实验室通风柜通风橱控制器

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通风柜控制器是通风柜上的微电脑控制器。微机用于进行复杂的逻辑计算和控制，以管理通风柜上各种机电设备的运行。用传感器取出通风柜的各种物理参数供操作者使用使用微机可以大大提高各种设备的运行可靠性，简化系统设备的复杂性。本设计采用PID控制，将排风风速稳定在用户设定的地面风速。采用液晶显示器，操作简单直观多种工作模式(待机、强制排气、有人/无人排气)使该装置更加节能实用。采用先进的风速标定方法，能够更准确地检测实际风速，从而实现实时、准确的排气控制。

1工作原理实验室产生的有毒有害气体必须及时消除。测量实验室通风柜的标准是满足以下要求:有害气体不能溢出，机柜内不能产生湍流。因此，表面风速是通风柜窗户的平均风速，是衡量通风柜性能的主要技术参数。通风橱表面风速国家标准为:0.4~0.6m/s排风量(单位:m3/h)的计算公式为:L=3600次；SVβ；(1)其中:S为操作口的开口面积(单位:平方米)；v为地面风速(单位:米/秒)；β；是安全系数(1.05~1.1)从方程(1)可以看出，对于无调节系统的通风柜，当操作门全开时，如果满足0.3~0.5m/s的表面风速，当操作门半开或全关时，表面风速将超过设计值，这将对排气和实验结果产生很大影响。因此，如何有效控制地面风速是通风橱排气的有效保证本设计采用柜门的行程和风速控制方法，使得柜门可以处于不同的高度，通风柜表面的风速可以保持在设定值。通风柜的实际通风量可用以下公式表示:Q=SV=SWH(2)，其中:S为操作口的开口面积(单位:m2)；v为地面风速(单位:米/秒)；w是通风柜的开口宽度(单位:米)；h是通风柜的开窗高度(单位:米)采用柜门上的传感器将柜门的行程信号改变给控制器，控制器根据设定的表面风速和公式(2)计算设定风量信号，从而可以在当前柜门高度下获得设定风速所需的阀门开度。根据风速传感器测量的实时风量，转换成相应的阀门开度电信号在ARM中通过PID控制获得输出电压来控制阀门开度，从而实现风速控制。具有系统结构的通风柜控制器电路的主要功能是响应外部环境完成输入，如无人状态下的输入、开窗、反馈输入、手动设置输入等。通过判断和计算，输出一定的电压来控制文丘里阀，形成闭环控制。控制器通过RS485总线将排气柜当前的排气量传输给补气控制器，并通过ModBus协议与上位机通信，同时采用RS485总线形式。电平转换选择RSM485低功耗芯片。实施监控和参数设置时，可以进行批量操作，大大简化了操作量上位机软件可以用LabVIEW或VB开发硬件电路包括键盘、液晶和蜂鸣器等人机交互电路。模拟/数字采样电路，如无人模拟/数字电路、开窗模拟/数字电路、模拟/数字电路的反馈输入；数模电路；风速检测电路和串口通信部分系统结构如图1所示。图1系统结构2.1A/D采样和数模输出模数，数模电路主要实现电压转换匹配和模拟信号滤波等模拟信号分别为窗高输入Hx:控制柜的窗高通过拉线变阻器或超声波测距实时采集，输入信号字在0-10V范围内线性变化，获得所需风量；阀门反馈输入f:阀门开度反馈，反映当前实时空气量0~10V的线性变化；有人/无人输入z:通过人体传感器检测通风柜前的扇形区域是否有人，并将有人/无人状态转换为+12V/0V电压值输出模拟信号是阀门驱动信号，线性变化的电压控制阀门的开启。2.2人机界面包括键盘、发光二极管指示灯和液晶显示器，实现信息输入、数据显示和报警功能。该电路仅由PCA9555单元完成。PCA9555是一个24针的互补金属氧化物半导体器件，在I2C总线/SMBus应用中提供16位通用并行输入/输出GPIO的扩展。通信频率始终可以达到400千赫按键采用低电平中断触发模式电源电路实现交流/直流24V同端口输入，输出DC+脉冲；12V、+5V和+3.3V输入端采用半桥整流电路，实现交流或DC电源同时输入到同一个端口，满足不同环境的需要。整流后，通过TL 2575 HV 12 IKV单元电路，电压稳定在+12V。随后，采用电压转换电路产生+5V和+3.3V电源2.3 Modbus串行链路协议是主从协议。在相同的波特率下，RTU模式比ASCII模式具有更高的数据吞吐量，因此采用RTU模式。RTU模式通过判断时间间隔来区分字符和消息帧，消息帧通过持续时间至少为3.5个字符的空闲间隔来区分同时，整个消息必须以连续字符流的形式发送，帧中两个字符之间的间隔少于1.5个字符。RTU消息帧如下:起始地址功能码数据的循环冗余校验结束& ge3.5个字符8b8bN &次；8b16b & ge3.5字符ModBus协议规定了20多种功能代码，其中只有少数用于本设计。上位机发送三个命令来读取和保持寄存器(功能代码03)，写入一个寄存器(功能代码06)和写入多个寄存器(功能代码16)来完成对ARM的读写功能下层计算机程序负责响应上层计算机命令并将数据发送回主机3系统操作与实现系统主要实现信息采集、通信、参数设置和信息显示。根据0.4~0.6m/s通风柜风速的国家标准，控制器根据通风柜窗口开度Hx、阀门反馈Fb和设定风速Vf计算阀门控制电压Vout(fx)，控制风速保持在此范围内。并且实际空气体积l和空气速度v显示在液晶面板上计算公式如下:vout(FX)= khxwvfn-ba(3)hx = hmax(zx-zmin)zmax-zmin+hmin(4)l = AFB-b(5)，其中:k = 0.06 ~ 0.42N=0.6~1.4，用于漏风调节；Hmax和Hmin是窗口的较大高和较小低位置，Zmax和Zmin是它们对应的电压信号；Hx是窗户开度的实际值；a和B是现场标定的阀门开度和风量之间的关系参数。Fb是阀门反馈电压欲了解更多的通风柜，请访问公司主页:http://www.jr1718.com

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