检测精度为 0.01mg/L，满足大棚温室使用要求，具有一定的实用性；在温度、流量、峰值电压这三个系统参数值分别发生变化时，进行系统试验测试，测试结果验证了这三个系统参数对臭氧浓度影响的理论正确性，实现了对温度、流量及峰值电压的在线控制。 关键词 臭氧浓度 在线检测 臭氧发生器 紫外辐
4、射吸收法 单片机 Abstract IIAbstract Ozone as a strong oxidizer which is efficient and have no secondary pollution, it is widely used in the fields of health care, water treatment and household disinfectant. But in the field of agricultural production, the ozone technology is just beginning, such as disease
5、 and pest control in greenhouse. Ozone could not only kill a variety of plant diseases and insect pests, but also clean the toxins of the topsoil and plant surface, eliminate drug residues, which creates a good ecological environment for greenhouse crops. At present, Ozone equipments are at the low
6、automation, single function, which could not accurately detect real-time control of ozone concentration, meanwhile, high ozone concentrations will cause damage to the greenhouse crops and operators. In order to solve these problems, an ozone concentration measurement and control system is researched
7、 and designed which could detect the ozone concentration in real-time online. It is also able to detect the gas flow, temperature and achieve closed-loop control of the ozone production process. First, this paper introduces the method of dielectric barrier discharge produce ozone, gives the discharg
8、e power of dielectric barrier discharge circuit, which provided a theoretical basis for the closed loop control system; Second, it emphatically introduces the power supply of ozone generator, which used serial-resonant IGBT inverter as a power supply, designed a type of frequency tracking phase shif
9、t PWM control circuit based on CD4046, by changing the size of the supply voltage to regulate the ozone discharge power, to achieve the regulation of ozone; In order to Real-time detection of ozone concentration, it designed the microcomputer control system based on AduC812 MCU, completed the light
10、intensity, temperature, flow rate and peak voltage signal acquisition and storage, and communicated with the PC machine; The lower computer software uses C language, PC software was written by VC+, which realized man-machine dialogue control; Finally, it had system test under improved 50g/h of ozone
11、 testing device. In the steady state, system testing obtained: When gas flow is 100ml/min, peak voltage is 5000V, system temperature is stabilized at about 26.50C, the ozone concentration tends to 摘 要 IIIstabilize at 40.35mg/L, Ozone concentration control system completes the online detection; Then
12、compared the test results to the traditional potassium iodide titration method, the relative error of test value does not exceed 3%,the detection accuracy is 0.01mg/L, which is meet the application requirements of greenhouses. It has some practicability; When the temperature, flow rate and peak volt
13、age value of the three system parameters changes, the test results show the theoretical correctness of three system parameters impact on the ozone concentration. It achieves the online control of the temperature, flow and peak voltage. Key words Ozone concentration Online detection Ozone generator U
14、V radiation absorption SCM第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 1.1 课题背景及意义 臭氧是一种高效的消毒杀菌剂，对细菌、病菌、真菌、霉菌芽胞、病毒等微生物都具有极强的杀灭力。由于臭氧为弥漫气体，消毒无死角，故消毒杀菌彻底全面有效。同时，臭氧在高温下能迅速分解成氧气，故不存在二次污染问题，不会产生对环境有害的残留物质，因此被喻为“绿色”消毒剂1。近年来，臭氧技术作为环保产业的一个重要组成部分，越来越受到人们的重视，其相关产品己经广泛的应用到污水处理、空气净化、食品加工、储藏、保鲜、家庭环境污染防治、医疗保健等各个领域2。 3O但是在农业生产领域中，臭氧技术的应用却是刚
15、刚起步，目前主要是应用在温室病虫害防治上。由于温室植物生长环境特殊，高温高湿、病虫害种类繁多、农作物轮作倒茬，这些将严重危害着大棚作物的生长。长期以来主要是使用化学农药来进行防治，多次防治极易使病虫害产生抗药性，而且又极易造成农药残留，导致农产品和土壤中积累了大量的残留物质，造成环境污染、影响产品品质、危害人们的身体健康。因此如何在保证高产的同时维持土壤的健康与食品的安全性已成为当今农业生产中亟待解决的难题之一。将臭氧应用在温室病虫害防治上，它能对各种病毒、病菌有较强的杀灭作用，适宜温室的密闭环境，能自动分解为氧气，无残留无污染，且臭氧易溶于水，不仅可以杀灭气体传播的病菌，而且还可对表层土壤和
16、植物表面的毒素进行清洁处理，消除药物残留，为温室作物创造了一个良好的生态环境3-4。多数实践已证明了利用合适浓度的臭氧并在一定的作用时间内防治温室病虫害是非常有效的，这对于生产无公害食品，发展绿色农业具有重要意义。 但在对温室病虫害臭氧防治技术肯定的同时， 还应注意到臭氧浓度的不同对大棚作物生长期产生的影响不同，甚至还会对作物的生长产生有害的负面影响。有些厂家生产的臭氧发生器已给许多用户造成全棚毁秧的巨大损失， 这也使得臭氧的病害防治效能大打折扣4。之所以会这样，是因为随着我国种植业的大力发展，现有的臭氧设备自动化程度低、功能单一、又不能在线检测臭氧浓度，难以满足温室病虫害防治的需求，难以进一步深入利用臭氧的强氧化性对土壤处理的研究。另外，臭氧还具有一定的毒性，低1河北大学工学硕士学位论文 2浓度臭氧会造成胸闷、咳嗽、气短、呼吸道炎症，还会引发哮喘并破坏人体本身抵抗呼吸道感染的能力。其毒性还和接触时间有关，人若长期接触高浓度臭氧，身体会受到永久伤害1, 5。所以对臭氧浓度测控系统的研究有着深远的意义。 本论文根据某大棚基
