一种通风柜稳态阀控制系统的制作方法

本实用新型涉及实验室设备领域，尤其是一种通风柜稳态阀控制系统。

背景技术：

通风柜是实验室中必不可少的一种设备。在实验中经常会产生一些有毒气体和粉尘，这时就需要通风柜来将这些有毒气体和粉尘及时从实验室内排出，以保护使用者的安全。在通风柜中，常需要稳态阀来实现不同状态间的切换，例如：通过双稳态阀来实现工作状态和空闲状态下两个不同风量值之间的切换等。稳态阀一般通过控制系统来实现不同状态间的切换。目前的稳态阀大多为双稳态阀或三稳态阀，四稳态阀尚未见诸报道。相应地，目前稳态阀的控制系统最多只能实现3种不同状态(如工作状态、待机状态和值班状态)间的切换，难以实现4种状态间的切换，适用性不广。此外，目前稳态阀的控制系统也不具备输出状态定时检测和远程监控的功能，功能不够丰富。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种适用性广和功能丰富的通风柜稳态阀控制系统。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种通风柜稳态阀控制系统，包括外壳和位于外壳内的主控板，所述主控板包括控制器、通信模块、电源模块以及四稳态输出模块，所述四稳态输出模块包括第一定时检测模块、第二定时检测模块、第三定时检测模块、第四定时检测模块、第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口，所述控制器的输出端分别连接第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口，所述第一定时检测模块分别与第一稳态阀驱动口和控制器连接，所述第二定时检测模块分别与第二稳态阀驱动口和控制器连接，所述第三定时检测模块分别与第三稳态阀驱动口和控制器连接，所述第四定时检测模块分别与第四稳态阀驱动口和控制器连接，所述电源模块的输出端连接控制器的输入端，所述通信模块与控制器连接。

进一步，所述第一定时检测模块、第二定时检测模块、第三定时检测模块和第四定时检测模块采用相同的控制电路，所述控制电路包括定时器和检测电路，所述定时器的输出端与检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与控制器的输入端连接。

进一步，所述定时器包括555定时芯片和继电器，所述继电器包括继电器线圈和继电器常开触点，所述555定时芯片的输出端耦接继电器线圈，所述继电器常开触点接入检测电路的输入端。

进一步，所述检测电路包括采样单元和放大单元，所述采样单元的输出端通过放大单元进而与控制器的输入端连接。

进一步，所述放大单元包括运算放大器、第四电阻和第五电阻，所述运算放大器的同向输入端通过第四电阻接地，所述运算放大器的反向输入端分别与采样单元的输出端和第五电阻的一端连接，所述运算放大器的输出端分别连接控制器的输入端以及第五电阻的另一端。

进一步，所述四稳态输出模块还包括切换开关，所述切换开关的输入端与控制器的输出端连接，所述切换开关的输出端设有第一切换点、第二切换点、第三切换点和第四切换点，所述第一切换点与第一稳态阀驱动口连接，所述第二切换点与第二稳态阀驱动口连接，所述第三切换点与第三稳态阀驱动口连接，所述第四切换点与第四稳态阀驱动口连接。

进一步，所述四稳态输出模块还包括第一至第四开关，所述第一开关的一端连接第一稳态阀驱动口，所述第二开关的一端连接第二稳态阀驱动口，所述第三开关的一端连接第三稳态阀驱动口，所述第四开关的一端连接第四稳态阀驱动口，所述第一开关的另一端、第二开关的另一端、第三开关的另一端和第四开关的另一端均连接控制器的输出端。

进一步，还包括传感器模块和告警模块，所述传感器模块包括红外传感器、有毒气体检测传感器、易燃气体检测传感器、PM2.5检测传感器和烟度检测传感器，所述红外传感器的输出端、有毒气体检测传感器的输出端、易燃气体检测传感器的输出端、PM2.5检测传感器的输出端和烟度检测传感器的输出端均连接控制器的输入端，所述告警模块的输入端连接控制器的输出端。

进一步，所述告警模块包括5V电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、发光二极管、第一晶体管、第二晶体管和喇叭，所述第一晶体管的基极分别连接控制器的输出端和第三电阻的一端，所述第二电阻的一端和第二晶体管的发射极均与5V电源连接，所述第二电阻的另一端通过发光二极管进而与第一晶体管的集电极连接，所述第一电阻的一端与第一晶体管的集电极连接，所述第一电阻的另一端与第二晶体管的基极连接，所述第二晶体管的集电极与喇叭的一端连接，所述第三电阻的另一端、第一晶体管的发射极和喇叭的另一端均接地。

进一步，所述通信模块采用移动通信模块、蓝牙无线通信模块、WIFI通信模块、以太网通信模块和RS232通信模块中的至少一种。

本实用新型的有益效果是：四稳态输出模块包括第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口，能配合控制器提供四种不同的输出来驱动四稳态阀，从而实现4种状态间的切换，适用性更广；在四稳态输出模块中增设了第一定时检测模块、第二定时检测模块、第三定时检测模块和第四定时检测模块，能对各稳态阀驱动口的输出状态进行定时检测，更加全面和方便；增设了通信模块，能通过通信模块对通风柜稳态阀进行远程监控，功能更丰富。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的主控板的电路连接关系图；

图2为本实用新型实施例第一定时检测模块的电路原理图；

图3为本实用新型实施例提供的四稳态输出模块的一种结构框图；

图4为本实用新型实施例提供的四稳态输出模块的另一种结构框图；

图5为本实用新型告警模块的电路原理图。

具体实施方式

参照图1，一种通风柜稳态阀控制系统，包括外壳和位于外壳内的主控板，所述主控板包括控制器、通信模块、电源模块以及四稳态输出模块，所述四稳态输出模块包括第一定时检测模块、第二定时检测模块、第三定时检测模块、第四定时检测模块、第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口，所述控制器的输出端分别连接第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口，所述第一定时检测模块分别与第一稳态阀驱动口和控制器连接，所述第二定时检测模块分别与第二稳态阀驱动口和控制器连接，所述第三定时检测模块分别与第三稳态阀驱动口和控制器连接，所述第四定时检测模块分别与第四稳态阀驱动口和控制器连接，所述电源模块的输出端连接控制器的输入端，所述通信模块与控制器连接。

具体地，控制器为主控板的逻辑控制中心，负责触发通风柜稳态阀的各种控制信号(包括通信控制信号、输出控制信号、异常告警控制信号等)。本实用新型的控制器步不涉及任何软件方法上的改进，其控制信号触发过程可采用现有技术来实现。控制器可采用单片机、DSP芯片、ARM等，如STC12C5A60S2芯片。

通信模块，用于实现控制器与云端服务器、远程监控终端、后台服务器或其它设备等的通信。通信模块可采移动通信模块、蓝牙无线通信模块、WIFI通信模块、以太网通信模块、RS232通信模块等，其可通过UART串口或通用I/O口与控制器连接。

电源模块，用于为控制器供电。电源模块内部可包括电源管理芯片，其通过电源线连接控制器的电源接口。

第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口，用于驱动稳态阀阀芯的四个出口导通或截止，从而实现4种不同状态，例如：第一稳态阀驱动口对应工作状态，第二稳态阀驱动口对应待机状态，第三稳态阀驱动口对应值班状态，第四稳态阀驱动口对应紧急状态(如消防火灾报警等状态)。第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口可采用通用的I/O口等接口。

第一定时检测模块、第二定时检测模块、第三定时检测模块和第四定时检测模块，用于对各稳态阀驱动口的输出状态定时进行检测。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述第一定时检测模块、第二定时检测模块、第三定时检测模块和第四定时检测模块采用相同的控制电路，所述控制电路包括定时器和检测电路，所述定时器的输出端与检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与控制器的输入端连接。

具体地，定时器用于向检测电路提供持续一段时间的工作信号。

检测电路，用于检测各稳态阀驱动口是否有相应的信号输出。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述定时器包括555定时芯片U1和继电器，所述继电器包括继电器线圈M和继电器常开触点K，所述555定时芯片U1的输出端耦接继电器线圈M，所述继电器常开触点K接入检测电路的输入端。

具体地，定时器是采用555定时芯片U1接成的单稳态电路，当定时器处于工作状态时，使555定时芯片U1的输出由低电平变成高电平，使继电器线圈M处于工作状态，则第一继电器常开触点Kl闭合并输出工作信号，从而使检测电路工作，同时，555定时芯片U1的第7脚内部截止，电源VCC便通过电阻R7给电容C1充电，这就是定时的开始，当电容C1的电压上升至电源VCC电压的2/3时，555定时芯片U1的第7脚通道使电容C1放电，使第3脚的输出由高电平变回到低电平，第一继电器线圈M释放，不再输出工作信号，则检测电路断电，该电路的定时长短由R7和C1决定。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述检测电路包括采样单元和放大单元，所述采样单元的输出端通过放大单元进而与控制器的输入端连接。

具体地，采样单元，用于采样各稳态阀驱动口的输出信号以输出采样电压。以第一稳态阀驱动口为例，其对应的采样单元得到的采样电压为V1，如图2所示。

放大单元，用于将采样电压按一定比例放大，以通过AD采样口或通用I/O口输入控制器。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述放大单元包括运算放大器U2、第四电阻R4和第五电阻R5，所述运算放大器U2的同向输入端通过第四电阻R4接地，所述运算放大器U2的反向输入端分别与采样单元的输出端与第五电阻R5的一端连接，所述运算放大器U2的输出端分别连接控制器的输入端VO以及第五电阻R5的另一端。

具体地，图2的第六电阻R6是为了通过分压避免输入电压过大而损坏运算放大器U2。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述四稳态输出模块还包括切换开关K1，所述切换开关K1的输入端与控制器的输出端连接，所述切换开关的输出端设有第一切换点1、第二切换点2、第三切换点3和第四切换点4，所述第一切换点1与第一稳态阀驱动口连接，所述第二切换点2与第二稳态阀驱动口连接，所述第三切换点3与第三稳态阀驱动口连接，所述第四切换点4与第四稳态阀驱动口连接。

具体地，本实施例的四稳态输出模块可通过常见的单刀四掷开关来提供4路不同的输出，从而实现4种不同状态的切换。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述四稳态输出模块还包括第一至第四开关，所述第一开关的一端连接第一稳态阀驱动口，所述第二开关的一端连接第二稳态阀驱动口，所述第三开关的一端连接第三稳态阀驱动口，所述第四开关的一端连接第四稳态阀驱动口，所述第一开关的另一端、第二开关的另一端、第三开关的另一端和第四开关的另一端均连接控制器的输出端。

具体地，本实施例的四稳态输出模块也可采用4个常见的单刀单掷开关来提供4路不同的输出，从而实现4种不同状态的切换。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括传感器模块和告警模块，所述传感器模块包括红外传感器、有毒气体检测传感器、易燃气体检测传感器、PM2.5检测传感器和烟度检测传感器，所述红外传感器的输出端、有毒气体检测传感器的输出端、易燃气体检测传感器的输出端、PM2.5检测传感器的输出端和烟度检测传感器的输出端均连接控制器的输入端，所述告警模块的输入端连接控制器的输出端。

具体地，红外传感器，用于获取红外检测信号，以检测稳态阀附近是否有人。红外传感器可采用现有的红外传感器，其可通过通用I/O接口将检测信号传输至控制器。

有毒气体检测传感器，用于获取实验室内的有毒气体检测信号，有毒气体包括氯气、氨气、氮氧化物、光气、氟化氢、二氧化硫、三氧化硫和硫酸二甲酯等。本实用新型的有毒气体检测传感器可采用现有的有毒气体检测传感器来实现，其可通过通用I/O接口将检测信号传输至控制器。

易燃气体检测传感器，用于获取实验室内的易燃气体检测信号，所述易燃气体包括氢、甲烷、丙烷、乙烯、乙烷、乙炔和硫化氢等。本实用新型的易燃气体检测传感器可采用现有的易燃气体检测传感器来实现，其可通过通用I/O接口将检测信号传输至控制器。

PM2.5检测传感器，用于获取实验室内的PM2.5颗粒物检测信号。本实用新型的可采用现有的PM2.5传感器来实现，其可通过通用I/O接口将检测信号传输至控制器。

烟度检测装置，用于实时获取实验室内的烟度感应信号。本实用新型的烟度感应信号可采用现有的烟度传感器来实现，其可通过通用I/O接口将烟度感应信号传输至控制器。

参照图5，进一步作为优选的实施方式，所述告警模块包括5V电源、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、发光二极管LED、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和喇叭SP1，所述第一晶体管Q1的基极分别连接控制器的输出端和第三电阻R3的一端，所述第二电阻R2的一端和第二晶体管Q2的发射极均与5V电源连接，所述第二电阻R2的另一端通过发光二极管LED进而与第一晶体管Q1的集电极连接，所述第一电阻R1的一端与第一晶体管Q1的集电极连接，所述第一电阻R1的另一端与第二晶体管Q2的基极连接，所述第二晶体管Q2的集电极与喇叭SP1的一端连接，所述第三电阻R3的另一端、第一晶体管Q1的发射极和喇叭SP1的另一端均接地。

图5所示电路的工作原理为：控制器在异常情况(如实验室内存在有毒气体和粉尘等)时触发高电平信号使Q1的基极电压升高，此时Q1的集电极和发射极导通，LED点亮，同时Q2基极电压被拉低，Q2导通，SP1发声报警。

进一步作为优选的实施方式，所述通信模块采用移动通信模块、蓝牙无线通信模块、WIFI通信模块、以太网通信模块和RS232通信模块中的至少一种。

本实用新型一种通风柜稳态阀控制系统的工作过程如下：电源模块上电后系统开始工作，控制器通过传感器模块获取有毒气体、粉尘等检测信号，并触发相应的控制信号，包括：在实验室内存在有毒气体和粉尘等时触发告警控制信号驱动告警模块进行声光报警；触发通信控制信号通过通信模块将获取的检测信号等数据上传给云端服务器、远程监控终端、后台服务器或其它设备，以实现远程监控；触发相应状态下的稳态阀控制信号来通过第一稳态阀驱动口、第二稳态阀驱动口、第三稳态阀驱动口和第四稳态阀驱动口中的至少一个来驱动稳态阀在对应的稳态下工作。此外，第一定时检测模块、第二定时检测模块、第三定时检测模块和第四定时检测模块还将定时检测各稳态阀驱动口是否有信号输出，以第一时间获取系统的状态。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。