溫泉水溫智能監控系統檢測技術與自動化裝置

馬國耀

摘要

我國的溫泉水溫控制研究還處在初級階段，隨著人們生活品質的提升，溫泉療養開始受到了人們的廣泛關注，通常情況下，在充分了解功效療養池所具有的水溫范圍后，需要結合工作人員的工作經驗手動的進行溫泉池水溫的調節和控制，這種控制方式并不精準。本文通過對具有無線雙向傳輸功能的多點溫度監控系統得分析和研究，闡述了溫泉水溫智能監控系統的應用重要性，以及其在進行溫度檢測過程中的技術應用和其自動化裝置所具有的功能作用。

【關鍵詞】溫泉水溫 智能監控系統 檢測技術自動化裝置

溫泉水平自動化智能監控系統，主要的應用效用是從溫泉的泉眼中自動抽取溫度較高的熱水和池中的冷水進行交換，對冷水的流量進行智能化控制，使其大小能夠滿足要求，實現對溫泉池溫度的自動控制，溫度的具體高低需要參照已經設定到的取值范圍，并且主站能夠隨時通過設定的溫度離來下達控制指令，從根本上完成溫泉水溫的監控工作。對溫泉水溫測量的過程中可以采用熱脹冷縮的原理、半導體、熱電效應、微波、光纖和集成數字等技術來實現，通過檢測結果來進行溫度調節。

1 溫泉水溫智能監控系統

以某處溫泉為例，從泉眼的地熱水進行判斷，溫泉的溫度基本處于恒定的狀態，溫泉水的流量也基本固定，但是考慮到地熱水儲存不便的特點，從泉眼中流出的熱水需要順利的引入到各個療養池，主要是通過電磁閥開關來進行熱水流量的控制，使每個療養池中的熱水和流量基本處于恒定狀態，控制器的應用能夠結合各池中的溫度設定值和實際泉水溫度之間的偏差，通過智能控制來進行注入量的調節，不斷進行水循環來實現療養池水溫的平衡。溫泉水穩監控系統的主要結構將其分為兩層進行探討，上位機主要構成用戶使用的監控層，下位機主要構成分機測控層，上下位機通過主從式進行分布，利用無線通信來保持通信狀態，一般情況下，單片機核心控制芯片、控制數字傳感器能夠組成獨立的采集網絡來對泉水中的重要數據進行采集，通過液晶屏來掌握實際泉水溫度和設定好的泉水溫度值，將得到的數據通過無線收發模塊來發送導主站的接收端，主站就可以直接發送控制命令，從站按照命令來進行溫度設定值的修改。

2 智能監控系統檢測技術

2.1 熱脹冷縮原理測量技術

醫療事業中廣泛應用的水銀溫度計就屬于熱脹冷縮原理的技術實例，水銀溫度計雖然為人們提供了便利，但其仍然具有缺點，在進行人體測溫的過程中需要與被測物體進行直接接觸，水銀本身含有具毒，溫度計用玻璃管包裹，很容易受到損壞。研究發展能夠代替水銀的物質有煤油、酒精等，通過熱脹冷縮原理進行溫度測量，能夠將其變成金屬片溫度計。該測量技術的缺點是精度不高。

2.2 半導體檢測技術

半導體中的二極、三極管對溫度具有很高的靈敏度，其中應用得到的電阻溫度系數是傳統金屬溫度系數的上百倍，PN結具有明顯的溫度特性，半導體制作的測溫器，通常具有體積小，測溫快的特點。但PN結很容易受到輻射影響，從而出現穩定性不佳的問題，外界輻射不可避免，所以該測量技術的普及還有待商榷。

2.3 熱電效應檢測技術

該技術在生活中的具體體現有：熱電偶。其構成原理就是建立在熱電效應上的，這種測量方式的應用歷史較長，研究已經趨于成熟，其應用具有精度高、范圍廣、使用簡單、制作簡便的特點。但熱電偶所具有的缺點是冷端會呈現出非線性，需要及時的給予溫度補償。

2.4 微波檢測技術

該檢測技術的基本原理是通過對電壓、溫度線性關系的控制來進行制作，制成的檢測器材具有超高的靈敏度和精度。但其應用缺點是在進行溫度測量時，只能在既定的范圍內，測量一般控制在20%C-140C間，并且對低溫幾乎沒有任何作用。

3 智能監控系統自動化裝置

3.1 神經網絡控制

神經網絡控制在我國的應用較為普遍，是當前社會發展過程中比較常用的一種重要的人工智能技術，神經網絡在應用過程中具有并行處理的優勢，能夠自動進行非線性處理，結合環境實現自適應，通過長時間的訓練來獲得控制必備的能力。神經網絡系統常被用于多變量系統和大系統之間，一般情況下，溫度會根據負載變化和外界的干擾來進行變化，常見的外界因素有：氣溫、熱流量、散熱等，神經網絡控制系統的應用優勢，是能夠將泉水受到的外界影響轉化為網絡輸入，并且將PID控制器所具有的參數作為輸出，對實驗得到的數據進行改變，轉化為訓練樣本，最大的應用優勢是能夠在處理器中不斷進行更替來逐漸實現修復和完善。

3.2 遺傳算法

遺傳是自然界生物機理的一種變現，遺傳算法就是通過對該機理的模仿來實現自然選擇的系統要求，主要是能夠通過人工來進行構造，形成全局優化算法，這種算法的應用能夠從根本上解決傳統數學模型復雜系統的搜尋。其應用能夠讓復雜的結構變得簡單化。將遺傳染色體變為串形式的編碼，引入適應度函數，運用交叉、變異等遺傳方法進行全局搜索，我們可以將遺傳算法的整個求解過程看作為最優過程，遺傳算法所得到的答案，不一定是最佳答案，但能夠將誤差合理的控制在既有范圍內。

3.3 模糊控制

模糊控制能夠應用集合理論來進行控制計算，實現對頻繁變化對象和一些不確定的數學模型，建立精確的系統控制策略，為智能化監控提供方便，模糊控制嚴格意義上來講，是以規則的作為基礎的系統，具有較強的系統抗干擾能力。但模糊控制不具有明確的結構，缺失規則庫，不能對應用的控制系統進行詳細的數據分析和設計，缺少明確的設計步驟，模糊控制主要隸屬于非線性領域的一個環節，將其與PID進行結合，能夠發揮出更多優點。

4 總結

在實際應用的過程中，需要定期的安排專業的工作人員通過監控系統來進行模擬實驗，并對實驗結果進行系統化分析，以此來表明通過模糊PID算法能對水溫控制系統進行計算，使其滿足系統的控制要求，控制器要始終保持響應快、超調量小、精度高的特點。無線通信協議對從站來講具有擴展性強、傳輸效率高的應用優勢，不僅有助于實現多點溫度控制，還有利于其他領域的之間的推廣，因此，在未來的溫泉水溫管理系統發展過程中有著重要作用。

參考文獻

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[2]官崎州.溫泉水穩定化研究[D].成都理工大學，2014.

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