生物安全柜控制系统的制作方法

本发明涉及生物安全柜技术领域，特别是生物安全柜控制系统。

背景技术：

生物安全柜广泛应用在医疗卫生、疾病预防与控制、食品卫生、生物制药，环境监测以及各类生物实验室等领域，是保障生物安全和环境安全的重要基础，属于“民生”计量的范畴。其主要是借由柜体内的高效滤网过滤进排气并在柜体内产生下降气流的方式来避免感染性生物材料污染环境或感染实验操作人员，亦或是实验操作材料间的交叉感染。

中国实用新型专利CN 207951479 U公开了一种生物安全柜，包括柜体、玻璃门和控制面板；柜体内设有洁净工作台，顶部设有紫外灯，柜体的背面设有出风口，出风口处设有电动百叶出风扇；柜体上方设有吸风口；洁净工作台为中心凸起，均匀延伸到四周凹陷的结构，中央的凸起点高于四周1-3cm，四周凹陷内设有储水槽，槽底设有开口，开口与工作台下方的储污桶相连；控制面板设在柜体一侧，通过线路与紫外灯、电动百叶出风扇、鼓风机、抽风机的控制器相连。本装置通过设计可转动吹风的出风装置和柜门处的吸风装置，保持安全柜内各个角落都能被洁净空气覆盖，避免污染。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种稳定、可靠且智能的生物安全柜控制系统。

为解决上述技术问题，本发明的生物安全柜控制系统，包括主控芯片，还包括流入风速检测装置、下降风速检测装置、门高检测装置和脚踏开关检测装置，所述流入风速检测装置、下降风速检测装置、门高检测装置和脚踏开关检测装置都与主控芯片输入端相连接；所述主控芯片输出端连接有照明控制装置、紫外控制装置、风速控制装置、电源控制装置、显示装置和报警装置；

还包括手机远程监控装置，所述手机远程监控装置包括手机，所述手机通过移动通讯网与服务器通讯连接，所述主控芯片通过wifi模块与服务器通讯连接。

优选的，所述主控芯片输入端连接有过零检测单元，所述过零检测单元包括光耦U17，所述光耦U17的1号管脚通过电阻R113与整流后的交流电压相连接，所述光耦U17的2号管脚接地；所述光耦U17的4号管脚与电源VCC相连接，所述光耦U17的4号管脚通过电阻R32与主控芯片输入端口INT0相连接；所述光耦U17的3号管脚通过电阻R90与三极管Q8的基极相连接，所述光耦U17的3号管脚通过电阻R33接地，所述三极管Q8的发射极接地，所述三极管Q8的集电极与主控芯片输入端口INT0相连接。

优选的，所述风速控制装置包括开关三极管Q7、光耦U22和可控硅TR3，所述主控芯片输出端口P34通过电阻R102与开关三极管Q7基极相连接，所述开关三极管Q17发射极与电源VCC相连接，所述开关三极管Q7集电极通过电阻R117与光耦U22的1号管脚相连接，所述光耦U22的2号管脚接地，所述光耦U22的6号管脚与可控硅TR3控制极相连接，所述可控硅TR3的主电极之间并联风机和压敏电阻R184；所述可控硅TR3的一个主电极与光耦U22的6号管脚相连接，另一个主电极通过电阻R123与光耦U22的4号管脚相连接。

优选的，所述电源控制装置包括光耦U11和继电器K1，所述主控芯片的端口P22与光耦U11的2号管脚相连接，所述光耦U11的1号管脚通过电阻R98与电源VCC相连接；所述光耦U11的4号管脚与12V电源相连接，所述光耦U11的4号管脚与继电器K1的1号管脚相连接，所述继电器K1的2号管脚通过二极管D4与继电器K1的1号管脚相连接，所述继电器K1的输出端与电源相连接；所述继电器K1的2号管脚与开关三极管Q3的集电极相连接，所述开关三极管Q3的发射极接地，开关三极管Q3的基极通过电阻R104与光耦U11的3号管脚相连接；所述光耦U11的3号管脚与地之间连接有电阻R23和电解电容E4的并联电路。

优选的，所述门高检测装置包括红外线测距传感器，所述红外线测距传感器通过门高检测放大单元和门高双积分AD单元与主控芯片输入端相连接。

优选的，所述门高检测放大单元包括包括放大器TL2274，所述放大器TL2274的5号管脚通过电阻R81和电阻R44的串联电路与电源VCC相连接，所述电阻R81和电阻R44的中间连接点与红外线测距传感器正极输出端相连接，所述红外线测距传感器负极输出端通过电阻R82和电阻R13的串联电路与放大器TL2274的7号管脚相连接，所述红外线测距传感器正极输出端通过电阻R84接地，所述红外线测距传感器负极输出端通过电阻R87接地，所述放大器TL2274的7号管脚与门高双积分AD单元相连接；所述放大器TL2274的5号管脚和6号管脚之间连接电容C13，所述放大器TL2274的5号管脚通过电阻R45和电解电容E2的并联电路接地，所述红外线测距传感器正极输出端通过电阻R48和电阻R49的串联电路与放大器TL2274的7号管脚相连接。

优选的，所述门高双积分AD单元包括放大器TL2274，所述放大器TL2274的9号管脚通过电阻R91与门高检测放大单元相连接，所述放大器TL2274的10号管脚接地，所述放大器TL2274的9号管脚通过电容C16与放大器TL2274的8号管脚相连接；所述放大器TL2274的8号管脚与放大器LM358的2号管脚相连接，所述放大器TL2274的8号管脚通过电阻R22和二极管D2的并联电路接地；所述放大器LM358的3号管脚接地，所述放大器LM358的1号管脚通过电阻R97与主控芯片输入端INT1相连接；所述主控芯片输入端INT1通过电阻R7与电源VCC相连接，所述主控芯片输入端INT1通过二极管D3与地相连接。

优选的，所述脚踏开关检测装置包括脚踏检测口和光耦U16，所述光耦U16的2号管脚通过电阻R111和二极管D9的串联电路与脚踏检测口相连接，所述光耦U16的1号管脚与12V电源相连接，所述电阻R111和二极管D9的中间连接点通过电阻R31与12V电源相连接；所述光耦U16的3号管脚接地，所述光耦U16的4号管脚通过电阻R30与电源VCC相连接，所述光耦U16的4号管脚与主控芯片的输入端P06相连接。

优选的，所述照明控制装置包括开关三极管Q6、光耦U21和可控硅TR1，所述主控芯片输出端口P35通过电阻R101与开关三极管Q6基极相连接，所述开关三极管Q6发射极与电源VCC相连接，所述开关三极管Q6集电极通过电阻R116与光耦U21的1号管脚相连接，所述光耦U21的2号管脚接地，所述光耦U21的6号管脚与可控硅TR1控制极相连接，所述可控硅TR1的主电极之间并联照明灯和压敏电阻VR2；所述可控硅TR1的一个主电极通过电阻R120与光耦U21的6号管脚相连接，另一个主电极通过电阻R121与光耦U21的4号管脚相连接。

采用上述结构后，本发明的主控芯片作为各个装置的控制中心，对各个装置进行控制，实现风速的无机调速功能，电源开关预约功能，门高红外线检测功能，手机远程监控功能，报警功能，这些功能的增加提高了生物安全柜控制系统的可靠性和智能性，操作更加灵活，给实验者一个安全的实验环境。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明生物安全柜控制系统的结构框图。

图2a是本发明生物安全柜控制系统的风速控制装置电路原理图。

图2b是本发明生物安全柜控制系统的风速控制装置过零检测单元电路原理图。

图3是本发明生物安全柜控制系统的电源控制装置电路原理图。

图4是本发明生物安全柜控制系统的门高检测放大单元电路原理图。

图5是本发明生物安全柜控制系统的门高双积分AD单元电路原理图。

图6是本发明生物安全柜控制系统的脚踏开关检测装置电路原理图。

图7是本发明生物安全柜控制系统的风机无级调速原理示意图。

图8是本发明生物安全柜控制系统的照明控制装置电路原理图。

图9是本发明生物安全柜控制系统的手机远程监控装置过程示意图。

图中：101为主控芯片，210为照明控制装置，220为紫外控制装置，230为风速控制装置，240为电源控制装置，310为显示装置，410为报警装置，510为流入风速检测装置，520为下降风速检测装置，530为门高检测装置，540为脚踏开关检测装置，610为手机远程监控装置

具体实施方式

如图1所示，本发明的生物安全柜控制系统，包括主控芯片101，还包括流入风速检测装置510、下降风速检测装置520、门高检测装置530和脚踏开关检测装置540，所述流入风速检测装置510、下降风速检测装置520、门高检测装置530和脚踏开关检测装置540都与主控芯片101输入端相连接；所述主控芯片101输出端连接有照明控制装置210、紫外控制装置220、风速控制装置230、电源控制装置240、显示装置310和报警装置410；所述的显示装置310可选液晶显示或触摸屏显示，为用户提供多种选择。

如图9所示，还包括手机远程监控装置610，所述手机远程监控装置包括手机，所述手机通过移动通讯网与服务器通讯连接，所述主控芯片通过wifi模块与服务器通讯连接。所述手机远程监控装置610，如图9是实施例的手机远程监控装置过程示意图，主控芯片101通过485通讯将数据传输给WIFI模块，在模块中整合以HTTP协议将数据提交至服务器，服务器中将数据收到，处理，存储，并和手机建立通讯，下发数据，而手机中更改的数据，反向通过服务器、WIFI模块传输到达主控芯片，完成手机远程对生物安全柜控制系统的监控。

所述的流入风速检测装置510和下降风速检测装置520配合使用以检测滤网，其中流入风速检测装置510和下降风速检测装置520的原理和门高检测装置530原理相同，流入风速检测装置检测的是进风口的风速，下降风速检测装置检测的是过滤网后的风速，若两者风速有差别，则说明过滤网上有附着物，当风速差别到一定程度后，则说明过滤网得更换，控制系统发出报警信息，提示实验人员更换。

如图2b所示，所述主控芯片输入端连接有过零检测单元，所述过零检测单元包括光耦U17，所述光耦U17的1号管脚通过电阻R113与整流后的交流电压相连接，所述光耦U17的2号管脚接地；所述光耦U17的4号管脚与电源VCC相连接，所述光耦U17的4号管脚通过电阻R32与主控芯片输入端口INT0相连接；所述光耦U17的3号管脚通过电阻R90与三极管Q8的基极相连接，所述光耦U17的3号管脚通过电阻R33接地，所述三极管Q8的发射极接地，所述三极管Q8的集电极与主控芯片输入端口INT0相连接。

如图2a所示，所述风速控制装置包括开关三极管Q7、光耦U22和可控硅TR3，所述主控芯片输出端口P34通过电阻R102与开关三极管Q7基极相连接，所述开关三极管Q17发射极与电源VCC相连接，所述开关三极管Q7集电极通过电阻R117与光耦U22的1号管脚相连接，所述光耦U22的2号管脚接地，所述光耦U22的6号管脚与可控硅TR3控制极相连接，所述可控硅TR3的主电极之间并联风机和压敏电阻R184；所述可控硅TR3的一个主电极与光耦U22的6号管脚相连接，另一个主电极通过电阻R123与光耦U22的4号管脚相连接。

所述的风速控制装置230，风速调节为无级调速，可以根据实际需求任意在范围内调速，图2a、图2b和图7所示的是实施例中风速控制装置230原理示意图，VBUS_1为整流过后的交流电压，当交流电过零后电压超过光耦导通电压1.2V时，光耦导通，INT0口检测为低，即检测到刚刚过零时刻，其中T0、T2、T3即为过零时刻，在这个过零时刻起根据需要在T1、T4、T5的时刻导通，并且交流过零时可控硅自动关掉。其中导通部分为图中阴影部分，当这个阴影部分越大，说明输出电压越大，则风机转速越快。如此便实现风机的无级调速。

如图3所示，所述电源控制装置包括光耦U11和继电器K1，所述主控芯片的端口P22与光耦U11的2号管脚相连接，所述光耦U11的1号管脚通过电阻R98与电源VCC相连接；所述光耦U11的4号管脚与12V电源相连接，所述光耦U11的4号管脚与继电器K1的1号管脚相连接，所述继电器K1的2号管脚通过二极管D4与继电器K1的1号管脚相连接，所述继电器K1的输出端与电源相连接；所述继电器K1的2号管脚与开关三极管Q3的集电极相连接，所述开关三极管Q3的发射极接地，开关三极管Q3的基极通过电阻R104与光耦U11的3号管脚相连接；所述光耦U11的3号管脚与地之间连接有电阻R23和电解电容E4的并联电路。所述的电源控制装置240，有预约开启和预约关闭的功能，如图3所示的是实施例中电源控制装置240原理示意图，通过单片机口P22进行控制，若P22输出低电平，光耦导通，Q3导通，那么继电器线圈两端有12V电压，导致继电器触电吸合，即电源开启，若P22输出高电平，则光耦断开，Q3不导通，继电器线圈两端电压消失，继电器断开，即电源关闭。此功能可定时在实验者准备实验前就对安全柜中的环境进行清洁，定时于实验结束后自动清洁，方便用户，提高实验效率。

所述门高检测装置包括红外线测距传感器，所述红外线测距传感器通过门高检测放大单元和门高双积分AD单元与主控芯片输入端相连接。

如图4所示，所述门高检测放大单元包括包括放大器TL2274，所述放大器TL2274的5号管脚通过电阻R81和电阻R44的串联电路与电源VCC相连接，所述电阻R81和电阻R44的中间连接点与红外线测距传感器正极输出端相连接，所述红外线测距传感器负极输出端通过电阻R82和电阻R13的串联电路与放大器TL2274的7号管脚相连接，所述红外线测距传感器正极输出端通过电阻R84接地，所述红外线测距传感器负极输出端通过电阻R87接地，所述放大器TL2274的7号管脚与门高双积分AD单元相连接；所述放大器TL2274的5号管脚和6号管脚之间连接电容C13，所述放大器TL2274的5号管脚通过电阻R45和电解电容E2的并联电路接地，所述红外线测距传感器正极输出端通过电阻R48和电阻R49的串联电路与放大器TL2274的7号管脚相连接。

如图5所示，所述门高双积分AD单元包括放大器TL2274，所述放大器TL2274的9号管脚通过电阻R91与门高检测放大单元相连接，所述放大器TL2274的10号管脚接地，所述放大器TL2274的9号管脚通过电容C16与放大器TL2274的8号管脚相连接；所述放大器TL2274的8号管脚与放大器LM358的2号管脚相连接，所述放大器TL2274的8号管脚通过电阻R22和二极管D2的并联电路接地；所述放大器LM358的3号管脚接地，所述放大器LM358的1号管脚通过电阻R97与主控芯片输入端INT1相连接；所述主控芯片输入端INT1通过电阻R7与电源VCC相连接，所述主控芯片输入端INT1放通过二极管D3与地相连接。

如图4和图5所示，红外线测距传感器将距离转化为电压信号，由IN2和IN2-传入，经过放大电路进行放大，输出电压VA1，当VO口与VA1接通后，电容C16进行定时充电；充电完成后将VO口与VREF接通后，对电容C16进行放电，当C16放电完成时INT1为低电平，通过检测INT1电平变化可以得到放电的时间，由于VREF电平确定，那么在相同的充电时间下VA1越大那么充电越多，则放电时间也就越长，所以可以由放电的时间去计算VA1的大小，从而推导出红外线传感器传入的电压信号。如此检测更加精准，并且实时显示门高状态，若发现门高过高，则会发出报警，提醒实验人员安全操作。

如图6所示，所述脚踏开关检测装置包括脚踏检测口和光耦U16，所述光耦U16的2号管脚通过电阻R111和二极管D9的串联电路与脚踏检测口相连接，所述光耦U16的1号管脚与12V电源相连接，所述电阻R111和二极管D9的中间连接点通过电阻R31与12V电源相连接；所述光耦U16的3号管脚接地，所述光耦U16的4号管脚通过电阻R30与电源VCC相连接，所述光耦U16的4号管脚与主控芯片的输入端P06相连接。OffK口为脚踏检测口，检测口的高电平，则P06口高电平，检测口低电平，则P06口低电平，P06口为主控芯片IO口，与脚踏检测口通过光耦隔离，更好的保护了主芯片不受外界干扰，并且脚踏开关检测装置可以在实验人员实验过程中，调整门高，更加方便。

如图8所示，所述照明控制装置包括开关三极管Q6、光耦U21和可控硅TR1，所述主控芯片输出端口P35通过电阻R101与开关三极管Q6基极相连接，所述开关三极管Q6发射极与电源VCC相连接，所述开关三极管Q6集电极通过电阻R116与光耦U21的1号管脚相连接，所述光耦U21的2号管脚接地，所述光耦U21的6号管脚与可控硅TR1控制极相连接，所述可控硅TR1的主电极之间并联照明灯和压敏电阻VR2；所述可控硅TR1的一个主电极通过电阻R120与光耦U21的6号管脚相连接，另一个主电极通过电阻R121与光耦U21的4号管脚相连接。使用MOC3083光耦进行隔离，当P35口输出低电平时，Q6导通，MOC3083导通，可控硅导通，有照明输出，若P35口输出高电平，则没有照明输出，所述的紫外控制装置220原理与照明控制装置210相同。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。