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通風柜控制器是通風柜上的微電腦控制器。微機用于進行復雜的邏輯計算和控制，以管理通風柜上各種機電設備的運行。用傳感器取出通風柜的各種物理參數(shù)供操作者使用使用微機可以大大提高各種設備的運行可靠性，簡化系統(tǒng)設備的復雜性。本設計采用PID控制，將排風風速穩(wěn)定在用戶設定的地面風速。采用液晶顯示器，操作簡單直觀多種工作模式(待機、強制排氣、有人/無人排氣)使該裝置更加節(jié)能實用。采用先進的風速標定方法，能夠更準確地檢測實際風速，從而實現(xiàn)實時、準確的排氣控制。

1工作原理實驗室產生的有毒有害氣體必須及時消除。測量實驗室通風柜的標準是滿足以下要求:有害氣體不能溢出，機柜內不能產生湍流。因此，表面風速是通風柜窗戶的平均風速，是衡量通風柜性能的主要技術參數(shù)。通風櫥表面風速國家標準為:0.4~0.6m/s排風量(單位:m3/h)的計算公式為:L=3600次；SVβ；(1)其中:S為操作口的開口面積(單位:平方米)；v為地面風速(單位:米/秒)；β；是安全系數(shù)(1.05~1.1)從方程(1)可以看出，對于無調節(jié)系統(tǒng)的通風柜，當操作門全開時，如果滿足0.3~0.5m/s的表面風速，當操作門半開或全關時，表面風速將超過設計值，這將對排氣和實驗結果產生很大影響。因此，如何有效控制地面風速是通風櫥排氣的有效保證本設計采用柜門的行程和風速控制方法，使得柜門可以處于不同的高度，通風柜表面的風速可以保持在設定值。通風柜的實際通風量可用以下公式表示:Q=SV=SWH(2)，其中:S為操作口的開口面積(單位:m2)；v為地面風速(單位:米/秒)；w是通風柜的開口寬度(單位:米)；h是通風柜的開窗高度(單位:米)采用柜門上的傳感器將柜門的行程信號改變給控制器，控制器根據(jù)設定的表面風速和公式(2)計算設定風量信號，從而可以在當前柜門高度下獲得設定風速所需的閥門開度。根據(jù)風速傳感器測量的實時風量，轉換成相應的閥門開度電信號在ARM中通過PID控制獲得輸出電壓來控制閥門開度，從而實現(xiàn)風速控制。具有系統(tǒng)結構的通風柜控制器電路的主要功能是響應外部環(huán)境完成輸入，如無人狀態(tài)下的輸入、開窗、反饋輸入、手動設置輸入等。通過判斷和計算，輸出一定的電壓來控制文丘里閥，形成閉環(huán)控制。控制器通過RS485總線將排氣柜當前的排氣量傳輸給補氣控制器，并通過ModBus協(xié)議與上位機通信，同時采用RS485總線形式。電平轉換選擇RSM485低功耗芯片。實施監(jiān)控和參數(shù)設置時，可以進行批量操作，大大簡化了操作量上位機軟件可以用LabVIEW或VB開發(fā)硬件電路包括鍵盤、液晶和蜂鳴器等人機交互電路。模擬/數(shù)字采樣電路，如無人模擬/數(shù)字電路、開窗模擬/數(shù)字電路、模擬/數(shù)字電路的反饋輸入；數(shù)模電路；風速檢測電路和串口通信部分系統(tǒng)結構如圖1所示。圖1系統(tǒng)結構2.1A/D采樣和數(shù)模輸出模數(shù)，數(shù)模電路主要實現(xiàn)電壓轉換匹配和模擬信號濾波等模擬信號分別為窗高輸入Hx:控制柜的窗高通過拉線變阻器或超聲波測距實時采集，輸入信號字在0-10V范圍內線性變化，獲得所需風量；閥門反饋輸入f:閥門開度反饋，反映當前實時空氣量0~10V的線性變化；有人/無人輸入z:通過人體傳感器檢測通風柜前的扇形區(qū)域是否有人，并將有人/無人狀態(tài)轉換為+12V/0V電壓值輸出模擬信號是閥門驅動信號，線性變化的電壓控制閥門的開啟。2.2人機界面包括鍵盤、發(fā)光二極管指示燈和液晶顯示器，實現(xiàn)信息輸入、數(shù)據(jù)顯示和報警功能。該電路僅由PCA9555單元完成。PCA9555是一個24針的互補金屬氧化物半導體器件，在I2C總線/SMBus應用中提供16位通用并行輸入/輸出GPIO的擴展。通信頻率始終可以達到400千赫按鍵采用低電平中斷觸發(fā)模式電源電路實現(xiàn)交流/直流24V同端口輸入，輸出DC+脈沖；12V、+5V和+3.3V輸入端采用半橋整流電路，實現(xiàn)交流或DC電源同時輸入到同一個端口，滿足不同環(huán)境的需要。整流后，通過TL 2575 HV 12 IKV單元電路，電壓穩(wěn)定在+12V。隨后，采用電壓轉換電路產生+5V和+3.3V電源2.3 Modbus串行鏈路協(xié)議是主從協(xié)議。在相同的波特率下，RTU模式比ASCII模式具有更高的數(shù)據(jù)吞吐量，因此采用RTU模式。RTU模式通過判斷時間間隔來區(qū)分字符和消息幀，消息幀通過持續(xù)時間至少為3.5個字符的空閑間隔來區(qū)分同時，整個消息必須以連續(xù)字符流的形式發(fā)送，幀中兩個字符之間的間隔少于1.5個字符。RTU消息幀如下:起始地址功能碼數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余校驗結束& ge3.5個字符8b8bN &次；8b16b & ge3.5字符ModBus協(xié)議規(guī)定了20多種功能代碼，其中只有少數(shù)用于本設計。上位機發(fā)送三個命令來讀取和保持寄存器(功能代碼03)，寫入一個寄存器(功能代碼06)和寫入多個寄存器(功能代碼16)來完成對ARM的讀寫功能下層計算機程序負責響應上層計算機命令并將數(shù)據(jù)發(fā)送回主機3系統(tǒng)操作與實現(xiàn)系統(tǒng)主要實現(xiàn)信息采集、通信、參數(shù)設置和信息顯示。根據(jù)0.4~0.6m/s通風柜風速的國家標準，控制器根據(jù)通風柜窗口開度Hx、閥門反饋Fb和設定風速Vf計算閥門控制電壓Vout(fx)，控制風速保持在此范圍內。并且實際空氣體積l和空氣速度v顯示在液晶面板上計算公式如下: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，用于漏風調節(jié)；Hmax和Hmin是窗口的較大高和較小低位置，Zmax和Zmin是它們對應的電壓信號；Hx是窗戶開度的實際值；a和B是現(xiàn)場標定的閥門開度和風量之間的關系參數(shù)。Fb是閥門反饋電壓欲了解更多的通風柜，請訪問公司主頁:http://www.jr1718.com

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