野營(yíng)冷暖風(fēng)機(jī)電路板開發(fā)

目前，在礦山、電力、勘探、環(huán)保等野營(yíng)作業(yè)中，工作人員居住的帳篷或臨時(shí)搭建的簡(jiǎn)易房的取暖和通風(fēng)是個(gè)問題，使用一般空調(diào)其功率和便攜性很難滿足要求。我國(guó)的野外作業(yè)冷暖風(fēng)機(jī)大多數(shù)都是改裝而成的，很難適應(yīng)野外作業(yè)需求。針對(duì)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(yīng)野外作業(yè)冷暖風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)10kW大功率可移動(dòng)風(fēng)機(jī)的制冷和制熱控制，并具有設(shè)備的各種故障和操作的語(yǔ)音提示功能。

一、野營(yíng)冷暖風(fēng)機(jī)智能控制器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1野營(yíng)冷暖風(fēng)機(jī)智能控制系統(tǒng)的組成及基本原理

野營(yíng)冷暖風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要由軸流風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、送風(fēng)機(jī)、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(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、送風(fēng)機(jī)、四通換向閥為執(zhí)行部件，因此，野營(yíng)冷暖風(fēng)機(jī)智能控制系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)這些執(zhí)行部件的控制。冷暖風(fēng)機(jī)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(jī)不同部位的溫度和高低壓壓力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。室內(nèi)控制器包括控制和語(yǔ)音兩部分，室外主控制器將測(cè)到的各個(gè)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(duì)空調(diào)進(jìn)行操作，室內(nèi)控制器同時(shí)可以顯示所有的參數(shù)、故障提示、操作方法。

1.2風(fēng)機(jī)室外主控器設(shè)計(jì)

室外主控器由PIC16F77單片機(jī)作為主控元件，主要由信號(hào)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(jī)不同部位的溫度和高低壓壓力，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的制冷或制熱。

信號(hào)采集部分主要采集溫度、電壓、頻率、壓力以及軸流風(fēng)機(jī)電流等信號(hào)。

1)溫度采集電路：采用熱敏電阻來測(cè)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(dǎo)體材料制成的熱敏類型的溫度檢測(cè)元件。該設(shè)計(jì)選用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，采用分壓式電路進(jìn)行測(cè)溫，檢測(cè)結(jié)果經(jīng)處理后輸入到RA口。

2)電流信號(hào)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(hào)，對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。

3)壓力信號(hào)采集電路：控制系統(tǒng)需要對(duì)壓縮機(jī)高壓和低壓數(shù)值進(jìn)行監(jiān)控。選用的JPG2擴(kuò)散硅充油芯體壓力傳感器輸出信號(hào)為4～20mA或1～5V，可直接接入PIC16F77的RA端口。

輸出驅(qū)動(dòng)電路主要是控制壓縮機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)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(hào)放大后驅(qū)動(dòng)繼電器，從而控制相應(yīng)執(zhí)行元件。

1.3風(fēng)機(jī)室內(nèi)控制器設(shè)計(jì)

室內(nèi)控制器采用PIC系列單片機(jī)PIC16C711。其電源電路、復(fù)位電路、鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì)原理都與室外主控器相類似。此處重點(diǎn)介紹語(yǔ)音系統(tǒng)。

野外作業(yè)冷暖風(fēng)機(jī)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(dòng)性大，一般無專人操作和維護(hù)，因此解決這個(gè)問題的最好途徑是增加語(yǔ)音提示功能，使設(shè)備真正做到“傻瓜化”。選用TI生產(chǎn)的MSP53C392被動(dòng)式語(yǔ)音合成器，它是由單片機(jī)控制的語(yǔ)音合成系統(tǒng)。片內(nèi)集成有各種語(yǔ)音合成算法，用戶可以根據(jù)要求選擇。利用PC機(jī)和TI的專用軟件對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和壓縮，然后下載到Flash存儲(chǔ)器中。用單片機(jī)PIC16C711通過查表讀取語(yǔ)音數(shù)據(jù)，經(jīng)MSP53C392合成輸出語(yǔ)音，再經(jīng)濾波、LM386功率放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

二、野營(yíng)冷暖風(fēng)機(jī)控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1開關(guān)機(jī)程序設(shè)計(jì)

1)開機(jī)流程：制冷開機(jī)過程:帳篷內(nèi)溫度采用啟停式控制，當(dāng)回風(fēng)溫度(篷內(nèi)溫度)高于用戶設(shè)定溫度加回差時(shí)，若距前次關(guān)機(jī)時(shí)間超過180s，則開啟軸流風(fēng)機(jī)，延時(shí)30s，開啟壓縮機(jī);當(dāng)回風(fēng)溫度低于用戶設(shè)定溫度減去回差時(shí)關(guān)閉壓縮機(jī)，延時(shí)5s關(guān)閉軸流風(fēng)機(jī)。制熱開機(jī)流程與制冷流程相似。

2)關(guān)機(jī)流程：關(guān)機(jī)過程:關(guān)機(jī)信號(hào)，關(guān)閉壓縮機(jī)，延時(shí)5s，關(guān)軸流風(fēng)機(jī)，延時(shí)10s，關(guān)閉送風(fēng)機(jī)，關(guān)機(jī)結(jié)束。

2.2制冷、制熱過程程序設(shè)計(jì)

根據(jù)制冷原理，系統(tǒng)上電后，首先檢測(cè)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(jī)，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(yǔ)音提示軟件設(shè)計(jì)

語(yǔ)音提示軟件主要功能是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，根據(jù)不同按鍵輸入讀取不同的語(yǔ)音段數(shù)據(jù)，與語(yǔ)音合成器進(jìn)行通信，傳送語(yǔ)音數(shù)據(jù)，完成語(yǔ)音合成器件的復(fù)位和其他控制。通過GOLDWAVE軟件進(jìn)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(shí)，對(duì)音量進(jìn)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(fēng)機(jī)控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該控制器針對(duì)各種惡劣環(huán)境采取了相應(yīng)的加固措施，外殼材料使用鋁材及不銹鋼材料，對(duì)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(shí)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(jiǎn)單，方便可靠，壽命長(zhǎng)，手感好。

總結(jié)

野營(yíng)冷暖風(fēng)機(jī)智能控制系統(tǒng)主要是針對(duì)野外作業(yè)時(shí)特有的氣候條件而研制開發(fā)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大功率冷暖風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制，設(shè)計(jì)了語(yǔ)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(shè)備真正做到“傻瓜化”。該系統(tǒng)的應(yīng)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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