CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器.pdf

本发明提出了一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，包括面风速传感器、压力传感器、第一ADC模数转换电路、第二ADC模数转换电路、DAC数模转换电路、超声波模块、第一单片机、第二单片机、上位机、矩阵开关电路、执行电路和电源转换电路；第一单片机外接矩阵开关电路、执行电路，执行电路包括控制门开度的第一电机、控制风阀开度的第二电机、照明设备和报警设备；面风速传感器和压力传感器分别通过第一ADC模数转换电路和第二ADC模数转换电路连接第二单片机，超声波模块连接第二单片机，上位机通过DAC数模转换电路连接第二单片机；第一单片机和第二单片机通信连接。本发明可实现通风柜风量自动调节，集成度高，有利于减小通风柜体积。

权利要求书
1.  一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其特征在于，包括：
面风速传感器、压力传感器、第一ADC模数转换电路、第二ADC模数转换 电路、DAC数模转换电路、超声波模块、第一单片机、第二单片机、上位机、 矩阵开关电路、执行电路和电源转换电路；
第一单片机外接矩阵开关电路、执行电路，执行电路包括控制门开度的第 一电机(M1)、控制风阀开度的第二电机(M2)、照明设备和报警设备；
面风速传感器和压力传感器分别通过第一ADC模数转换电路和第二ADC模 数转换电路连接第二单片机，超声波模块连接第二单片机，上位机通过DAC数 模转换电路连接第二单片机；
第一单片机和第二单片机通信连接；
将市电转换为直流电的电源转换电路分别连接第一ADC模数转换电路、第 二ADC模数转换电路、DAC数模转换电路、超声波模块、第一单片机和第二单 片机进行供电。

2.  如权利要求1所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，第一单片机和第二单片机均采用STC89C52芯片。

3.  如权利要求2所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，第一单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引 脚外接4×4矩阵开关电路；第一单片机P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、 P0.6、P0.7引脚分别连接第一继电器(k1)、第二继电器(k2)、第三继电器(k3)、 第四继电器(k4)、第五继电器(k5)、第六继电器(k6)、第七继电器(k7)和 第八继电器(k8)；第一电机(M1)分别连接第一继电器(k1)的常开触点(K1) 和第二继电器(k2)常开触点(K2)，照明设备连接第三继电器(k3)的常开触 点(K3)，第二电机(M2)分别连接第四继电器(k4)的常开触点(K4)和第五 继电器(k5)的常开触点(K5)，报警设备连接第六继电器(k6)的常开触点(K6)。

4.  如权利要求3所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，第一继电器(k1)、第二继电器(k2)、第三继电器(k3)、第四继电 器(k4)、第五继电器(k5)、第六继电器(k6)、第七继电器(k7)和第八继电 器(k8)分别通过一个上拉电阻接直流电，第一电机(M1)、第二电机(M2)、 照明设备和报警设备由市电供电。

5.  如权利要求2所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，第一ADC模数转换电路和第二ADC模数转换电路分别由第一ADC0804 芯片和第二ADC0804芯片外接电路实现，其中，ADC0804芯片VREF/2引脚通过 第一电阻(R1)接直流电并通过第二电阻(R2)接地，CLK IN引脚通过第十一 电容(C11)接地，CLK R引脚通过第三电阻(R3)连接CLK IN引脚，AGND引 脚接地，DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7引脚分别连接第二单片机 的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚；面风速传感器连 接在第一ADC芯片的VIN+引脚和VIN-引脚之间，压力传感器连接在第二ADC0804 芯片的VIN+引脚和VIN-引脚之间；第二单片机的P2.1引脚和P2.2引脚分别连 接第一ADC0804芯片和第二ADC0804芯片的CS引脚。

6.  如权利要求5所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，超声波模块采用HC-SR04芯片，其ECHO引脚连接第二单片机的INT0 引脚，超声波模块的TRTG引脚连接第二单片机的P2.0引脚。

7.  如权利要求6所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，DAC数模转换电路由max515芯片实现，其REFIN引脚通过第四电阻 (R4)接直流电并通过第五电阻(R5)接地，其SCLK引脚、CS引脚和DIN引 脚分别连接第二单片机的P2.3引脚、P2.4引脚和P2.5引脚，其OUT引脚连接 上位机。

8.  如权利要求1所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，电源转换电路主要包括变压器(T1)、第一二极管(D1)、第二二极 管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)、第一稳压模块(U1)、第二稳 压模块(U2)和第三稳压模块(U3)；第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第 三二极管(D3)和第四二极管(D4)依次串联成回路，变压器(T1)次级线圈 的两个输出端分别连接在第一二极管(D1)和第二二极管(D2)之间与第三二 极管(D3)和第四二极管(D4)之间，变压器(T1)具有接地端且其初级线圈 接入220V交流电；第一稳压模块(U1)的输入端连接在第二二极管(D2)和第 四二极管(D4)之间，并分别通过第一电容(C1)和第三电容(C3)接地，其 输出端通过第六电阻(R6)连接第一直流电输出端，并分别通过第五电容(C5) 和第七电容(C7)接地；第二稳压模块(U2)的输入端连接在第一二极管(D1) 和第三二极管(D3)之间，并分别通过第二电容(C2)和第四电容(C4)接地， 其输出端通过第七电阻(R7)连接第二直流电输出端，并分别通过第六电容(C6) 和第八电容(C8)接地；第三稳压模块(U3)输入端连接第一稳压模块(U1) 输出端，并通过第九电容(C9)接地，其输出端作为第三直流电输出端，并通 过第十电容(C10)接地。

9.  如权利要求1所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，其 特征在于，第一稳压模块(U1)和第二稳压模块(U2)的型号为7815，第三稳 压模块(U3)的型号为7805。

10.  如权利要求1至9任一项所述的CIT具有变风量调节功能的通风柜小 型控制器，其特征在于，报警模块为蜂鸣器。

说明书CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器
技术领域
本发明涉及风量控制技术领域，尤其涉及一种CIT具有变风量调节功能的 通风柜小型控制器。
背景技术
传统的实验室通风柜设备主要完成对照明、排风、附加电源开关进行控制 等功能，这些功能是通过手动开关来实现的，其产品集成度低，电源线路凌乱， 维修复杂，产品结构简单，无法升级，适用范围小，已经无法满足需要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种CIT具有变风量调节功 能的通风柜小型控制器，可实现通风柜风量自动调节，集成度高，有利于减小 通风柜体积。
本发明提出的一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，包括面 风速传感器、压力传感器、第一ADC模数转换电路、第二ADC模数转换电路、 DAC数模转换电路、超声波模块、第一单片机、第二单片机、上位机、矩阵开关 电路、执行电路和电源转换电路；
第一单片机外接矩阵开关电路、执行电路，执行电路包括控制门开度的第 一电机、控制风阀开度的第二电机、照明设备和报警设备；
面风速传感器和压力传感器分别通过第一ADC模数转换电路和第二ADC模 数转换电路连接第二单片机，超声波模块连接第二单片机，上位机通过DAC数 模转换电路连接第二单片机；
第一单片机和第二单片机通信连接；
将市电转换为直流电的电源转换电路分别连接第一ADC模数转换电路、第 二ADC模数转换电路、DAC数模转换电路、超声波模块、第一单片机和第二单片 机进行供电。
优选地，第一单片机和第二单片机均采用STC89C52芯片。
优选地，第一单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 引脚外接4×4矩阵开关电路；第一单片机P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、 P0.6、P0.7引脚分别连接第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、 第五继电器、第六继电器、第七继电器和第八继电器；第一电机分别连接第一 继电器的常开触点和第二继电器常开触点，照明设备连接第三继电器的常开触 点，第二电机分别连接第四继电器的常开触点和第五继电器的常开触点，报警 设备连接第六继电器的常开触点。
优选地，第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电 器、第六继电器、第七继电器和第八继电器分别通过一个上拉电阻接直流电， 第一电机、第二电机、照明设备和报警设备由市电供电。
优选地，第一ADC模数转换电路和第二ADC模数转换电路分别由第一 ADC0804芯片和第二ADC0804芯片外接电路实现，其中，ADC0804芯片VREF/2 引脚通过第一电阻接直流电并通过第二电阻接地，CLK IN引脚通过第十一电容 接地，CLK R引脚通过第三电阻连接CLK IN引脚，AGND引脚接地，DB0、DB1、 DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7引脚分别连接第二单片机的P1.0、P1.1、P1.2、 P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚；面风速传感器连接在第一ADC芯片的VIN+ 引脚和VIN-引脚之间，压力传感器连接在第二ADC0804芯片的VIN+引脚和VIN- 引脚之间；第二单片机的P2.1引脚和P2.2引脚分别连接第一ADC0804芯片和 第二ADC0804芯片的CS引脚。
优选地，超声波模块采用HC-SR04芯片，其ECHO引脚连接第二单片机的INT0 引脚，超声波模块的TRTG引脚连接第二单片机的P2.0引脚。
优选地，DAC数模转换电路由max515芯片实现，其REFIN引脚通过第四电 阻接直流电并通过第五电阻接地，其SCLK引脚、CS引脚和DIN引脚分别连接第 二单片机的P2.3引脚、P2.4引脚和P2.5引脚，其OUT引脚连接上位机。
优选地，电源转换电路主要包括变压器、第一二极管、第二二极管、第三 二极管和第四二极管、第一稳压模块、第二稳压模块和第三稳压模块；第一二 极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管依次串联成回路，变压器次级线 圈的两个输出端分别连接在第一二极管和第二二极管之间与第三二极管和第四 二极管之间，变压器具有接地端且其初级线圈接入220V交流电；第一稳压模块 的输入端连接在第二二极管和第四二极管之间，并分别通过第一电容和第三电 容接地，其输出端通过第六电阻连接第一直流电输出端，并分别通过第五电容 和第七电容接地；第二稳压模块的输入端连接在第一二极管和第三二极管之间， 并分别通过第二电容和第四电容接地，其输出端通过第七电阻连接第二直流电 输出端，并分别通过第六电容和第八电容接地；第三稳压模块输入端连接第一 稳压模块输出端，并通过第九电容接地，其输出端作为第三直流电输出端，并 通过第十电容接地。
优选地，第一稳压模块和第二稳压模块的型号为7815，第三稳压模块的型 号为7805。
优选地，报警模块为蜂鸣器。
本发明提供了自动控制和手动控制两种风量调节方法，灵活度高，适用范 围广；并采用单片机、ADC芯片等集成芯片实现，提高了电路集成度，减小了体 积，便于安装使用，适用范围广泛。本发明中，通过实时监控、自动计算的方 式实现风量自调节，自动化程度高，精度高，有利于提升工作效率，且具有控 制门开度和风阀开度两种调节方式，并对门开度和风阀开度进行实时监控，有 利于避免门和风阀极限工作的情况，避免极限损害。
附图说明
图1为本发明提出的一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器电 源转换电路原理示意图；
图2为本发明提出的一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器局 部电路原理示意图；
图3为本发明提出的一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器执 行电路示意图；
图4为本发明提出的一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器局 部电路原理示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器，包括面 风速传感器、压力传感器、第一ADC模数转换电路、第二ADC模数转换电路、 DAC数模转换电路、超声波模块、第一单片机、第二单片机、上位机、矩阵开关 电路、执行电路和电源转换电路。
第一单片机外接矩阵开关电路、执行电路，执行电路包括控制门开度的第 一电机M1、控制风阀开度的第二电机M2、照明设备和报警设备。
面风速传感器用于检测风速，压力传感器用于检测风管内压。面风速传感 器和压力传感器分别通过第一ADC模数转换电路和第二ADC模数转换电路连接 第二单片机。第一ADC模数转换电路和第二ADC模数电路分别将接收到的面风 速信号和压力信号转换为数字信号后传送到第二单片机。
超声波模块连接第二单片机，第二单片机向超声波模块发送指令后，超声 波模块发射超声波，超声波遇到阻碍后返回，超声波模块向第二单片机发送反 馈信息，第二单片机根据超声波回波时间计算与门的距离以判断门的开度。
上位机通过DAC数模转换电路连接第二单片机，DAC数模转换电路将第二单 片机计算出的面风速传值和门的开度值转换为模拟信号后发送给上位机进行显 示，上位机可采用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器) 芯片。
第一单片机和第二单片机通信连接并均采用STC89C52芯片,STC89C52芯片 X1、X2引脚连接最小系统，其reset引脚连接复位电路。
将市电转换为直流电的电源转换电路分别连接第一ADC模数转换电路、第 二ADC模数转换电路、DAC数模转换电路、超声波模块、第一单片机和第二单片 机进行供电。
如图1所示，电源转换电路主要包括变压器T1、第一二极管D1、第二二极 管D2、第三二极管D3和第四二极管D4、第一稳压模块U1、第二稳压模块U2和 第三稳压模块U3。
第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4依次串联 成回路。变压器T1次级线圈的两个输出端分别连接在第一二极管D1和第二二 极管D2之间与第三二极管D3和第四二极管D4之间，变压器T1具有接地端且 其初级线圈接入220V交流电。
第一稳压模块U1的输入端连接在第二二极管D2和第四二极管D4之间，并 分别通过第一电容C1和第三电容C3接地，其输出端通过第六电阻R6连接第一 直流电输出端，并分别通过第五电容C5和第七电容C7接地。
第二稳压模块U2的输入端连接在第一二极管D1和第三二极管D3之间，并 分别通过第二电容C2和第四电容C4接地，其输出端通过第七电阻R7连接第二 直流电输出端，并分别通过第六电容C6和第八电容C8接地。
第三稳压模块U3输入端连接第一稳压模块U1输出端，并通过第九电容C9 接地，其输出端作为第三直流电输出端，并通过第十电容C10接地。
第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4的型号为 1N404。第一稳压模块U1和第二稳压模块U2的型号为7815，第三稳压模块U3 的型号为7805。
第一电容C1和第二电容C2的规格为4700uF/35V；第三电容C3、第四电容 C4、第七电容C7和第八电容C8的规格为0.1uF；第五电容C5和第六电容C6的 规格为220uF/25V；第九电容C9和第十电容C10的规格为220uF。第六电阻R6 和第七电阻R7的阻值均为10KΩ。
该电源转换电路第一直流电输出端可输出+15V直流电，第三直流电输出端 可输出+5V直流电，第一ADC模数转换电路、第二ADC模数转换电路、DAC数模 转换电路、超声波模块、第一单片机和第二单片机的直流电接入端可根据需要 选择连接至第一直流电输出端或第三直流电输出端。该电源转换电路第二直流 电输出端可输出-15V直流电作为备用。
如图2、图3所示，第一单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、 P1.6、P1.7引脚外接4×4矩阵开关电路，用于手动输入信号。第一单片机P0.0、 P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7引脚分别连接第一继电器k1、第 二继电器k2、第三继电器k3、第四继电器k4、第五继电器k5、第六继电器k6、 第七继电器k7和第八继电器k8。
第一电机M1分别连接第一继电器k1的常开触点K1和第二继电器k2常开 触点K2，以根据第一单片P0.0、P0.1引脚输出信号控制门的开关。照明设备连 接第三继电器k3的常开触点K3，以根据第一单片P0.2引脚输出信号控制照明 设备的开关。第二电机M2分别连接第四继电器k4的常开触点K4和第五继电器 k5的常开触点K5，以根据第一单片P0.3、P0.4引脚输出信号控制风阀的开关， 进行风量调节。报警设备连接第六继电器k6的常开触点K6，以根据第一单片 P0.5引脚输出信号控制报警设备报警引起注意。第一单片P0.6、P0.7引脚作为 备用控制信号输出端。
值得注意的是，第一继电器k1、第二继电器k2、第三继电器k3、第四继电 器k4、第五继电器k5、第六继电器k6、第七继电器k7和第八继电器k8分别通 过一个上拉电阻接直流电，第一电机M1、第二电机M2、照明设备和报警设备由 市电直接供电。
如图4所示，第一ADC模数转换电路和第二ADC模数转换电路分别由第一 ADC0804芯片和第二ADC0804芯片外接电路实现。第一ADC0804芯片和第二 ADC0804芯片的外接电路实现为，VREF/2引脚通过第一电阻R1接直流电并通过 第二电阻R2接地，CLK IN引脚通过第十一电容C11接地，CLK R引脚通过第三 电阻R3连接CLK IN引脚，AGND引脚接地，DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、 DB6、DB7引脚分别连接第二单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、 P1.6、P1.7引脚。第二单片机的P2.1引脚和P2.2引脚分别连接第一ADC0804 芯片和第二ADC0804芯片的CS引脚已进行片选。
面风速传感器连接在第一ADC芯片的VIN+引脚和VIN-引脚之间，压力传感 器连接在第二ADC0804芯片的VIN+引脚和VIN-引脚之间。
超声波模块采用HC-SR04芯片，其ECHO引脚连接第二单片机的INT0引脚， 超声波模块的TRTG引脚连接第二单片机的P2.0引脚，以便与第二单片机进行 双向通信。
DAC数模转换电路由max515芯片实现，其REFIN引脚通过第四电阻R4接直 流电并通过第五电阻R5接地，其SCLK引脚、CS引脚和DIN引脚分别连接第二 单片机的P2.3引脚、P2.4引脚和P2.5引脚，其OUT引脚连接上位机。
该CIT具有变风量调节功能的通风柜小型控制器工作时，第二单片机通过 控制超声波模块工作计算门的开度，并通过面风速传感器和压力传感器监控风 速以及风管内压，并与第一单片机通信，第一单片机控制执行电路中的第一电 机M1和第二电机M2工作以调节风阀开度和门的开度，以实现风量的调节；当 门的开度达到极限值时，第一单片机控制第二电机M2工作以调节风阀开度实现 风量的调节，当压力传感器监测到的风管内压达到极限值时，第一单片机控制 第一电机M1工作以调节门的开度实现风量的调节；另外，也可以通过矩阵开关 电路手动输入信号控制执行电路工作。第一单片机还根据第二单片机的通信信 号或通过矩阵开关电路手动输入的信号控制照片设备和报警设备工作，例如当 风速达到极限值时，报警设备报警以引起注意。上位机对风速及门的开度进行 显示以引起注意。
本实施方式提供了自动控制和手动控制两种风量调节方法，灵活度高，适 用范围广。本实施方式采用单片机、ADC芯片等集成芯片实现，提高了电路集成 度，减小了体积，便于安装使用，适用范围广泛。本实施方式通过实时监控、 自动计算的方式实现风量自调节，自动化程度高，精度高，有利于提升工作效 率，且具有控制门开度和风阀开度两种调节方式，并对其进行实时监控，有利 于避免门和风阀极限工作的情况，避免极限损害。
本实施方式中，照明设备采用电灯，报警设备采用蜂鸣器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。