全 文 ：文章编号:1001-4829(2010)05-1736-06
　　收稿日期:2009-06-24
　　基金项目:科技部支撑计划资助项目(2007BAD45B05)
作者简介:黎啟江(1956-),男(土家族),贵州德江人 ,高级工
程师 , E-mail:liqj7891@126.com。
百合种球冷藏库的 CO2 监测及控制技术应用
黎啟江 1 ,王祥宁 1 ,王家金 2 ,张　倩1 ,黎竞雄1
(1.云南省农业科学院花卉研究所 ,云南昆明　650205;2.云南省农业科学院行政处 ,云南昆明　650231)
摘　要:百合种球冷藏及冷藏中的技术管理过程 ,是百合种球采后处理至关重要的环节 ,加快其应用研究 ,对推进百合种球国产化
有着积极而深远的意义。为此 ,针对目前国内在百合种球冷藏中 ,无合适的仪器设备对冷藏中的百合种球产生的 CO2 气体进行监
测调控的情况 ,提出在种球冷藏库中 ,利用CO2检测模块及控制电路对库内CO2气体进行 24h监测 ,当检测到超过库内冷藏种球
承受的 CO2 浓度值时(如 1 500×10-6), 通过一系列控制电路 ,自动实施对 CO2气体进行抽排 ,直到趋于正常。解决了因不能及
时监测到 CO2 气体浓度超标 ,导致冷藏种球(植物)受到危害的问题。
关键词:冷库;CO
2
浓度;监测控制;百合种球
中图分类号:S644.1　　　文献标识码:A
ApplicationofCO2 MonitoringandControl
TechnologyinLilyColdStore
LIQi-jiang1 , WANGXiang-ning1 , WANGJia-jin2 , ZHANGQian, LIJing-xiong1
(1.FlowerResearchInstituteofYunnanAcademyofAgriculturalSciences, YunnanKunming650205, China;2.AdministrativeOficeof
YunnanAcademyofAgriculturalSciences, YunnanKunming650205, China)
Abstract:Lilybulbcoldstoreandtheprocessofcoldstoretechnologymanagementarethekeylinkinthepostharvest.Therefore, itismean-
ingfultostrengthentheresearchforlocalizationofLilybulbproduction.ThisstudysuggestedthatCO2 detectionmoduleandcontrolcircuit
wasusedtomonitortheCO
2
incoldstore24hours, becausenowthereisnoappropriateequipmentformonitoringtheCO
2
regulationsitua-
tion.ThisstudyfoundthewaythatpumpedtheCO2 gasautomaticalyuntiltheconcentrationreachingtothenormallevelbythecontrolcir-
cuit, whentheequipmentdetectedtheCO2 gasconcentrationinthecoldstoreexceedingthelevelwhichbulbscanendure(eg.1 500×
10-6).Thisstudyalsosolvedtheproblemthatthebulb/plantinthecoldstorewouldbeharmedbecauseoftheincapabilityofmonitoring
excessiveconcentrationoftheCO2 gas.
Keywords:Coldstorage;CO2 gasconcentration;Monitoringcontrol;Lilybulb
　　百合种球冷藏库 CO2监测及抽排的技术研究 ,
是百合采后处理冷藏技术管理的重要环节 ,对其研
发应用具有积极而重要的意义 。在冷库设备正常运
行的情况下 ,冷藏种球箱子的摆放 ,直接影响着库内
冷气的循环;新种球放入库内产生的 CO2直接影响
着库存种球的冷藏质量。目前 ,国内在冷藏库中测
量 CO2的仪器多为进口的便携式 CO2测量仪和固
定式测量仪 ,这 2种测量仪 ,价格昂贵 ,少则 8000余
元 ,多则 2万余元(通常在 8000 ～ 15 000元左右),
让使用单位很难接受 ,而且不能实时连续监测调控 ,
给库内种球产生的 CO2气体的技术管理带来了不
便。鉴于此 ,结合目前国内尚无简单实用的 CO2自
动监测 、调控 、抽排放 CO2的一体化设备 ,从廉价 、
实用 、方便考虑 ,利用红外线 CO2检测模块 、逻辑驱
动电路 、延时控制电路 、报警电路 、高效抽排风电机 、
配套电源等 ,云南省农科院花卉研究所 ,研究设计出
了自动实施 CO2监测调控电路 ,满足了百合种球在
冷藏期间对 CO2监测调控需要 ,给百合冷藏的技术
管理带来了方便 ,提高了冷藏种球的质量 ,降低了成
本。同时也适用于其它切花植物和农产品保鲜的冷
藏技术管理。
1736
西　南　农　业　学　报
SouthwestChinaJournalofAgriculturalSciences　　　　　　　　　　　　　　
2010年 23卷 5期
Vol.23　　No.5
图 1　CO2检测调控电路功能示意框图
Fig.1　CircuitdiagramofCO2 detectionandregulation
1　冷库 CO2监测调控电路的组成控
制示意框图
　　如图 1所示 ,该电路主要由红外线 CO2检测传
感器及检测处理模块 、比较电路 、驱动电路 、延时控
制 、抽排风设备 、报警电路 、电源等部分组成。
2　基本电路及工作原理
2.1　CO2检测传感器及处理模块
是本文应用技术的核心部件 ,该电路把红外线
CO2检测传感器和 CO2气体检测处理设计在一块
模块上(图 2),变成 PWM或 DAC信号电压输出(其
输出与 CO2检测传感器所测气体的浓度成线性关
系),供下级驱动使用 。本电路采用的是韩国数字
有限公司生产的型号为 KCD---AN系列模块 ,
检测范围 0 ～ 2000×10-6 , CO2传感器偏离较小 ,
经过精细的工序及技术的检测校准 ,具有优越的稳
定性和精确性 ,适用于环境控制系统 、室内通风系统
等有害气体的检测 。
2.1.1　CO2传感器单元检测模块　在该模块使用
时可以参考如下技术数据:
测量:感应方法:二重波长 NDIR
测量范围选择:0 ～ 2000 ×10-6 , 0 ～ 5 000 ×
10
-6 , 0 ～ 10 000×10-6
精度(25℃)2000×10-6 ±(50×10-6 +3%读数)
5000×10-6 ±(100 ×10-6 +3 %
读数)
10 000 ×10-6 ±(200 ×10-6 +3
%读数)
反应时间(60 %):<40 s
侧量间隔时间:1.5s
总体:热机时间:<2 min
储放温度:-40-70 ℃
温度信赖值:0.2% ℃
质量:<30g
运行环境:温度:0 ～ 50℃
湿度:0 %-95%
气体流速:0.2 ～ 1 m/s
电源;动力提供(已修正)8-14VDC
动力消耗 70 mA(平均)
输出:分辨度@～ 2000×10-6 , PWM2×10-6
@UART交换 1×10-6
模拟 /相似输出:0(1)-4VDC, PWM
尺寸:长 ×宽 ×高 82mm×4405 mm×18 mm
孔直径 3.5 mm
图 2　CO2检测模块组件
Fig.2　CO2 detectionmodulecomponent
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图 3　数字信号输出时序
Fig.3　oscilogramofdigitsignaloutput
　　节距 72±0.2mm
交换量(UART)BAUD值 38400 bps
低值 0 ～ 0.3V
高值 2.7 ～ 5V
2.1.2　CO2检测处理模块功能说明
(1)CON1
编号 名称 描述
1 　VDD　电源输入 , +8V-+14V
2　 VOUT　信号输出 , (PWM或 DC电压)
3 　GND　GND
＊薄片:YeonhoElec.SMAW250-03GV
(2)输出选择
接线 线路 描述
上 PWM数字 PWM信号输出(可选择)
下 DAC模拟电压输出
＊@PWM(数字):47KΨ满载电阻连接于内部
＊@DAC(模拟):输出 0-4V(电压输出)
(3)热机
在起始电源(8-14V)提供后需要 30 s进行输
出探测信号。但是输出信号的稳定(一开始的 2 ～ 3
min)可能显示错误的数值
(4)PWM输出(图 3)
　　(5)数值更新周期
新数据每 1.5s更新一次 红外线灯光间歇闪烁
(6)数字输出(@PWM)
PWM间隔:1004 mS
正极:(PPM/2)+2mS例子 ,
当量程设定于 2000×10-6的输出信号(见图 4
波形)
　　(7)LED灯信号
灯 　指示器 　功能
LED1运行中红外线灯开启用于收集传感器信号
2.2　逻辑比较耦合电路(图 5)
本电路为保障 CO2检测模块输出控制需要 ,在
图 4　不同量程设定输出的数字信号波形
Fig.4　Oscilogramofdiferentmeasureoutputdigitsignal
1738 西　南　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　23卷
图 5　比较器耦合电路示意图
Fig.5　Comparercouplingcircuitdiagram
输出选择上 ,采用 DAC输出模式 ,该模拟信号能有
效且可靠驱动后级电路 ,该电路由 IC339封装集成
块和较少的外围元件组成 , IC339内有 4个独立的
比较器 ,这里只用了一个 。调节 R1电位器 ,以此设
定比较器阈值电压。首先将电位器的中点设定为阈
值 ,然后根据实际需要调节。本文所设阈值为 1.6
V(对应 CO2浓度为 800×10-6),由 CO2监测模块
输出的模拟信号 0 ～ 4 V,连接到 IC339比较器的转
换引脚 5脚上 ,当由红外线 CO2传感器模块输出的
模拟信号超过比较器的参考电压 1.6 V时 ,比较器
输出高电位 ,驱动光耦的光电输入二极管工作。
2.3　驱动电路(图 6)[ 1]
当 CO2传感器检测到超标气体时 ,经模块电路
处理后输出信号电压 ,经比较电路比较后 ,输出 5 V
左右高电位 ,将 D101引脚置高 ,则光敏三极管 P521
导通 ,从而使三极管 2N3904导通 ,固态继电器 SSR
为 220 V双输出控制接点继电器 ,因此得电而工作 ,
分别将 01 L和 01 N端子连通 ,则接在这两个端子
上的交流接触器因线圈得电而吸合 ,抽排风电机得
电运行;将 O2L和 O2N端子连通 ,为报警电路提供
5V电源 ,使其得电工作。当三极管 2N904导通时 ,
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点亮 LED(DS2),表示该控制抽排 CO2气体的风机
开始工作。其中 ,光耦 P521使 CO2检测模块与控
制驱动部分在电气上完全隔离 ,避免了强电对前级
模块工作状态的干扰和影响或对前级模块的损坏。
2.4　控制及抽排风电路
这部分电路较为简单 ,主要由 220 V交流接触
器 、延时 、过载过流保护 、220 V小轴流抽排气体风
机等元器件组成 。(风机电压 、功率完全根据设计
需要选择 ,本文所述电路采用的是交流 220 V、功率
220W的轴流风机)。
2.5　报警电路(图 7)[ 2]
　　图 7所示电路将完成蜂鸣报警器功能 , IC2输
出端接喇叭 ,电路由两个 555定时器组成(也可采
用双定时器 556芯片)。改变 R1和 R2两个阻值 ,
可以调节报警器的速度和音调 。如果要把蜂鸣音放
得特别大 ,还可以把 IC2的输出端连接到大功率放
大器。
2.6　电源
根据图 1所示的流程框图可知 ,在实际应用中
红外线 CO2检测调控电路的电源有 DC12 V、DC5
V、和 AC220 V3种 。
2.7　CO2检测调控原理
以 0 ～ 2000×10-6红外线 CO2传感器检测模块
为例 ,当 CO2传感器检测到超标气体时 ,经模块内
部处理后 ,选择以 DAV电压(0 ～ 4 V)输出 ,传感器
检测到的 CO2气体浓度越高 ,输出的 DAV电压就
越大(接近 2000×10-6时 ,其最大值为 4 V)。当输
出的 DAV电压经比较电路控制 , 输出达到光耦
P521工作时 ,则光耦 P521的 3、4导通 ,从而使三极
管 2N3904获得正偏置电压而导通 ,固态继电器 SSR
因此得电工作 ,将 01L和 01N端子连通。该端子一
端与 220 V相接 ,另一端与控制电路中的交流接触
器的线圈相接。在 01L和 01N两端连通时 ,控制轴
流风机的交流接触器工作 ,风机得电而运转 ,直到将
库内 CO2 气体浓度 , 抽排到 CO2 检测处理模块
CON1连接扦座的 2脚输出的电压 ,不能启动比较
电路输出高电位时 ,光耦 P521输入端的发光管停止
工作(通常此电压为 1.6V、即 800×10-6左右)。当
库内 CO2气体浓度再次升高时 ,检测模块输出的
DAV电压将重先启动比较电路和光耦 ,进行新一轮
抽排 CO2气体浓度的循环 ,这样周而复始的循环 ,
为库为 CO2气体浓度稳定在 1000×10-6以下提供
了保障 ,消除了因 CO2气体浓度的过高造成对种球
损害的影响 。
同时在驱动电路工作的情况下 , O2L和 O2N端
子连通 ,将 +5V加到蜂鸣报警电路使其工作 ,提醒
冷库管理人员注意 ,库内 CO2气体浓度因偏高开始
抽排 。
3　CO2气体浓度检测调控月统计
　　表 1为使用该装置对冷库 CO2气体浓度进行
检测调控 ,在新百合种球入库一个月内每天记录两
次的检测统计数据 , 由统计可知 ,调控在 1 000 ×
10
-6以下的次数为 45次 ,占总记录次数的 75%,说
明该装置能很好地完成对冷库 CO2气体浓度的检
测调控。
表 1　冷库内 CO2浓度的测试表
Table1　Carbondioxideconcentrationincoldstorage
测试天数(d)
Testday
冷库内 CO2 ×10-6浓度
CO2 gasconcentrationinthecoldstore
早晨(8:30)
Morning
中午(2:00)
Noon
1 1460 1350
2 1501 1308
3 1438 1360
4 1130 1028
5 1140 1091
6 980 863
7 1159 1065
8 1052 995
9 980 870
10 1172 1023
11 926 874
12 915 848
13 829 709
14 810 706
15 878 792
16 845 943
17 758 903
18 900 684
19 888 693
20 848 731
21 725 650
22 867 700
23 886 826
24 911 876
25 746 653
26 927 758
27 864 745
28 894 781
29 871 769
30 865 734
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4　本电路技术特点及种球入库注意事
项
　　(1)电路简单实用 ,价格低廉 、模块易购 ,设计
制造方便 ,从经济角度比较成本仅在 2000余元(是
现在市面便携式 CO2测试仪的 1/4左右)。
(2)电路声 、光报警装在冷库门左侧 ,便于发现
掌握库内 CO2气体的抽排情况。
(3)抽排风机安装在库体顶部中央 ,其连接风
机的排风管由库顶部扦入库内 1 m左右 ,由于库内
的冷气下沉 ,热气上升 ,排风机工作后能将上升的热
气和库内 CO2抽出库外 ,加快库内的冷气循环(值
得注意的是抽排风机不能太大和太小 ,大了会将库
内冷气一起抽掉 ,延长冷库工作时间 ,导致能耗增
加;太小了则达不到效果 ,在实际中对 250 m3左右
的库容 ,抽排风机一般按 220 ～ 550 W配置 ,库内常
年冷藏的种球多宜高配 ,否则配小功率的风机较为
适宜)。
(4)在抽排 CO2气体的同时 ,能有效解决过去
库内中央悬挂冷凝风机结霜 、结冰问题 ,自从安装抽
排风机后 ,原存冷凝器和冷凝风机周围结霜结冰情
况自然消失 ,仅有少量的霜和冰在库壁上 ,大大减少
了化霜时间 。
(5)由于抽排风机工作 ,加快了冷气循环 [ 3] ,
提高了制冷效果 ,减少了压缩机启动工作时间 ,降低
了能耗 。
(6)种球属淀粉类球根植物 ,需在有氧状态下
冷藏 ,新种球入库 ,为避免因 CO2浓度高 ,导致种球
中毒损坏 ,装种球的箱子要间隔 5 ～ 10 cm,过道 60
cm,确保冷气流畅。同时必须保持 CO2监测调控设
备处于工作状态。
(7)种球入库前要加强检查 ,水分不能太重 ,包
装基质以手捏渗不出水滴即可。否则因基质湿度过
大 ,导致入库后种球损坏的情况发生。
5　结束语
　　百合种球冷藏库 CO2气体浓度监测调控的应
用研究 ,旨在为设施农业 、设施花卉 、及在特定冷藏
库中有关农产品保鲜在实用创新技术上作些有益探
索 ,力求为种球贮藏调控设备的国产化 、种球的国产
化作些努力。本文涉及内容 ,技术方案成熟 ,应用可
靠 ,只要对监测模块上的传感器根据使用场合 、功能
作些修改或选用适宜的传感器模块 ,配以实用的电
路 ,就能在冷藏及其它相关植物的库内或场合监测
调控其它有害气体 。所以在百合种球采后处理及有
关农产品保鲜中 ,本文具有积极 、实用 、推广 、提升冷
藏管理质量的意义 。
参考文献:
[ 1]方旭杰 ,周益明 ,程文亮.基于 ZigBee技术的无线智能灌溉系统
的研制 [ J] .农机化研究 , 2009(1):117.
[ 2] [美 ] G0rdonMcComb, MykePredko著.庞 明 ,王晓宇 ,任宗伟译.
机器人设计与实现 [ M] .北京:科学出版社 , 2008.395-396.
[ 3] 冯玉琪 ,卢道卿.实用空调 ,制冷设备维修大全 [ M].北京:电子
工业出版社 , 1990.261-265.
(责任编辑　王家银)
17415期 　　　　　　黎啟江等:百合种球冷藏库的 CO2 监测及控制技术应用