环境模拟试验设备设计与控制技术

摘要：本文简要介绍了“环境模拟试验设备设计与控制技术”的原理及其应用。

1引言

本文主要介绍了“环境模拟试验设备设计与控制技术”的软件、硬件原理及其应用。科技成果鉴定结果表明:该项技术在环境试验技术领域，达到国内领先水平。我省是一个文物大省，同时也是一个环境污染比较严重的省份，研究环境污
染因子对文物的影响，显得尤为重要。然而，经过广泛的市场调查和科技查新，结果表明目前国内进行此类研究的手段还十分薄弱，能够模拟环境状况的试验装置更是缺少。因此，我院自筹资金，于1994年七月至1996年七月，进行了环境模拟试验箱及其设计与控制技术的研究工作。

2环境模拟试验设备的工作过程及主要技术指标

2.1工作过程
环境模拟试验设备由箱体、控制器、模拟日光光源及超声雾化加湿器等几部分组成。其工作过程是:由传感器采集现场状况送微机处理并显示，微机根据试验箱现场情况，分别开通加热、制冷、加湿、搅拌风机等，使箱内温、湿度分别达到设置要求，并可保持到实验结束。根据实验要求，可手动调节箱外模拟日光光源的光照强度，同时，亦可往箱内注人502、COZ、NOx等酸性气体及颗粒物，进行协同模拟试验。试验箱控制器采用微机智能控制方式，其核心是一个单片机控制系统，其硬件还包括前向、后向通道，键盘、显示面板及电源电路等。

2.2主要技术指标
温控范围:一20℃一45℃士1℃;相对湿度范围:10一99%士5%;具有温、湿度显示功能，随机检查设定参数和运行情况;
可自动、手动分控，任意设置;时间设置:O一99小时;温度超限及设定时间到后有提示、报警功育琶;根据需要调整模拟日光光照强度;可往箱内注人502、COZ、Nox等酸性气体及颗粒物，并可实现静态配气;

3控制器的结构设计
控制器由硬件及软件两大部分组成，分别介绍如下:

3.1硬件部分
3.1.1控制器总体框图:
3.1.2单片机控制器:
控制器的核心部件为MCS一51单片机，采用具有良好接口、价格适中、易于开发的8031芯片，电源部分以7800、7900系列三端器件稳压，分别提供士12V、士SV工作电压;8279芯片作为键盘、显示接口芯片;0809为A/D转换芯片。

3.1.3前向通道及后向通道
由温、湿度传感器采集信号后，经A/D转换器转换后将信号送微机处理。温度传感器采用普通热敏电阻，湿度传感器为MSC一l型电陶瓷湿敏电阻，其阻值与RH的关系如下表:RRRHHH30%%%50%%%70%%%90%%%阻阻值值3MMM340KKK40KKK4.7KKK成性公式:R=71614E一”·’。饰单片机系统根据实验设定参数，控制固态继电器分别通断加温、加湿、制冷、风机等执行器件，完成实验。

3.2软件部分
控制器软件程序主要采用了以下几个模块:
(l)初始化模块:

(2)数据处理模块:

(3)PID调节模块

(4)实时控制模块;

(5)标度转换显示模块。

4应用情况
陕西省计量测试所、西北大学文博学院对环境模拟试验设备进行了严格测试，其技术指标均达到了设计要求。并通过了陕西省科委组织的专家签定，专家一致认为该试验箱的设计与控制技术，在全国同类环境试验技术中处于领先水平，
在环境保护及文物保护领域内的应用尚属首次。国家八五重点课题《秦俑小气候研究和环境质量评估与对策》课题组，应用该试验箱成功地进行了秦俑陶片冻融实验，温湿度对秦俑陶片的影响实验;酸性气体对秦俑陶片的影响实验;光
照及温湿度等多种因素对秦俑彩绘的协同作用实验，使该课题顺利通过国家级验收，并获陕西省环保局科技进步一等奖，国家环保总局科技进步三等奖。西北文物修复中心承担的国家文物局课题“遗址、陵墓博物馆文物保护标准研
究”项目，亦使用该模拟箱成功地进行了多项实验。专家认为，该项成果有望用于“舍利子”等特级文物的保护研究，其应用前景广阔，其经济效益和社会效益清晰可见。

5结束语
环境模拟试验设备的研制成功，是微机控制技术在环境保护和文物保护研究领域应用的一次有益的尝试，为文物保护提拱了定量化研究手段，通过实验表明，这种试验箱的实用价值是多方面的，它不仅用于文物课题研究，还可应用到食品、农业、气象及环境模拟试验的其它领域中去。此外，这种环境模拟试验设备设计与控制技术，也可扩展用于不同规模、不同用途的环境试验研制。