摘要：針對化學、生物實驗室等易產生有害氣體的空間，設計了基于Modbus總線的室內通風監控系統。該系統由下位機排風控制器、補風控制器與上位機監控中心組成，可實現對多個通風柜集中遠程控制與監測。硬件電路以LPC2138為核心控制芯片，由風速傳感器、通風柜窗開度位移傳感器、人體傳感器等電路組成，采用RS485模塊構建基于Modbus的通信網絡。試驗表明，該系統成本低，穩定性好，可實現遠程監控，具有較高的實用價值。
關鍵詞：通風監控；ARM；Modbus總線

0 引言
化學、生物實驗室等場所在運行過程中會產生有害物質，這些有害物質一般由氣體、微小顆粒等懸浮物組成，不及時排除會嚴重影響室內人員的健康甚至生命安全。因此，在這些實驗室內每個實驗平臺前一般均安裝有通風設備通風柜。傳統的通風柜多為單一控制模式，工作時通風量保持固定不變，不能根據具體情況調節風量，通風效果不佳，也不利于節約電能；在無人監控狀況下一旦通風柜發生故障停止運轉，會造成危險。
Modbus技術己成為一種工業標準，其通訊主要采用RS232、RS485等通訊媒介，是一種開放、靈活和標準的通訊技術。本文設計了一種基于Modbus總線的室內通風監控系統，可實現對多個通風柜集中遠程控制(根據具體情況調節風量)與監測。

1 監控系統的組成
整個監控系統由通風柜控制器(下位機)、Modbus總線和服務端(上位機)三部分組成，通風柜可根據實驗室房間的大小和實驗臺分布的具體情況進行合理的布局。通風控制器在功能上可分為排風控制器和補風控制器兩種，硬件電路上結構一致。對于諸如化學、生物實驗室等特定房間，需要對每個排風柜進行單獨的排風控制，整個房間還需要一個補風終端對房間進行風量的補充以免造成室內氣壓過低。排風控制器安裝在每個通風柜上，補風控制器安裝在補風終端上。每個通風控制器都有風量控制、監測、報警和參數設置等功能，并實時與上位機通信。
通風控制器的控制對象是每個通風柜以及補風終端上安裝的文丘里閥，文丘里閥采用了數字化氣流控制技術，內部具有高速的氣流控制器，具有快速反應的自動壓力平衡裝置，提供可靠的通風柜集塵與室內壓力的控制，風量的控制不受通風系統波動的影響。每個房間的通風柜和補風終端都連接著統一的通風管道和外部的風機相連。
通信網絡采用RS485網絡，通信協議采用Modbus協議，其作用是實現通風控制器終端和上位機之間的通信。
服務端是在PC機上實現，可檢測設備實時數據、報警等信息，并可遠程設置各個控制端的參數，統計查看歷史數據曲線等，系統結構如圖1所示。

2 通風控制器的設計
通風控制器在功能上分為補風控制器和排風控器，兩者在硬件電路設計上一致，補風控制器是通過Modbus總線獲取每個房間所有排風控制器的風量數據，通過運算控制補風終端的文丘里閥門輸送相應的補風量。
2．1 硬件電路的組成
通風控制器的硬件設計采用了模塊化的設計，由ARM芯片LPC2138及其外圍電路、Modbus通信接口電路以及各種傳感器電路組成，結構如圖2所示。

風速傳感器、通風柜窗開度位移傳感器、人體傳感器檢測到的數據經A／D采樣送入ARM處理器，與系統設定的風量等參數進行比較計算后輸出驅動信號，控制文丘里閥門開度再由風速反饋與閥門反饋電壓回饋形成一個閉環控制系統。各種信息數據通過Modbus總線傳至上位機。