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客户成功故事与项目成功案例

野营冷暖风机电路板开发


目前,在矿山、电力、勘探、环保等野营作业中,工作人员居住的帐篷或临时搭建的简易房的取暖和通风是个问题,使用一般空调其功率和便携性很难满足要求。我国的野外作业冷暖风机大多数都是改装而成的,很难适应野外作业需求。针对各野外作业所处特殊环境,笔者研制开发了一款适应野外作业冷暖风机的具有“防潮、防烟雾、防霉菌”三防要求的智能化控制系统,该系统可实现对10kW大功率可移动风机的制冷和制热控制,并具有设备的各种故障和操作的语音提示功能。

一、野营冷暖风机智能控制器硬件系统设计

1.1野营冷暖风机智能控制系统的组成及基本原理

野营冷暖风机系统主要由轴流风机、压缩机、送风机、干燥过滤器、四通换向阀、节流组件、蒸发器、冷凝器等组成。其中轴流风机、压缩机、送风机、四通换向阀为执行部件,因此,野营冷暖风机智能控制系统的主要功能是完成对这些执行部件的控制。冷暖风机智能控制系统由室外主控器和室内控制器组成。室外主控器主要是根据空调控制工作原理,监控并采集分布在空调机不同部位的温度和高低压压力,实现风机的正常运行。室内控制器包括控制和语音两部分,室外主控制器将测到的各个参数通过四芯电缆传送到室内控制器,根据需要在室内对空调进行操作,室内控制器同时可以显示所有的参数、故障提示、操作方法。

1.2风机室外主控器设计

室外主控器由PIC16F77单片机作为主控元件,主要由信号采集、看门狗电路、键盘及显示电路、输出电路、电源电路等组成。在系统上电后,控制系统监视和采集分布在空调机不同部位的温度和高低压压力,来实现风机的制冷或制热。

信号采集部分主要采集温度、电压、频率、压力以及轴流风机电流等信号。

1)温度采集电路:采用热敏电阻来测量各温度。热敏电阻是具有很高电阻温度系数的固体半导体材料制成的热敏类型的温度检测元件。该设计选用负温度系数热敏电阻器,采用分压式电路进行测温,检测结果经处理后输入到RA口。

2)电流信号采集电路:电流采集选用TA12-100环氧灌封精密电流互感器。TA12-100环氧灌封精密电流互感器,变比为1000∶1,0~5mA输出,可作为电控系统输入信号,对电机运行状态监视。

3)压力信号采集电路:控制系统需要对压缩机高压和低压数值进行监控。选用的JPG2扩散硅充油芯体压力传感器输出信号为4~20mA或1~5V,可直接接入PIC16F77的RA端口。

输出驱动电路主要是控制压缩机、轴流风机和四通阀等执行元件。利用RC4、RC5及部分RD口线,将输出信号放大后驱动继电器,从而控制相应执行元件。

1.3风机室内控制器设计

室内控制器采用PIC系列单片机PIC16C711。其电源电路、复位电路、键盘及显示电路设计原理都与室外主控器相类似。此处重点介绍语音系统。

野外作业冷暖风机使用范围较广,使用人员文化程度较低,且野外作业单位作业人员流动性大,一般无专人操作和维护,因此解决这个问题的最好途径是增加语音提示功能,使设备真正做到“傻瓜化”。选用TI生产的MSP53C392被动式语音合成器,它是由单片机控制的语音合成系统。片内集成有各种语音合成算法,用户可以根据要求选择。利用PC机和TI的专用软件对语音数据进行转换和压缩,然后下载到Flash存储器中。用单片机PIC16C711通过查表读取语音数据,经MSP53C392合成输出语音,再经滤波、LM386功率放大后驱动扬声器。

二、野营冷暖风机控制器软件系统设计

2.1开关机程序设计

1)开机流程:制冷开机过程:帐篷内温度采用启停式控制,当回风温度(篷内温度)高于用户设定温度加回差时,若距前次关机时间超过180s,则开启轴流风机,延时30s,开启压缩机;当回风温度低于用户设定温度减去回差时关闭压缩机,延时5s关闭轴流风机。制热开机流程与制冷流程相似。

2)关机流程:关机过程:关机信号,关闭压缩机,延时5s,关轴流风机,延时10s,关闭送风机,关机结束。

2.2制冷、制热过程程序设计

根据制冷原理,系统上电后,首先检测工作电压(200~240V)、频率、电流、压力是否正常。如不正常系统则显示故障信息(电压、频率、高低压不正常要停机,而温度传感器不正常只是显示故障信息)。制热过程程序流程类似制冷。

2.3语音提示软件设计

语音提示软件主要功能是对系统进行初始化,根据不同按键输入读取不同的语音段数据,与语音合成器进行通信,传送语音数据,完成语音合成器件的复位和其他控制。通过GOLDWAVE软件进行低通滤波,使其频宽为4kHz或5kHz,然后以8kHz或10kHz的频率重新抽样;同时,对音量进行调节,以16位单声道PCM的数据格式保存。转换和压缩后的数据保存在24LC512和24LC256中。

三、暖风机控制器结构设计

该控制器针对各种恶劣环境采取了相应的加固措施,外壳材料使用铝材及不锈钢材料,对铁件采用热镀锌,镀层厚度是普通电镀层厚度的10倍以上,从而实现防潮、防烟雾及防霉菌。键盘采用新型高弹不锈钢作为按键的弹片,按键安装简单,方便可靠,寿命长,手感好。

总结

野营冷暖风机智能控制系统主要是针对野外作业时特有的气候条件而研制开发,系统实现了对大功率冷暖风机系统的控制,设计了语音提示功能,该功能可以提示操作方法和故障类型,帮助使用人员轻松操控,使设备真正做到“傻瓜化”。该系统的应用将有效地为野外作业单位提供更好的后勤保障。

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