专利名称：生物安全柜的控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生物安全柜的控制系统，具体地说，是涉及一种对生物安全柜的风机转速实现自动调节的控制系统。
背景技术：
在经历了非典和禽流感等病毒的肆虐后，人们的卫生观念和安全意识普遍得到了提高，对周围空气的质量也提出了更高的要求。因此如何实现对有害气体的安全有效过滤，从而使室内的空气质量得以改善，防止病毒气体对人们的侵害，已经成为目前迫切需要解决的主要问题之一。为了确保人们的身体健康，市面上出现了许多种类的空气净化设备和生物安全柜，这些空气处理装置虽然可以在不同程度上实现对空气的净化处理，但是都普遍存在着处理效果不够理想、浪费能源等问题。对于目前市面上出现的生物安全柜来说，其在运行过程中风机的转速一般都是恒定的，过滤器长时间使用后，失压会逐渐增大，如果风机始终处于同一转速下，箱体内工作区的气压会逐渐上升，无法保证箱体内工作区的有害气体始终处于低负压状态，从而影响了气体流通的平稳性，降低了有害气体的处理效果。
发明内容
本实用新型为了解决现有技术中生物安全柜的处理效果不够理想，且存在能源浪费的问题，提供了一种新型的生物安全柜自动控制系统，通过在生物安全柜的箱体内增设压力传感器，对过滤器两侧的压力进行检测，进而通过CPU输出控制信号改变风机的转速，从而有效保证了箱体内工作区的气体始终处于低负压状态且气流平稳。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种生物安全柜的控制系统，包括箱体、过滤器、风机和CPU，在所述箱体内设置有一压力传感器，所述压力传感器对过滤器两侧的压力进行检测，输出采样信号给CPU，所述CPU输出控制信号经开关放大电路处理后驱动风机旋转。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述压力传感器的信号输出端连接CPU的模数转换口，CPU根据接收到的电压信号决定其输出PWM信号的占空比，进而通过开关放大电路连接风机的电压控制信号输入端。在所述的开关放大电路中包含有两个NPN型三极管和一个继电器，其中一个NPN型三极管的基极连接CPU的I/O口，接收开关机指令信号，发射极接地，集电极经继电器线圈连接一+12V直流电源；另一个NPN型三极管的基极连接CPU的PWM信号输出口，发射极接地，集电极一方面经继电器的常开触点连接所述的+12V直流电源，另一方面连接风机的电压控制信号输入端。
作为对上述技术方案的又进一步限定，在所述箱体上设置有前窗，在前窗的滑动轨道上设置有行程开关，所述行程开关的信号输出端连接CPU的I/O口。所述行程开关包含有两个，在垂直方向上呈上下排列，下部行程开关对前窗的开启状态进行检测，输出检测信号到CPU的其中一个I/O口；上部行程开关对前窗的开启高度进行检测，输出检测信号到CPU的另一个I/O口。
作为对上述技术方案的再进一步限定，在所述生物安全柜系统中还设置有按键电路、照明电路、报警电路和显示屏，所述按键电路将接收到的用户指令输出到CPU中，CPU通过其I/O口相连照明电路和报警电路，并将接收到的压力采样信号通过显示屏进行显示输出。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型通过在生物安全柜中设置自动控制系统，采用压力传感器对过滤器两侧的压力差进行实时检测，并将采样结果实时地传递给CPU完成数据的校正处理。所述CPU一方面通过显示屏将检测结果反馈给实验人员，另一方面与安全阈值进行比较，在没有超过安全阈值的情况下，输出具有一定占空比的PWM脉宽调制信号经开关放大电路处理后驱动风机转动，抽出有害气体到过滤器进行净化处理。所述PWM脉冲信号的占空比可根据输入的压力采样值进行调节，进而改变风机的旋转速度，确保箱体内工作区的气体始终处于低负压状态且气流平稳。当检测结果超过安全阈值时，CPU输出控制信号驱动报警电路发出报警信号，提醒实验人员注意，以便进行及时处理。本实用新型的生物安全柜控制系统通过对风机的转速进行实时控制，并辅助多重检测电路，从根本上确保了装置工作的安全性，有效提高了安全柜对有害气体的处理效果，节约了能源，具有广阔的应用领域和较高的实用价值。
图1是本实用新型生物安全柜的控制系统原理框图；图2是本实用新型中压力传感器的电路原理图；图3是本实用新型中风机控制电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地说明。
本实用新型的生物安全柜控制系统的主要功能是根据生物安全柜前窗、按键以及压力传感器信号实现对风机风速的调节和控制，确保整个系统处于安全运行状态，并对不安全操作进行报警，其控制系统的整体结构参见图1所示。
图1中，CPU接收来自按键电路、压力传感器和前窗开启检测装置输出的指令或采样信号，经内部软件程序处理后，通过其相应输出端控制风机、照明电路、报警电路和显示屏工作。所述前窗开启检测装置采用两个行程开关实现，所述两个行程开关设置在前窗的滑动轨道上，在垂直方向上呈上下排列，下部行程开关对前窗的开启状态进行检测，输出检测信号到CPU的其中一个I/O口。当前窗开启时，风机和照明灯自动运行，使箱体内空气不外泄。此时，一旦通过按键关闭风机，CPU控制报警电路启动，提醒实验人员注意，此状态为非安全状态。重新打开风机或关闭前窗后，报警自动取消。上部行程开关对前窗的开启高度进行检测，并将检测结果输出到CPU的另一个I/O口。如果前窗开启高度过高，CPU控制报警电路启动，提醒实验人员降低前窗高度，避免箱体内空气外泄，确保系统运行安全。
生物安全柜在运行的过程中，应保证箱体内工作区低负压且气流平稳。对于新过滤器来说，由于其失压较小，所以风机可以低速运行。当过滤器长时间使用后，失压会逐渐增大，过滤效果减弱，如果风机始终处于同一转速下，箱体内工作区的气压会逐渐上升，容易导致有害气体的外泄以及过滤效果的变差。为了解决这一问题，在本实用新型的生物安全柜中增设了压力传感器。所述压力传感器对过滤器两侧的压力差进行实时检测，并将检测结果转换成模拟电压信号输出到CPU中，CPU对接收到的模拟电压进行模数转换后，对数据进行校正处理，一方面通过显示屏将检测结果反馈给实验人员，实现实验人员对系统运行的实时监控；另一方面与安全阈值进行比较，在没有超过安全阈值的情况下，提高其输出PWM脉宽调制信号的占空比，进而经开关放大电路处理后驱动风机高速旋转，抽出有害气体到过滤器进行净化处理。所述PWM脉冲信号的占空比是根据输入的压力采样值进行调节的，改变PWM脉冲信号的占空比可以实现风机转速的自由调节，进而达到箱体内工作区的气体始终处于低负压状态且气流平稳循环的目的。当检测结果超过安全阈值时，CPU输出控制信号驱动报警电路发出报警信号，提醒实验人员注意，及时做出处理，防止意外事故发生。其压力传感器与CPU的电路连接关系以及风机转速控制的电路原理图参见图2、图3所示。
图2中，压力传感器SEN1的电源端4脚连接+5V直流电源，并经滤波电容C18接地，为所述的压力传感器SEN1提供稳定的工作电源。压力传感器SEN1的3脚接地，2脚输出电压采样信号一方面经分压电阻R18接地，另一方面经分压串联电阻R17连接CPU的模数转换A/D口，并经滤波电容C8接地，滤除采样信号中的干扰噪波。CPU将接收到的模拟电压信号进行模数转换后，生成数字信号进行校正处理，一方面通过显示屏反馈给实验人员，另一方面与安全阈值进行比较，如果超过安全阈值，则分步报警，如果未达到安全阈值，则根据模拟电压值的大小调整PWM脉宽调制信号的占空比，进而通过其PWM信号输出端连接如图3所示的风机控制电路。
图3中，CPU的开关机信号输出I/O口经电阻R45连接NPN型三极管N5的基极，所述三极管N5的发射极接地，集电极经继电器K1连接+12V直流电源，在所述继电器K1的两端并联有二极管D7。CPU的PWM信号输出端经电阻R3连接NPN型三极管N8的基极，所述三极管N8的发射极接地，集电极一方面经并联的电阻R2、R31连接继电器K1的常开触点，并经所述常开触点连接+12V直流电源；另一方面经稳压二极管Z1接地，输出PWM脉冲信号经插座CN3连接风机的电压输入端。
当生物安全柜上电工作时，CPU通过其I/O口输出高电平开机信号，控制三极管N5导通，+12V直流电源通过继电器K1和三极管N5的集电极、发射极接地，构成回路。继电器K1得电，控制其常开触点闭合，进而使+12V直流电源通过并联的电阻R2、R31为风机提供+12V工作电压。CPU输出的PWM脉宽调制信号经电阻R3控制三极管N8的导通和截止频率，进而使输入到风机电源端的电压为具有一定占空比的+12V脉冲信号，根据PWM脉冲信号占空比的不同实现对风机转速的自动调节。
当生物安全柜接收到关机指令或出现非安全状态系统需要自动关机时，CPU通过其I/O口输出低电平关机信号，三极管N5截止，继电器K1失电，其常开触点断开，阻断+12V直流电源对风机的供电通路，从而使风机停转，系统进入不工作状态。
本实用新型通过采用上述简单的电路结构实现了生物安全柜系统的自动控制，有效提高了空气处理的效果，节约了能源。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
权利要求1.一种生物安全柜的控制系统，包括箱体、过滤器、风机和CPU，其特征在于在所述箱体内设置有一压力传感器，所述压力传感器对过滤器两侧的压力进行检测，输出采样信号给CPU，所述CPU输出控制信号经开关放大电路处理后驱动风机旋转。
2.根据权利要求1所述的生物安全柜的控制系统，其特征在于所述压力传感器的信号输出端连接CPU的模数转换口，CPU根据接收到的电压信号决定其输出PWM信号的占空比，进而通过开关放大电路连接风机的电压控制信号输入端。
3.根据权利要求2所述的生物安全柜的控制系统，其特征在于在所述的开关放大电路中包含有两个NPN型三极管和一个继电器，其中一个NPN型三极管的基极连接CPU的I/O口，接收开关机指令信号，发射极接地，集电极经继电器线圈连接一直流电源；另一个NPN型三极管的基极连接CPU的PWM信号输出口，发射极接地，集电极一方面经继电器的常开触点连接所述的直流电源，另一方面连接风机的电压控制信号输入端。
4.根据权利要求3所述的生物安全柜的控制系统，其特征在于所述直流电源的电压值为+12V。
5.根据权利要求3所述的生物安全柜的控制系统，其特征在于在所述箱体上设置有前窗，在前窗的滑动轨道上设置有行程开关，所述行程开关的信号输出端连接CPU的I/O口。
6.根据权利要求5所述的生物安全柜的控制系统，其特征在于所述行程开关包含有两个，在垂直方向上呈上下排列，下部行程开关对前窗的开启状态进行检测，输出检测信号到CPU的其中一个I/O口；上部行程开关对前窗的开启高度进行检测，输出检测信号到CPU的另一个I/O口。
7.根据权利要求5或6所述的生物安全柜的控制系统，其特征在于在所述生物安全柜系统中还设置有按键电路和显示屏，所述按键电路将接收到的用户指令输出到CPU中，CPU将接收到的压力采样信号通过显示屏显示。
8.根据权利要求7所述的生物安全柜的控制系统，其特征在于在所述生物安全柜系统中还设置有照明电路和报警电路，分别与CPU的I/O相连。
专利摘要本实用新型公开了一种生物安全柜的控制系统，包括箱体、过滤器、风机和CPU，在所述箱体内设置有一压力传感器，所述压力传感器对过滤器两侧的压力差进行检测，实时输出电压采样信号到CPU的模数转换口。所述CPU对采样信号进行校正处理后，一方面通过显示屏将检测结果反馈给实验人员，另一方面输出具有一定占空比的PWM脉宽调制信号经开关放大电路处理后驱动风机旋转，抽出有害气体到过滤器进行净化处理。本实用新型的生物安全柜控制系统通过对风机的转速进行实时调节，并辅助多重检测报警电路，从根本上确保了装置工作的安全性，有效提高了安全柜对有害气体的处理效果，节约了能源，具有广阔的应用领域和较高的实用价值。
文档编号G05B15/02GK2859602SQ20052012522
公开日2007年1月17日 申请日期2005年12月3日 优先权日2005年12月3日
发明者王袭, 林科, 张鲁楠, 曾博文 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔科技有限公司