一種實驗室通風(fēng)柜控制器的設(shè)計
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2．1 A／D采樣及D／A輸出
A／D，D／A電路主要實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換匹配及模擬信號濾波等功能。模擬信號分別為窗高度輸入Hx：通過拉線變阻器或者超聲波測距實時采集控制柜窗口高度，輸入信號字0～10 V范圍內(nèi)線性變化，用于獲得期望風(fēng)量；閥門反饋輸入f：閥門開度反饋，反應(yīng)當(dāng)前實時風(fēng)量。0～10 V線性變化；有人／無人輸入Z：通過人體傳感器檢測通風(fēng)柜前扇形區(qū)域內(nèi)是否有人，并將有人／無人狀態(tài)轉(zhuǎn)換為+12 V／0 V電壓值。輸出模擬信號為閥門驅(qū)動信號，線性變化的電壓控制閥門的開度。
2．2 人機界面
包括鍵盤、LED指示燈和液晶顯示器，實現(xiàn)信息的輸入，數(shù)據(jù)顯示和報警作用。該電路由PCA9555單元單獨完成。PCA9555是24引腳的CM OS設(shè)備，它提供了I2C-Bus／SMBus應(yīng)用中的16位通用并行輸入／輸出口GPIO的擴展。且通訊頻率始終能達(dá)到400 kHz。
按鍵采用低電平中斷觸發(fā)方式。
電源電路實現(xiàn)同一端口AC／DC 24V輸入，輸出直流土12 V，+5 V和+3．3 V。輸入端采用半橋整流電路，實現(xiàn)同一端口同時輸入交流或直流電源，適應(yīng)不同環(huán)境需要。整流以后，通過TL2575HV-12IKV單元電路，將電壓穩(wěn)定到+12 V。后繼采用電壓轉(zhuǎn)化電路產(chǎn)生+5 V和+3．3 V電源。
2．3 ModBus
ModBus串行鏈路協(xié)議是主-從協(xié)議，RTU模式在相同波特率下比ASCII模式有更高的數(shù)據(jù)吞吐量，故采用RTU模式。RTU模式是通過判斷時間間隔來區(qū)分字符和報文幀的，時長至少為3．5個字符時間的空閑間隔將報文幀區(qū)分開。同時，整個報文必須以連續(xù)的字符流發(fā)送，幀內(nèi)2個字符之間的間隔小于1．5個字符時間。RTU報文幀如下所示：本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/160479.htm
ModBus協(xié)議規(guī)定了20多種功能碼，本設(shè)計只用到其中幾種操作。上位機機發(fā)送讀保持寄存器(功能碼03)，寫單個寄存器(功能碼06)和寫多個寄存器(功能碼16)3種命令完成對ARM的讀寫功能。下位機程序負(fù)責(zé)對上位機命令進(jìn)行響應(yīng)并將數(shù)據(jù)發(fā)送回主機。
3 系統(tǒng)運行及實現(xiàn)
系統(tǒng)主要實現(xiàn)信息量的采集、通信、參數(shù)設(shè)置和信息顯示。根據(jù)國家通風(fēng)柜對面風(fēng)速0．4～0．6 m／s的標(biāo)準(zhǔn)，控制器根據(jù)通風(fēng)柜窗開度Hx，閥門反饋Fb和設(shè)定風(fēng)速Vf計算出閥門控制電壓Vout(fx)用以控制風(fēng)速保持在這一范圍內(nèi)。并且將實際風(fēng)量L和風(fēng)速V顯示在液晶面板上。計算公式如下式：
式中：k=0．06～0．42；n=0．6～1．4，為漏風(fēng)調(diào)整；Hmax，Hmin為窗開度的最高和最低位置，Zmax，Zmin為其對應(yīng)的電壓信號；Hx為窗開度的實際值；a，b為閥門開度與風(fēng)量關(guān)系參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)定；Fb為閥門反饋電壓。
4 結(jié)語
實驗室污染氣體的排放影響到實驗人員的健康和工作環(huán)境的安全，根據(jù)國家對面風(fēng)速的規(guī)定以及考慮到實際運用中環(huán)境對風(fēng)速的影響，本文介紹的基于ARM的排風(fēng)控制器解決了這一問題，裝置可靠性和有效。本系統(tǒng)還可以推廣到別的排風(fēng)領(lǐng)域。
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