基于Modbus总线的室内通风监控系统

摘要：针对化学、生物实验室等易产生有害气体的空间，设计了基于Modbus总线的室内通风监控系统。该系统由下位机排风控制器、补风控制器与上位机监控中心组成，可实现对多个通风柜集中远程控制与监测。硬件电路以LPC2138为核心控制芯片，由风速传感器、通风柜窗开度位移传感器、人体传感器等电路组成，采用RS485模块构建基于Modbus的通信网络。试验表明，该系统成本低，稳定性好，可实现远程监控，具有较高的实用价值。关键词：通风监控；ARM；Modbus总线0 引言 化学、生物实验室等场所在运行过程中会产生有害物质，这些有害物质一般由气体、微小颗粒等悬浮物组成，不及时排除会严重影响室内人员的健康甚至生命安全。因此，在这些实验室内每个实验平台前一般均安装有通风设备通风柜。传统的通风柜多为单一控制模式，工作时通风量保持固定不变，不能根据具体情况调节风量，通风效果不佳，也不利于节约电能；在无人监控状况下一旦通风柜发生故障停止运转，会造成危险。 Modbus技术己成为一种工业标准，其通讯主要采用RS232、RS485等通讯媒介，是一种开放、灵活和标准的通讯技术。本文设计了一种基于Modbus总线的室内通风监控系统，可实现对多个通风柜集中远程控制(根据具体情况调节风量)与监测。1 监控系统的组成 整个监控系统由通风柜控制器(下位机)、Modbus总线和服务端(上位机)三部分组成，通风柜可根据实验室房间的大小和实验台分布的具体情况进行合理的布局。通风控制器在功能上可分为排风控制器和补风控制器两种，硬件电路上结构一致。对于诸如化学、生物实验室等特定房间，需要对每个排风柜进行单独的排风控制，整个房间还需要一个补风终端对房间进行风量的补充以免造成室内气压过低。排风控制器安装在每个通风柜上，补风控制器安装在补风终端上。每个通风控制器都有风量控制、监测、报警和参数设置等功能，并实时与上位机通信。 通风控制器的控制对象是每个通风柜以及补风终端上安装的文丘里阀，文丘里阀采用了数字化气流控制技术，内部具有高速的气流控制器，具有快速反应的自动压力平衡装置，提供可靠的通风柜集尘与室内压力的控制，风量的控制不受通风系统波动的影响。每个房间的通风柜和补风终端都连接着统一的通风管道和外部的风机相连。 通信网络采用RS485网络，通信协议采用Modbus协议，其作用是实现通风控制器终端和上位机之间的通信。 服务端是在PC机上实现，可检测设备实时数据、报警等信息，并可远程设置各个控制端的参数，统计查看历史数据曲线等，系统结构如图1所示。

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2 通风控制器的设计 通风控制器在功能上分为补风控制器和排风控器，两者在硬件电路设计上一致，补风控制器是通过Modbus总线获取每个房间所有排风控制器的风量数据，通过运算控制补风终端的文丘里阀门输送相应的补风量。2．1 硬件电路的组成 通风控制器的硬件设计采用了模块化的设计，由ARM芯片LPC2138及其外围电路、Modbus通信接口电路以及各种传感器电路组成，结构如图2所示。

风速传感器、通风柜窗开度位移传感器、人体传感器检测到的数据经A／D采样送入ARM处理器，与系统设定的风量等参数进行比较计算后输出驱动信号，控制文丘里阀门开度再由风速反馈与阀门反馈电压回馈形成一个闭环控制系统。各种信息数据通过Modbus总线传至上位机。

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