一种基于LabVIEW的空气净化器装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于LabVIEW方法的智能空气净化装置。通过颗粒激光散射原理测出PM2.5的值，并在LCD上显示，通过TTL转RS232将单片机与LabVIEW连接，使上位机可以动态调用子VI，对下位机进行参数设置，并且可以查看PM2.5实时曲线，当按下停止按钮时，上位机停止运行。由于目前对人体危害最大的是PM2.5，因此主要对PM2.5进行过滤，当PM2.5值低于优时，在直流电机的数学模型的基础上进行比例加扰动补偿的调速控制方案，使实际转速达到期望值，从而将PM2.5值调制到优的状态。所述控制方法作用下的调速系统整体方案基于LabVIEW平台实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LabVIEW的空气净化器装置
本专利技术涉及仪器仪表领域，具体是利用LabVIEW平台监测空气净化效果，将空气吸入HEPA过滤网进行PM2.5和PM10的过滤，从而使空气状态达到要求，属于智能家居领域。
技术介绍
PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也被称为可入肺颗粒物，它的直径非常小，还达不到发丝粗细的1/20，虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组成部分，但它对空气质量和能见度等有重要影响，与较粗的颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，并且室内是产生PM2.5的重要源头，炒菜5分钟，就可让PM2.5增加20倍，因而对人体健康影响更大。目前，在空气净化器的实际控制中，往往要手动调速，这给我们带来了很大的不便，为了解决该问题，可以通过比例控制器使转速尽快达到预设值，但是实际系统中经常存在不确定性和外部扰动，使得基于纯比例控制的净化装置效果有限。针对该问题，本专利技术拟利用扰动观测技术对扰动进行观测，并对实际控制量进行补偿，从而实现对空气质量的精准净化。扰动观测器不需要对干扰信号建立精确的数学模型，一定的误差范围内可以用参考模型代替系统的实际模型，计算量小，可通过LabVIEW平台进行数字化实现。
技术实现思路
本专利技术提供了一种智能空气净化器的比例加扰动观测器的实现方法，目的在于解决净化装置转速波动大，不能尽快达到预设值，通过雾霾检测及智能清除的净化装置，为居家生活提供更好的生活环境，其具体技术方案如下：一种基于LabVIEW的空气净化器装置，包括电源装置，检测装置，显示装置，清除装置，控制装置，LabVIEW平台，电源装置包括开关电源，7805降压芯片，检测装置包括激光粉尘传感器，温湿度传感器，显示装置包括液晶显示屏，清除装置包括HEPA过滤网，控制装置包括AVR单片机，电机驱动器，监测装置包括LabVIEW平台。进一步地，通过粉尘传感器监测到的PM2.5值进行比例加扰动观测调速，单片机得到的控制量给PWM发生器来驱动电机，进行调速。进一步地，所述控制器具体为：当PM2.5大于35ug/m3小于75ug/m3时，设定转速为2000rpm，当小于35ug/m3时，空气状态处于优，电机不转，大于75ug/m3时，空气状态视为差，转速设定为2500rpm。进一步地，直流电机的数学模型为：Te-TL＝JdΩ/dt+BΩ其中，Uab为直流电机线电压，Ud为直流母线电压，r为相电组，Ip为相电流，Ls＝L-M，L为绕组自感，M为绕组互感，e为相反电动势，Te为电磁转矩，TL为负载转矩，J为转动惯量，Ω为角速度，B为摩擦系数。进一步地，当电机空载时，电机原模型传递函数为Gn(s)＝Ω(s)/Ip(s)＝kT/(Js+B)，其中kT为电机转矩系数。为了使具有物理可行性，需要使为有理真分式，为简化设计与分析，设计则当g趋于无穷大时，则为扰动观测值，g为滤波时间常数。进一步地，补偿后控制量为进一步地，当有负载扰动或电机参数发生变化时，估计系统扰动，并通过前馈得到补偿，使实际转速达到设定转速。进一步地，子VI通过字节属性节点获取单片机发送到端口的数据。进一步地，子VI获得端口数据，通过VISA读仪器I/O，将下位机PM2.5数据读出，通过字符串显示控件，在上位机显示出来。进一步地，通过十进制字符串至数值转换控件将PM2.5值进行转换，并与波形图表控件相连，从而获得PM2.5实时变化曲线图。进一步地，在主VI上通过PM2.5曲线图按钮触发事件结构，调动子VI，从而观察曲线变化情况。进一步地，如果曲线结果不能达到净化要求，可以点击主VI参数设置按钮，对单片机发送指令，修改PM2.5期望值，以得到更好的净化效果。进一步地，当我们要停止LabVIEW的运行时，通过事件结构中的与While循环条件端相连的停止按钮，在主VI界面按下停止按钮触发即可。本专利技术的有益效果是：1.可以准确清晰地显示室内的空气状况，并使用较少的传感器，减少成本，具有应用前景。2.本专利技术的清除装置采用比例加扰动观测器的算法，使转速尽可能快地达到设定值，实现智能调速，避免手动调速给家居生活带来的不便。3.本专利技术通过LabVIEW平台实时显示PM2.5曲线图，查看净化状态下PM2.5变化情况。4.本专利技术通过LabVIEW平台可以实现与下位机的通讯，改变PM2.5期望值，使空气状态尽可能达到最优标准。附图说明图1为本专利技术系统的硬件框架结构设计示意图；图2为本专利技术系统的无刷直流电机的电路图；图3为本专利技术系统的比例加扰动的复合控制结构图图4为本专利技术系统的控制系统设计方案的结构框图；图5为本专利技术系统的系统运行流程示意图。具体实施方式下面结合图对本专利技术做进一步的解释。如图1一种基于LabVIEW的空气净化装置的实现，结构如图1所示，激光粉尘传感器采用软件虚拟串口，连接主控制器的串口RX即数字引脚7和串口TX即数字引脚8，温湿度传感器连接主控制器的数字引脚13，液晶显示屏连接主控制器的串口RX即数字引脚2和串口TX即数字引脚3，电机驱动器来接收主控制器的PWM指令来驱动直流电机。如图2一种基于LabVIEW的空气净化装置的具体控制为当PM2.5大于35ug/m3小于75ug/m3时，设定转速为2000rpm，当小于35ug/m3时，空气状态处于优，电机不转，大于75ug/m3时，空气状态视为差，转速设定为2500rpm，直流电机的数学模型为：Te-TL＝JdΩ/dt+BΩ其中，Uab为直流电机线电压，Ud为直流母线电压，r为相电组，Ip为相电流，Ls＝L-M，L为绕组自感，M为绕组互感，e为相反电动势，Te为电磁转矩，TL为负载转矩，J为转动惯量，Ω为角速度，B为摩擦系数。当电机空载时，电机原模型传递函数为Gn(s)＝Ω(s)/Ip(s)＝kT/(Js+B)。如图3，影响电机转速的扰动为IL＝(-BΩ-TL)/2ke，为了使具有物理可行性，需要使为有理真分式，为简化设计与分析，设计则当g趋于无穷大时，则系统补偿后控制量为其中kT为电机转矩系数，为扰动观测值，g为滤波常数。当有负载扰动或电机参数发生变化时，估计系统扰动，并通过前馈得到补偿，使实际转速达到设定转速，如图4，通过USB数据线将单片机TTL电平转换为RS232，从而与上位机相连，并通过下载VISA驱动，使上位机获得端口号，在LabVIEW平台点击PM2.5曲线图按钮通过事件结构动态调用子VI，子VI通过字节属性节点接收单片机传来的数据，并通过VISA读来读取PM2.5数值。如图5，系统工作方式为，系统初始化完成后，激光粉尘传感器和温湿度传感器向主控制器传送数据，通过液晶显示屏显示数据，然后判断是否需要执行控制器控制电机转动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LabVIEW的空气净化器装置，其特征在于：利用开关电源进行供电，并通过7805芯片进行降压，获得5V电压，从而为整个系统供电，并由液晶显示屏显示数据，通过转速环比例加扰动补偿的方式PWM调速，并由L298驱动芯片来驱动直流电机，同时基于LabVIEW平台通过触发事件结构动态调用子VI，实现上位机实时监测及修改下位机参数功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于LabVIEW的空气净化器装置，其特征在于：利用开关电源进行供电，并通过7805芯片进行降压，获得5V电压，从而为整个系统供电，并由液晶显示屏显示数据，通过转速环比例加扰动补偿的方式PWM调速，并由L298驱动芯片来驱动直流电机，同时基于LabVIEW平台通过触发事件结构动态调用子VI，实现上位机实时监测及修改下位机参数功能。2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的空气净化器装置，其特征在于，通过粉尘传感器监测到的PM2.5值进行比例加扰动补偿的调速方案，单片机得到的控制量给PWM发生器来驱动电机，进行调速。3.根据权利要求2所述的一种基于LabVIEW的空气净化器装置，其特征在于，所述控制器具体为：当PM2.5大于35ug/m3小于75ug/m3时，设定转速为2000rpm，小于35ug/m3时，空气状态处于优，电机不转，大于75ug/m3时，空气状态视为差，转速设定为2500rpm。4.根据权利要求2所述的一种基于LabVIEW的空气净化器装置，直流电机的数学模型为：Te-TL＝JdΩ/dt+BΩ从而得出空载时电机原模型为：Gn(s)＝Ω(s)/Ip(s)＝kT/(Js+B).为了使具有物理可行性，需要使为有理真分式，为简化设计与分析，设计则当g趋于无穷大时，则补偿后的控制量为:其中，Ua为直流电机a相相电压，Ub为直流电机b相相电压，Uab为直流电机ab端线电压，Ud为直流母线电压，r为相电阻Ip为相电流，Ia＝Ib＝Ic＝Ip，Ls＝L-M，L为绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁世宏，龚花，李鸿一，马莉，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32