環(huán)境溫度傳感吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：為解決傳統(tǒng)吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)控制波特率低的問題，基于環(huán)境溫度傳感設(shè)計(jì)吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)。硬件方面，設(shè)計(jì)以太網(wǎng)、環(huán)境溫度傳感器、微型控制器以及溫控開關(guān)；采集吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)，建立吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)高級(jí)通信協(xié)議，計(jì)算吹風(fēng)機(jī)溫度控制頻率，實(shí)時(shí)控制吹風(fēng)機(jī)溫度，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)實(shí)例分析，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在相同的測試時(shí)間中控制波特率明顯高于對(duì)照組，能夠解決傳統(tǒng)吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)控制波特率低的問題。

關(guān)鍵詞：環(huán)境溫度傳感；區(qū)域映射；溫度控制

引言

吹風(fēng)機(jī)作為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵罚陂L時(shí)間使用下或功率過大都會(huì)導(dǎo)致吹風(fēng)機(jī)溫度升高，當(dāng)累積到一定程度時(shí)引發(fā)吹風(fēng)機(jī)故障，甚至?xí)斐砂踩詥栴}。因此，吹風(fēng)機(jī)溫度控制是吹風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，主要通過吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)將吹風(fēng)機(jī)溫度控制在安全范圍內(nèi)，保證吹風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。在以往，針對(duì)吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)于吹風(fēng)機(jī)溫度的控制只能在特定范圍中進(jìn)行，存在控制效率低的問題，無法滿足吹風(fēng)機(jī)溫度控制實(shí)時(shí)性的要求。而環(huán)境溫度傳感能夠精準(zhǔn)測量環(huán)境溫度，并與系統(tǒng)服務(wù)器相連，通過以太網(wǎng)的信號(hào)傳輸環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制操作?；诃h(huán)境溫度傳感具備高精度以及高效率的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。提高吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)的控制效率一直是系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要方向，但截止目前，對(duì)于吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的環(huán)境溫度傳感應(yīng)用研究十分罕見[1]。為解決傳統(tǒng)吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)控制效率低的問題，本文基于環(huán)境溫度傳感設(shè)計(jì)吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)，致力于提高吹風(fēng)機(jī)溫度控制效率。并通過實(shí)例分析的方式，證明設(shè)計(jì)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的有效性。

1吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

綜合吹風(fēng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，在系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)堅(jiān)持以高效性為首要前提，設(shè)計(jì)了以太網(wǎng)、環(huán)境溫度傳感器、微型控制器以及溫控開關(guān)。此外，配備了一些基本硬件，但這些基本硬件不作為此次硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)，以下將對(duì)上文提出的四個(gè)核心硬件進(jìn)行詳細(xì)描述。

1.1以太網(wǎng)

本文在系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)以太網(wǎng)，為吹風(fēng)機(jī)溫度控制的數(shù)據(jù)傳輸提供硬件載體環(huán)境，使吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸成為可能。采用雙絞線將吹風(fēng)機(jī)與交換機(jī)的連接，通過級(jí)聯(lián)的方式擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。采用光纖以點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的方式，連接所有硬件電纜，形成星型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)TRW2055900以太網(wǎng)串口轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為吹風(fēng)機(jī)溫度控制信號(hào)，構(gòu)造成完整的系統(tǒng)硬件載體環(huán)境。

1.2環(huán)境溫度傳感器

結(jié)合實(shí)際吹風(fēng)機(jī)溫度控制的需要，本文通過設(shè)計(jì)型號(hào)為RS-WS-ETH-7的環(huán)境溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度傳感。環(huán)境溫度傳感器內(nèi)置MPU-90120芯片，MPU-90120芯片作為一個(gè)封裝的復(fù)合型芯片，能夠有效提高吹風(fēng)機(jī)溫度監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳感精度。RS-WS-ETH-7環(huán)境溫度傳感器參數(shù)指標(biāo)如下：最大測量限1500ppm、響應(yīng)時(shí)間≤60S、通信接口RJ45、供電10V-30VDC、溫度精度±0.5℃。RS-WS-ETH-7環(huán)境溫度傳感器能夠測量吹風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度參數(shù)，多種維度監(jiān)測吹風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的溫度參數(shù)指標(biāo)，滿足吹風(fēng)機(jī)溫度控制的要求。

1.3微型控制器

采用二級(jí)板兩層模式設(shè)計(jì)微型控制器，以微型控制器為系統(tǒng)的核心硬件，內(nèi)置STM32F7云端固件[2]。微型控制器的主要組成包括：STM32F7云端固件、CPU、傳感器、網(wǎng)線以及顯卡等。利用STM32F7最大集成度的框架結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，可以使微型控制器更適應(yīng)惡劣的環(huán)境。RS-YS-0588625核心控制板可以使吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)硬件的各項(xiàng)性能達(dá)到最佳，并且在一定程度上節(jié)省系統(tǒng)匯總硬件的運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)硬件運(yùn)行效率[3]。并且利用更高性能的接口技術(shù)，可以進(jìn)一步快速轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)，降低連接系統(tǒng)的功耗，支持功能更加強(qiáng)大的處理器連接。RS-YS-0588625核心控制板以其LQFP100設(shè)計(jì)理念，能夠在保證最小硬件變化的前提下滿足其功能需求。因此，有理由相信基于微型控制器能夠提高系統(tǒng)的硬件功能。微型控制器主要控制吹風(fēng)機(jī)中多個(gè)電路的通斷，因此具有更高的控制效率。微型控制器主要用于為吹風(fēng)機(jī)溫度控制提供驅(qū)動(dòng)，將RS-YS-0588625核心控制板中發(fā)出的控制信號(hào)與電路相連，將吹風(fēng)機(jī)溫度控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制當(dāng)量，自動(dòng)控制吹風(fēng)機(jī)溫度。

1.4溫控開關(guān)

在微型控制器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)溫控開關(guān)?？紤]到吹風(fēng)機(jī)開關(guān)一般是由雙金屬溫度控制器來進(jìn)行控制的，雙金屬溫度控制器主要是由雙金屬片和觸點(diǎn)開關(guān)構(gòu)成的，當(dāng)吹風(fēng)機(jī)溫度升高，達(dá)到雙金屬片的感應(yīng)溫度后雙金屬片變形，觸點(diǎn)會(huì)斷開，達(dá)到溫控的作用[4]。當(dāng)吹風(fēng)機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)雙金屬溫度控制器ST的兩個(gè)觸點(diǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)電吹風(fēng)機(jī)通電后升至高溫?fù)?，電吹風(fēng)機(jī)正常工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)溫度時(shí)雙金屬溫度控制器的兩個(gè)觸點(diǎn)分離為斷路狀態(tài)，電吹飛機(jī)將停止加熱進(jìn)入保溫狀態(tài)，當(dāng)其溫度下降到一定溫度后，雙金屬溫度控制器的金屬彈片重新成為導(dǎo)通狀態(tài)，又可以繼續(xù)加熱[5]。

2吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在基于環(huán)境溫度傳感的吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件部分，設(shè)計(jì)基于環(huán)境溫度傳感的吹風(fēng)機(jī)溫度控制流程圖，如圖1所示。結(jié)合圖1所示，針對(duì)圖中四步主要流程的具體研究內(nèi)容，如下文所述。

2.1采集吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)

本次采用吹風(fēng)機(jī)的3條生產(chǎn)線作為I/0點(diǎn)的信號(hào)分類，采集吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)。線路1指的是吹風(fēng)機(jī)的主線路，將其通信地址設(shè)置為0010；線路2指的是吹風(fēng)機(jī)的副線路，將其通信地址設(shè)置為010101；線路3指的是吹風(fēng)機(jī)的附屬線，將其通信地址設(shè)置為10010100。采集設(shè)備端口數(shù)據(jù)，利用FSDE/SWFV指令分別讀取3條線路的端口的I/0點(diǎn)數(shù)分布信息，并進(jìn)行控制，再寫入端口數(shù)據(jù)中，將吹風(fēng)機(jī)的接線點(diǎn)設(shè)為I/0點(diǎn)，可以利用環(huán)境溫度傳感將吹風(fēng)機(jī)溫度控制視為自動(dòng)化控制，通過采集數(shù)據(jù)促進(jìn)控制數(shù)據(jù)傳輸工作的逐步優(yōu)化。

2.2建立吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)高級(jí)通信協(xié)議

本文通過環(huán)境溫度傳感建立吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)高級(jí)通信協(xié)議，統(tǒng)一溫度控制數(shù)據(jù)的傳輸機(jī)制，允許網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立一個(gè)吹風(fēng)機(jī)與通信設(shè)備之間的邏輯連接[6]。由于在建立控制數(shù)據(jù)高級(jí)通信協(xié)議時(shí)都會(huì)受到連接個(gè)數(shù)的限制，考慮到吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸過程中，所需交換的信息量不大，通過高級(jí)通信協(xié)議只需要將主站采集的控制數(shù)據(jù)作為主令信號(hào)，將高級(jí)通信協(xié)議發(fā)送和采集的控制數(shù)據(jù)字節(jié)均控制在2個(gè)以下即可。本文通過將環(huán)境溫度傳感應(yīng)用在控制數(shù)據(jù)傳輸過程中，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑{(diào)頻功能。利用環(huán)境溫度傳感，將實(shí)時(shí)采集的吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)發(fā)送至前端顯示區(qū)域。這樣一來，既能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還能夠通過高級(jí)通信協(xié)議中的調(diào)頻通信模塊對(duì)吹風(fēng)機(jī)溫度進(jìn)行有效控制。測試吹風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的電流、電壓，根據(jù)電流、電壓的具體變化情況，判斷吹風(fēng)機(jī)溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集信號(hào)是否出現(xiàn)波動(dòng)，采集數(shù)據(jù)信號(hào)中出現(xiàn)的波動(dòng)幅度，調(diào)整變頻參數(shù)，在線控制吹風(fēng)機(jī)溫度。一旦出現(xiàn)波動(dòng)較大的情況，必須在高級(jí)通信協(xié)議中引進(jìn)虛擬局域網(wǎng)VLAN，根據(jù)系統(tǒng)的通訊路徑，控制吹風(fēng)機(jī)溫度數(shù)據(jù)采集信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，獲取標(biāo)簽信息，保障吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)傳輸中的高效性。根據(jù)建立的控制數(shù)據(jù)高級(jí)通信協(xié)議，不斷調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速度確保系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)傳輸功能的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3計(jì)算吹風(fēng)機(jī)溫度控制頻率

根據(jù)傳輸?shù)玫降拇碉L(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)，計(jì)算吹風(fēng)機(jī)溫度控制頻率。計(jì)算時(shí)首先給吹風(fēng)機(jī)一個(gè)已知的溫度最大范圍數(shù)值，利用該數(shù)值，自動(dòng)給出吹風(fēng)機(jī)一個(gè)原始恒定的溫度，待吹風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，通過改變這一定值，計(jì)算相關(guān)當(dāng)量控制吹風(fēng)機(jī)溫度的頻率。設(shè)吹風(fēng)機(jī)溫度控制頻率為W，可得公式（1）：公式（1）中，K指的是吹風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中的比例系數(shù)；x指的是系統(tǒng)自動(dòng)采樣次數(shù)，為實(shí)數(shù)；f（x）指的是當(dāng)系統(tǒng)第x次自動(dòng)采樣時(shí)與實(shí)際定量之間的偏差；j指的是控制誤差比例系數(shù)。利用上述公式計(jì)算出吹風(fēng)機(jī)溫度控制頻率，為控制吹風(fēng)機(jī)溫度提供數(shù)據(jù)支持。

2.4實(shí)時(shí)控制吹風(fēng)機(jī)溫度

得到吹風(fēng)機(jī)溫度控制頻率后，利用計(jì)算機(jī)接口控制吹風(fēng)機(jī)，通過映射出兩個(gè)4位數(shù)的8進(jìn)制數(shù)，最終獲得在每個(gè)控制點(diǎn)位上的控制數(shù)據(jù)。再利用特定的變量數(shù)據(jù)對(duì)吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)映射，形成區(qū)域性的映射。將吹風(fēng)機(jī)溫度控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的參數(shù)控制，用戶只需事先將規(guī)定的吹風(fēng)機(jī)溫度控制限制輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，通過系統(tǒng)自動(dòng)檢測是否執(zhí)行控制參數(shù)的改變。再利用計(jì)算機(jī)的端口狀態(tài)存儲(chǔ)控制數(shù)據(jù)及控制信息，并將其輸入到相應(yīng)的映射區(qū)域當(dāng)中，通過在區(qū)域映射中對(duì)應(yīng)的控制語義、詞義等分析得出正確的控制結(jié)果，實(shí)時(shí)控制吹風(fēng)機(jī)溫度。至此，完成基于環(huán)境溫度傳感的吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3實(shí)例分析

3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇型號(hào)為HD03456，BT的吹風(fēng)機(jī)，功率為1600kW，支持冷風(fēng)功能，電源為220V/50Hz，額定轉(zhuǎn)速控制在2500r/min，快干風(fēng)嘴。首先，以本文系統(tǒng)控制吹風(fēng)機(jī)溫度，通過MATALB測試控制波特率，并記錄，將其設(shè)為實(shí)驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)系統(tǒng)控制吹風(fēng)機(jī)溫度，通過MATALB測試控制波特率，并記錄，將其設(shè)為對(duì)照組。由此可見，本次實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測試兩種系統(tǒng)的控制波特率，控制波特率數(shù)值越高證明該系統(tǒng)的控制效率越高。通過10次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)測得的控制波特率，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1所示。通過表1可知，本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在相同的測試時(shí)間中控制波特率明顯高于對(duì)照組，對(duì)吹風(fēng)機(jī)溫度的控制效率更高。

4結(jié)束語

通過基于環(huán)境溫度傳感的吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)吹風(fēng)機(jī)溫度控制中存在的問題。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義，能夠指導(dǎo)吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大環(huán)境溫度傳感在吹風(fēng)機(jī)溫度控制中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對(duì)基于環(huán)境溫度傳感的吹風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)吹風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高吹風(fēng)機(jī)綜合性能提供參考。

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作者：岳俊豪 許言 單位：貴州師范大學(xué)