智能通风柜控制系统的设计与实现

摘要

近年来，化学实验室安全事故频发，实验安全问题已引起全社会的广泛关注。通风柜是化学实验室中不可或缺的实验设备，与实验安全息息相关，其作用是将实验过程中产生的难闻、有毒或有腐蚀性的有害气体从室内抽离。目前，常用的通风柜只能按照固定风量排风，其安全性低，且功能单一、不便使用。为提高其安全性、方便实验人员使用，因此设计了一种智能通风柜控制系统。
　　本系统由通风柜控制端和远程监控平台组成。通风柜控制端包括嵌入式计算机(树莓派)、测量子系统、控制子系统和人机交互子系统。测量子系统由人体感应传感器、测距传感器和转速测量模块组成，完成各项工作参数的测量；控制子系统由视窗电机、排风机、报警模块和LED灯条组成，执行各项功能；人机交互子系统由液晶触摸屏和摄像头组成，实现人机交互；树莓派协调各子系统工作，并通过网络与远程监控平台进行数据交互。远程监控平台采用HBuilder开发工具和PHP语言进行开发，并选用MySQL数据库存储数据。
　　本系统具有视窗自动升降、罩面风速控制、系统参数显示、报警、持续排风、图片采集以及远程监控等功能。其中，罩面风速控制和远程监控功能是系统的核心功能，也是通风柜智能化控制的体现。系统根据视窗开启高度实时调节通风柜排风量，进而维持罩面风速的稳定。系统使用晶闸管控制排风机转速，进而调节排风量，并应用PID算法加快调节过程、提高系统稳定性。远程监控功能是系统的重要创新点。实验人员通过浏览器登录远程监控平台后，能够对通风柜进行远程监测与控制。
　　系统开发完成后，对系统进行测试。测试结果表明，系统各项功能正常，且运行稳定。系统具有操作简单、使用方便、节能、扩展性强、稳定性好等优点，有效地改变了现有通风柜功能单一、安全性差的现状。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 论文的研究内容和章节安排

第二章 系统设计方案

2.1 系统功能方案

2.2 系统结构方案

2.3 系统控制策略

2.4 系统工作流程

2.5 微处理器

2.6 本章小结

第三章 通风柜测量子系统的实现

3.1 通风柜工作模式检测

3.2 视窗开启高度测量

3.3 排风机转速测量

3.4 本章小结

第四章 通风柜控制子系统的实现

4.1 视窗升降控制

4.2 排风机转速控制

4.3 报警控制

4.4 照明控制

4.5 本章小结

第五章 人机交互子系统的实现

5.1 液晶触摸屏选型及其硬件电路

5.2 液晶屏显示的软件实现

5.3 触摸控制的软件实现

5.4 图片采集及数据上传

5.5 本章小结

第六章 远程监控平台的实现

6.1 开发技术与运行环境

6.2 远程监控平台的软件设计

6.3 本章小结

第七章 系统测试

7.1 搭建测试环境

7.2 系统测试

7.3 误差分析

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

在读期间公开发表论文及参与的科研项目

致谢