一种实验室通风柜控制器的设计
2．1 A／D采样及D／A输出
A／D，D／A电路主要实现电压转换匹配及模拟信号滤波等功能。模拟信号分别为窗高度输入Hx：通过拉线变阻器或者超声波测距实时采集控制柜窗口高度，输入信号字0～10 V范围内线性变化，用于获得期望风量；阀门反馈输入f：阀门开度反馈，反应当前实时风量。0～10 V线性变化；有人／无人输入Z：通过人体传感器检测通风柜前扇形区域内是否有人，并将有人／无人状态转换为+12 V／0 V电压值。输出模拟信号为阀门驱动信号，线性变化的电压控制阀门的开度。
2．2 人机界面
包括键盘、LED指示灯和液晶显示器，实现信息的输入，数据显示和报警作用。该电路由PCA9555单元单独完成。PCA9555是24引脚的CM OS设备，它提供了I2C-Bus／SMBus应用中的16位通用并行输入／输出口GPIO的扩展。且通讯频率始终能达到400 kHz。
按键采用低电平中断触发方式。
电源电路实现同一端口AC／DC 24V输入，输出直流土12 V，+5 V和+3．3 V。输入端采用半桥整流电路，实现同一端口同时输入交流或直流电源，适应不同环境需要。整流以后，通过TL2575HV-12IKV单元电路，将电压稳定到+12 V。后继采用电压转化电路产生+5 V和+3．3 V电源。
2．3 ModBus
ModBus串行链路协议是主-从协议，RTU模式在相同波特率下比ASCII模式有更高的数据吞吐量，故采用RTU模式。RTU模式是通过判断时间间隔来区分字符和报文帧的，时长至少为3．5个字符时间的空闲间隔将报文帧区分开。同时，整个报文必须以连续的字符流发送，帧内2个字符之间的间隔小于1．5个字符时间。RTU报文帧如下所示：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/160479.htm
ModBus协议规定了20多种功能码，本设计只用到其中几种操作。上位机机发送读保持寄存器(功能码03)，写单个寄存器(功能码06)和写多个寄存器(功能码16)3种命令完成对ARM的读写功能。下位机程序负责对上位机命令进行响应并将数据发送回主机。
3 系统运行及实现
系统主要实现信息量的采集、通信、参数设置和信息显示。根据国家通风柜对面风速0．4～0．6 m／s的标准，控制器根据通风柜窗开度Hx，阀门反馈Fb和设定风速Vf计算出阀门控制电压Vout(fx)用以控制风速保持在这一范围内。并且将实际风量L和风速V显示在液晶面板上。计算公式如下式：
式中：k=0．06～0．42；n=0．6～1．4，为漏风调整；Hmax，Hmin为窗开度的最高和最低位置，Zmax，Zmin为其对应的电压信号；Hx为窗开度的实际值；a，b为阀门开度与风量关系参数，根据现场标定；Fb为阀门反馈电压。
4 结语
实验室污染气体的排放影响到实验人员的健康和工作环境的安全，根据国家对面风速的规定以及考虑到实际运用中环境对风速的影响，本文介绍的基于ARM的排风控制器解决了这一问题，装置可靠性和有效。本系统还可以推广到别的排风领域。
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