一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法及系统与流程

1.本发明属于水资源收集利用技术领域，具体涉及一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法及系统。


背景技术：

2.由于各种直接或间接的人为水污染，使人类面临水资源危机，这将成为21世纪人类面临的最为严峻的现实问题之一。空气中含有丰富的水源，纯净无污染无杂质，在空气中取水能够解决全球性缺水问题。露水收集器是一种从空气中收集露水的装备，其工作原理是通过冷凝法将空气中的水蒸气冷凝成露水。研发和生产露水收集器的公司较少，收集露水的技术不成熟。露水收集器主要存在功耗大、效率低等问题，没有形成规模效应。目前研究人员主要根据试验数据或经验设定露水收集器冷凝温度，设定后的冷凝温度不会随外界的温度、湿度以及空气压力的变化而改变，增加了设备的功耗，降低了制水效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法及系统，使露水收集器能自适应动态的选择露水冷凝温度，有效提高露水收集效率，降低露水收集器的功耗。
4.为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明实施例第一方面提供一种露水收集器冷凝温度计算方法，包括以下步骤：
6.s1、获取露水收集器周围的当前环境温度、当前环境湿度，按一定时间间隔对冷凝温度进行调整，并在不同冷凝温度下对露水收集器的实际露水收集量进行采样，根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量；
7.s2、构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型；
8.s3、将不同时间节点采样得到的冷凝温度向量输入回归函数模型，并基于回归函数模型输出的露水收集预测量向量、实际露水收集量向量，计算得到不同时间节点对应的模型误差，并基于模型的最小误差，获取模型的参数向量，以得到当前环境温度、当前环境湿度下对应的训练后回归函数模型；
9.s4、基于训练后回归函数模型，以对当前环境温度、环境湿度下的露水收集器冷凝温度进行调整。
10.作为优选方案，步骤s3与步骤s4之间，还包括步骤：在不同环境温度、环境湿度下循环执行步骤s1～步骤s3，以得到不同环境温度、环境湿度下对应的训练后回归函数模型；
11.步骤s4之前还包括步骤：获取露水收集器周围的实际环境温度、环境湿度，并基于实际环境温度、环境湿度，选取相应的训练后回归函数模型。
12.作为优选方案，步骤s1中，对冷凝温度进行调整，并在不同冷凝温度下对露水收集器的实际露水收集量进行采样，包括以下步骤：
13.s1.1、设定初始冷凝温度t0，并测量该冷凝温度下，经过预设时间δt后的露水收集量v0；
14.s1.2、按照预设时间δt在初始冷凝温度t0基础上对冷凝温度进行调整，并得到调整后的冷凝温度对应的露水收集量；
15.s1.3、根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的预设时间δt内的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量。
16.作为优选方案，步骤s1.2包括步骤：
17.在初始冷凝温度t0基础上降低冷凝温度，经过预设时间δt后测量露水收集量v1，判断v0与v1的大小，若v0＜v1，则继续降低冷凝温度，直到第k次降低冷凝温度后，露水收集量v
k-1
＞vk，停止降低冷凝温度；
18.若v0＞v1，则在初始冷凝温度t0基础上增加冷凝温度，直到第k次增加冷凝温度后，露水收集量v
k-1
＞vk，停止增加冷凝温度。
19.作为优选方案，步骤s2中构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型为：
[0020][0021]
其中，w
ij
＝[w
i1
,w
i2
,w
i3
,...,w
ik
]表示回归函数模型参数向量，k表示露水收集器冷凝温度的调整总次数，n表示预设的温度幂次总数，表示第j次调整冷凝温度的i次幂，v
ij
表示第j次调整冷凝温度时的露水收集量向量。
[0022]
作为优选方案，步骤s3中，模型误差的计算公式为：
[0023][0024]
作为优选方案，模型误差的最小值的计算公式为：
[0025][0026]
本发明实施例第二方面提供一种露水收集器冷凝温度自适应控制系统，基于本发明实施例第一方面任一项所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，包括水量传感模块、环境温度传感模块、湿度传感模块、信号处理控制模块；水量传感模块、环境温度传感模块、湿度传感模块分别与信号处理控制模块相连；
[0027]
信号处理控制模块包括冷凝温度调整单元、计算单元、模型训练单元；
[0028]
环境温度传感模块，用于获取露水收集器周围的当前环境温度；
[0029]
湿度传感模块，用于获取露水收集器周围的当前环境湿度；
[0030]
冷凝温度调整单元，用于按一定时间间隔对露水收集器的冷凝温度进行调整；
[0031]
水量传感模块，用于获取露水收集器在不同冷凝温度下对应的实际露水收集量；
[0032]
计算单元，根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量；
[0033]
模型训练单元，用于将不同时间节点采样得到的冷凝温度向量输入回归函数模
型，并基于回归函数模型输出的露水收集预测量向量、实际露水收集量向量，计算得到不同时间节点对应的模型误差，并基于模型的最小误差，获取模型的参数向量，以得到当前环境温度、当前环境湿度下对应的训练后回归函数模型；
[0034]
计算单元，还基于训练后回归函数模型，计算得到当前环境温度、环境湿度下露水收集器的最优冷凝温度；
[0035]
冷凝温度调整单元，还用于根据计算单元计算得到的最优冷凝温度，对露水收集器的冷凝温度进行调整。
[0036]
作为优选方案，冷凝温度调整单元通过控制露水收集器的压缩机工作频率，以使露水收集器的蒸发器温度达到相应的冷凝温度；
[0037]
系统还包括与冷凝温度调整单元连接的蒸发器温度传感模块，蒸发器温度传感模块用于实时检测蒸发器温度。
[0038]
作为优选方案，系统还包括制冷系统低压检测传感模块、制冷系统高压检测传感模块；制冷系统低压检测传感模块、制冷系统高压检测传感模块分别与冷凝温度调整单元连接；
[0039]
制冷系统低压检测传感器，用于检测制冷系统低压管冷媒压力；
[0040]
制冷系统高压检测传感器，用于检测制冷系统高压管冷媒压力；
[0041]
冷凝温度调整单元，还基于低压管冷媒压力、高压管冷媒压力判断是否停止压缩机的运转。
[0042]
本发明的有益效果是：
[0043]
本发明提供的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，通过构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型，将露水收集器的冷凝温度与露水收集量建立联系，能够基于露水收集器周围的实际环境温度、实际环境湿度对模型进行训练，以对露水收集器的冷凝温度进行调整，能够有效提高露水收集效率。
[0044]
本发明提供的一种露水收集器冷凝温度自适应控制系统，能够实时测量露水收集器周围的环境温度、环境湿度，并基于实时获取的参数对露水收集器的冷凝温度进行控制、调整，能够有效解决现有技术在设定冷凝温度后不会随外界的温度、湿度变化进行调整带来的露水收集效率低以及露水收集器功耗大的问题。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]
图1是对露水收集器的冷凝温度进行调整、控制的流程图。
[0047]
图2是对冷凝温度单次调整以获取定时时间内冷凝温度对应的露水收集量的流程图。
[0048]
图3是露水收集器冷凝温度自适应控制系统的各模块示意图。
具体实施方式
[0049]
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0050]
实施例一：
[0051]
参照图1，本实施例提供一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，包括以下步骤：
[0052]
s1、获取露水收集器周围的当前环境温度、当前环境湿度，按一定时间间隔对冷凝温度进行调整，并在不同冷凝温度下对露水收集器的实际露水收集量进行采样，根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量；
[0053]
s2、构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型；
[0054]
s3、将不同时间节点采样得到的冷凝温度向量输入回归函数模型，并基于回归函数模型输出的露水收集预测量向量、实际露水收集量向量，计算得到不同时间节点对应的模型误差，并基于模型的最小误差，获取模型的参数向量，以得到当前环境温度、当前环境湿度下对应的训练后回归函数模型；
[0055]
s4、基于训练后回归函数模型，以对当前环境温度、环境湿度下的露水收集器冷凝温度进行调整。
[0056]
具体地：
[0057]
不同的温度、湿度和大气压对应不同的凝露点，目前研究人员主要根据试验数据或经验设定露水收集器冷凝温度，而设定后的冷凝温度不会随外界的温度、湿度以及空气压力的变化而改变，增加了设备的功耗，降低了制水效率。
[0058]
本发明通过构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型，将露水收集器的冷凝温度与露水收集量建立联系，能够基于露水收集器周围的实际环境温度、实际环境湿度对模型进行训练，以对露水收集器的冷凝温度进行调整，能够有效提高露水收集效率。
[0059]
进一步，步骤s3与步骤s4之间，还包括步骤：在不同环境温度、环境湿度下循环执行步骤s1～步骤s3，以得到不同环境温度、环境湿度下对应的训练后回归函数模型；
[0060]
步骤s4之前还包括步骤：获取露水收集器周围的实际环境温度、环境湿度，并基于实际环境温度、环境湿度，选取相应的训练后回归函数模型。
[0061]
进一步，步骤s1中，对冷凝温度进行调整，并在不同冷凝温度下对露水收集器的实际露水收集量进行采样，包括以下步骤：
[0062]
s1.1、设定初始冷凝温度t0，并测量该冷凝温度下，经过预设时间δt后的露水收集量v0；
[0063]
s1.2、按照预设时间δt在初始冷凝温度t0基础上对冷凝温度进行调整，并得到调整后的冷凝温度对应的露水收集量；
[0064]
s1.3、根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的预设时间δt内的实
际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量。
[0065]
具体地，每次对冷凝温度进行调整，并获取调整后冷凝温度对应预设时间δt内的实际露水收集量的具体流程参照图2所示。
[0066]
进一步，步骤s1.2包括步骤：
[0067]
在初始冷凝温度t0基础上降低冷凝温度，经过预设时间δt后测量露水收集量v1，判断v0与v1的大小，若v0＜v1，则继续降低冷凝温度，直到第k次降低冷凝温度后，露水收集量v
k-1
＞vk，停止降低冷凝温度；
[0068]
若v0＞v1，则在初始冷凝温度t0基础上增加冷凝温度，直到第k次增加冷凝温度后，露水收集量v
k-1
＞vk，停止增加冷凝温度。
[0069]
对初次设定的冷凝温度、每次调整后的冷凝温度以及经过预设时间后所有冷凝温度对应的露水收集量数据进行存储。
[0070]
进一步，步骤s2中构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型为：
[0071][0072]
其中，w
ij
＝[w
i1
,w
i2
,w
i3
,...,w
ik
]表示回归函数模型参数向量，k表示露水收集器冷凝温度的调整总次数，n表示预设的温度幂次总数，tji表示第j次调整冷凝温度的i次幂，v
ij
表示第j次调整冷凝温度时的露水收集量向量。
[0073]
通过构建的模型，将露水收集器的冷凝温度和露水收集量建立联系。
[0074]
进一步，步骤s3中，模型误差的计算公式为：
[0075][0076]
模型误差的最小值的计算公式为：
[0077][0078]
实施例二：
[0079]
参照图3，本实施例提供一种露水收集器冷凝温度自适应控制系统，基于本发明实施例一所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，包括水量传感模块、环境温度传感模块、湿度传感模块、信号处理控制模块；水量传感模块、环境温度传感模块、湿度传感模块分别与信号处理控制模块相连；
[0080]
信号处理控制模块包括冷凝温度调整单元、计算单元、模型训练单元；
[0081]
环境温度传感模块，用于获取露水收集器周围的当前环境温度；
[0082]
湿度传感模块，用于获取露水收集器周围的当前环境湿度；
[0083]
冷凝温度调整单元，用于按一定时间间隔对露水收集器的冷凝温度进行调整；
[0084]
水量传感模块，用于获取露水收集器在不同冷凝温度下对应的实际露水收集量；
[0085]
计算单元，根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量；
[0086]
模型训练单元，用于将不同时间节点采样得到的冷凝温度向量输入回归函数模
型，并基于回归函数模型输出的露水收集预测量向量、实际露水收集量向量，计算得到不同时间节点对应的模型误差，并基于模型的最小误差，获取模型的参数向量，以得到当前环境温度、当前环境湿度下对应的训练后回归函数模型；
[0087]
计算单元，还基于训练后回归函数模型，计算得到当前环境温度、环境湿度下露水收集器的最优冷凝温度；
[0088]
冷凝温度调整单元，还用于根据计算单元计算得到的最优冷凝温度，对露水收集器的冷凝温度进行调整。
[0089]
具体地：
[0090]
环境温度传感模块以及环境湿度传感模块，为露水收集器冷凝温度的调整、计算提供参考依据。
[0091]
系统能够实时测量露水收集器周围的环境温度、环境湿度，并基于实时获取的参数对露水收集器的冷凝温度进行控制、调整，能够有效解决现有技术在设定冷凝温度后不会随外界的温度、湿度变化进行调整带来的露水收集效率低以及露水收集器功耗大的问题。
[0092]
进一步，冷凝温度调整单元通过控制露水收集器的压缩机工作频率，以使露水收集器的蒸发器温度达到相应的冷凝温度；
[0093]
系统还包括与冷凝温度调整单元连接的蒸发器温度传感模块，蒸发器温度传感模块用于实时检测蒸发器温度。
[0094]
进一步，系统还包括制冷系统低压检测传感模块、制冷系统高压检测传感模块；制冷系统低压检测传感模块、制冷系统高压检测传感模块分别与冷凝温度调整单元连接；
[0095]
制冷系统低压检测传感器，用于检测制冷系统低压管冷媒压力；
[0096]
制冷系统高压检测传感器，用于检测制冷系统高压管冷媒压力；
[0097]
冷凝温度调整单元，还基于低压管冷媒压力、高压管冷媒压力判断是否停止压缩机的运转。
[0098]
具体地：
[0099]
露水收集器冷凝温度自适应控制系统的水量传感模块安装在露水收集器水箱内，蒸发器温度传感模块安装在蒸发器的翅片上。
[0100]
更具体地：
[0101]
当检测到的制冷系统低压管冷媒压力低于预设压力，或者当检测到的制冷系统高压管冷媒压力高于预设压力时，冷凝温度调整单元控制压缩机停止运转，以对压缩机进行保护。
[0102]
需要说明的是，本实施例提供的一种露水收集器冷凝温度自适应控制系统，与实施例一类似，在此不多做赘述。
[0103]
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、获取露水收集器周围的当前环境温度、当前环境湿度，按一定时间间隔对冷凝温度进行调整，并在不同冷凝温度下对露水收集器的实际露水收集量进行采样，根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量；s2、构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型；s3、将不同时间节点采样得到的冷凝温度向量输入回归函数模型，并基于回归函数模型输出的露水收集预测量向量、实际露水收集量向量，计算得到不同时间节点对应的模型误差，并基于模型的最小误差，获取模型的参数向量，以得到当前环境温度、当前环境湿度下对应的训练后回归函数模型；s4、基于训练后回归函数模型，以对当前环境温度、环境湿度下的露水收集器冷凝温度进行调整。2.根据权利要求1所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，步骤s3与步骤s4之间，还包括步骤：在不同环境温度、环境湿度下循环执行步骤s1～步骤s3，以得到不同环境温度、环境湿度下对应的训练后回归函数模型；步骤s4之前还包括步骤：获取露水收集器周围的实际环境温度、环境湿度，并基于实际环境温度、环境湿度，选取相应的训练后回归函数模型。3.根据权利要求1所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，步骤s1中，对冷凝温度进行调整，并在不同冷凝温度下对露水收集器的实际露水收集量进行采样，包括以下步骤：s1.1、设定初始冷凝温度t0，并测量该冷凝温度下，经过预设时间δt后的露水收集量v0；s1.2、按照预设时间δt在初始冷凝温度t0基础上对冷凝温度进行调整，并得到调整后的冷凝温度对应的露水收集量；s1.3、根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的预设时间δt内的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量。4.根据权利要求3所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，步骤s1.2包括步骤：在初始冷凝温度t0基础上降低冷凝温度，经过预设时间δt后测量露水收集量v1，判断v0与v1的大小，若v0＜v1，则继续降低冷凝温度，直到第k次降低冷凝温度后，露水收集量v
k-1
＞v
k
，停止降低冷凝温度；若v0＞v1，则在初始冷凝温度t0基础上增加冷凝温度，直到第k次增加冷凝温度后，露水收集量v
k-1
＞v
k
，停止增加冷凝温度。5.根据权利要求1所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，步骤s2中构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型为：其中，w
ij
＝[w
i1
,w
i2
,w
i3
,...,w
ik
]表示回归函数模型参数向量，k表示露水收集器冷凝温
度的调整总次数，n表示预设的温度幂次总数，表示第j次调整冷凝温度的i次幂，v
ij
表示第j次调整冷凝温度时的露水收集量向量。6.根据权利要求5所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，步骤s3中，模型误差的计算公式为：7.根据权利要求6所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，模型误差的最小值的计算公式为：8.一种露水收集器冷凝温度自适应控制系统，基于权利要求1-7任一项所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法，其特征在于，包括水量传感模块、环境温度传感模块、湿度传感模块、信号处理控制模块；水量传感模块、环境温度传感模块、湿度传感模块分别与信号处理控制模块相连；信号处理控制模块包括冷凝温度调整单元、计算单元、模型训练单元；环境温度传感模块，用于获取露水收集器周围的当前环境温度；湿度传感模块，用于获取露水收集器周围的当前环境湿度；冷凝温度调整单元，用于按一定时间间隔对露水收集器的冷凝温度进行调整；水量传感模块，用于获取露水收集器在不同冷凝温度下对应的实际露水收集量；计算单元，根据不同时间节点的冷凝温度以及与冷凝温度对应的实际露水收集量，计算得到冷凝温度向量以及对应的实际露水收集量向量；模型训练单元，用于将不同时间节点采样得到的冷凝温度向量输入回归函数模型，并基于回归函数模型输出的露水收集预测量向量、实际露水收集量向量，计算得到不同时间节点对应的模型误差，并基于模型的最小误差，获取模型的参数向量，以得到当前环境温度、当前环境湿度下对应的训练后回归函数模型；计算单元，还基于训练后回归函数模型，计算得到当前环境温度、环境湿度下露水收集器的最优冷凝温度；冷凝温度调整单元，还用于根据计算单元计算得到的最优冷凝温度，对露水收集器的冷凝温度进行调整。9.根据权利要求8所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制系统，其特征在于，冷凝温度调整单元通过控制露水收集器的压缩机工作频率，以使露水收集器的蒸发器温度达到相应的冷凝温度；系统还包括与冷凝温度调整单元连接的蒸发器温度传感模块，蒸发器温度传感模块用于实时检测蒸发器温度。10.根据权利要求7所述的一种露水收集器冷凝温度自适应控制系统，其特征在于，系统还包括制冷系统低压检测传感模块、制冷系统高压检测传感模块；制冷系统低压检测传感模块、制冷系统高压检测传感模块分别与冷凝温度调整单元连接；制冷系统低压检测传感器，用于检测制冷系统低压管冷媒压力；
制冷系统高压检测传感器，用于检测制冷系统高压管冷媒压力；冷凝温度调整单元，还基于低压管冷媒压力、高压管冷媒压力判断是否停止压缩机的运转。

技术总结
本发明属于露水收集技术领域，具体涉及一种露水收集器冷凝温度自适应控制计算方法及系统。本发明通过构建与冷凝温度向量以及露水收集量向量相关的回归函数模型，将露水收集器的冷凝温度与露水收集量建立联系，能够基于露水收集器周围的实际环境温度、实际环境湿度对模型进行训练，以对露水收集器的冷凝温度进行调整，能够有效解决因冷凝温度不能根据环境温度、湿度变化进行调整带来的露水收集效率低以及露水收集器功耗大的问题。及露水收集器功耗大的问题。及露水收集器功耗大的问题。


技术研发人员：公晓丽 朱礼尧 韩建文 骆新江
受保护的技术使用者：杭州千岛净露水业有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/7