電器與工具
野營冷暖風機電路板開發(fā)
目前，在礦山、電力、勘探、環(huán)保等野營作業(yè)中，工作人員居住的帳篷或臨時搭建的簡易房的取暖和通風是個問題，使用一般空調(diào)其功率和便攜性很難滿足要求。我國的野外作業(yè)冷暖風機大多數(shù)都是改裝而成的，很難適應野外作業(yè)需求。針對各野外作業(yè)所處特殊環(huán)境，筆者研制開發(fā)了一款適應野外作業(yè)冷暖風機的具有“防潮、防煙霧、防霉菌”三防要求的智能化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對10kW大功率可移動風機的制冷和制熱控制，并具有設備的各種故障和操作的語音提示功能。
一、野營冷暖風機智能控制器硬件系統(tǒng)設計
1.1野營冷暖風機智能控制系統(tǒng)的組成及基本原理
野營冷暖風機系統(tǒng)主要由軸流風機、壓縮機、送風機、干燥過濾器、四通換向閥、節(jié)流組件、蒸發(fā)器、冷凝器等組成。其中軸流風機、壓縮機、送風機、四通換向閥為執(zhí)行部件，因此，野營冷暖風機智能控制系統(tǒng)的主要功能是完成對這些執(zhí)行部件的控制。冷暖風機智能控制系統(tǒng)由室外主控器和室內(nèi)控制器組成。室外主控器主要是根據(jù)空調(diào)控制工作原理，監(jiān)控并采集分布在空調(diào)機不同部位的溫度和高低壓壓力，實現(xiàn)風機的正常運行。室內(nèi)控制器包括控制和語音兩部分，室外主控制器將測到的各個參數(shù)通過四芯電纜傳送到室內(nèi)控制器，根據(jù)需要在室內(nèi)對空調(diào)進行操作，室內(nèi)控制器同時可以顯示所有的參數(shù)、故障提示、操作方法。
1.2風機室外主控器設計
室外主控器由PIC16F77單片機作為主控元件，主要由信號采集、看門狗電路、鍵盤及顯示電路、輸出電路、電源電路等組成。在系統(tǒng)上電后，控制系統(tǒng)監(jiān)視和采集分布在空調(diào)機不同部位的溫度和高低壓壓力，來實現(xiàn)風機的制冷或制熱。
信號采集部分主要采集溫度、電壓、頻率、壓力以及軸流風機電流等信號。
1)溫度采集電路：采用熱敏電阻來測量各溫度。熱敏電阻是具有很高電阻溫度系數(shù)的固體半導體材料制成的熱敏類型的溫度檢測元件。該設計選用負溫度系數(shù)熱敏電阻器，采用分壓式電路進行測溫，檢測結(jié)果經(jīng)處理后輸入到RA口。
2)電流信號采集電路：電流采集選用TA12－100環(huán)氧灌封精密電流互感器。TA12－100環(huán)氧灌封精密電流互感器，變比為1000∶1，0～5mA輸出，可作為電控系統(tǒng)輸入信號，對電機運行狀態(tài)監(jiān)視。
3)壓力信號采集電路：控制系統(tǒng)需要對壓縮機高壓和低壓數(shù)值進行監(jiān)控。選用的JPG2擴散硅充油芯體壓力傳感器輸出信號為4～20mA或1～5V，可直接接入PIC16F77的RA端口。
輸出驅(qū)動電路主要是控制壓縮機、軸流風機和四通閥等執(zhí)行元件。利用RC4、RC5及部分RD口線，將輸出信號放大后驅(qū)動繼電器，從而控制相應執(zhí)行元件。
1.3風機室內(nèi)控制器設計
室內(nèi)控制器采用PIC系列單片機PIC16C711。其電源電路、復位電路、鍵盤及顯示電路設計原理都與室外主控器相類似。此處重點介紹語音系統(tǒng)。
野外作業(yè)冷暖風機使用范圍較廣，使用人員文化程度較低，且野外作業(yè)單位作業(yè)人員流動性大，一般無專人操作和維護，因此解決這個問題的最好途徑是增加語音提示功能，使設備真正做到“傻瓜化”。選用TI生產(chǎn)的MSP53C392被動式語音合成器，它是由單片機控制的語音合成系統(tǒng)。片內(nèi)集成有各種語音合成算法，用戶可以根據(jù)要求選擇。利用PC機和TI的專用軟件對語音數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換和壓縮，然后下載到Flash存儲器中。用單片機PIC16C711通過查表讀取語音數(shù)據(jù)，經(jīng)MSP53C392合成輸出語音，再經(jīng)濾波、LM386功率放大后驅(qū)動揚聲器。
二、野營冷暖風機控制器軟件系統(tǒng)設計
2.1開關(guān)機程序設計
1)開機流程：制冷開機過程:帳篷內(nèi)溫度采用啟停式控制，當回風溫度(篷內(nèi)溫度)高于用戶設定溫度加回差時，若距前次關(guān)機時間超過180s，則開啟軸流風機，延時30s，開啟壓縮機;當回風溫度低于用戶設定溫度減去回差時關(guān)閉壓縮機，延時5s關(guān)閉軸流風機。制熱開機流程與制冷流程相似。
2)關(guān)機流程：關(guān)機過程:關(guān)機信號，關(guān)閉壓縮機，延時5s，關(guān)軸流風機，延時10s，關(guān)閉送風機，關(guān)機結(jié)束。
2.2制冷、制熱過程程序設計
根據(jù)制冷原理，系統(tǒng)上電后，首先檢測工作電壓(200～240V)、頻率、電流、壓力是否正常。如不正常系統(tǒng)則顯示故障信息(電壓、頻率、高低壓不正常要停機，而溫度傳感器不正常只是顯示故障信息)。制熱過程程序流程類似制冷。
2.3語音提示軟件設計
語音提示軟件主要功能是對系統(tǒng)進行初始化，根據(jù)不同按鍵輸入讀取不同的語音段數(shù)據(jù)，與語音合成器進行通信，傳送語音數(shù)據(jù)，完成語音合成器件的復位和其他控制。通過GOLDWAVE軟件進行低通濾波，使其頻寬為4kHz或5kHz，然后以8kHz或10kHz的頻率重新抽樣;同時，對音量進行調(diào)節(jié)，以16位單聲道PCM的數(shù)據(jù)格式保存。轉(zhuǎn)換和壓縮后的數(shù)據(jù)保存在24LC512和24LC256中。
三、暖風機控制器結(jié)構(gòu)設計
該控制器針對各種惡劣環(huán)境采取了相應的加固措施，外殼材料使用鋁材及不銹鋼材料，對鐵件采用熱鍍鋅，鍍層厚度是普通電鍍層厚度的10倍以上，從而實現(xiàn)防潮、防煙霧及防霉菌。鍵盤采用新型高彈不銹鋼作為按鍵的彈片，按鍵安裝簡單，方便可靠，壽命長，手感好。
總結(jié)
野營冷暖風機智能控制系統(tǒng)主要是針對野外作業(yè)時特有的氣候條件而研制開發(fā)，系統(tǒng)實現(xiàn)了對大功率冷暖風機系統(tǒng)的控制，設計了語音提示功能，該功能可以提示操作方法和故障類型，幫助使用人員輕松操控，使設備真正做到“傻瓜化”。該系統(tǒng)的應用將有效地為野外作業(yè)單位提供更好的后勤保障。
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