化學實驗室環境無線監控系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及嵌入式系統、無線傳感網、物聯網領域，具體涉及環境數據量化、 傳感數據整合、UDP網絡協議、TCP\IP網絡協議的綜合應用于化學實驗室環境無線監控系 統。
【背景技術】
[0002] 在化學實驗中，經常由于要控制化學反應的時間、效率，因此需要將實驗室的溫 度、濕度、光照度等一些指標保持在一定可控的范圍內。現有的化學實驗室管理方式大多 為，實驗人員在室內放置傳統的溫度計、濕度計、光照計等，對實驗室的環境進行檢測。如若 需要長時間地監控實驗室的環境數據，實驗人員就需要不停地查看實驗室內的傳感器。這 樣的過程往往費時費力。
[0003] Wi-Fi作為目前市場上較為流行的無線傳輸方式，由于其穿透能力強、速度快、信 號穩定、覆蓋率高、健康安全等特點，Wi-Fi也已然成為了目前無線通信中主流的一種數據 傳輸方式。
[0004] Wi -Fi基于不同的傳輸協議也有多種多樣的傳輸方式和模式。典型的包括:UDP、 TCP等。而采用Wi-Fi模式無線傳輸的硬件、軟件設置，又可根據不同的項目角色需求設置 成:UDP模式、TCP Client模式、TCP Server模式等。
[0005] 并且，Wi-Fi方式不僅能完成點對點的數據無線傳輸，更能利用無線接入點（AP， Access Point)進行組網。
[0006] 拓撲(Topology)是多個組件之間的物理或邏輯關系。目前有線網絡的拓撲結構有 五種，分別是總線(Bus)、環狀，星型（Star)、樹狀(Tree)、和網狀，而在無線網絡之中，則只 有星型和網狀兩種網絡拓撲。星形拓撲是目前最流行的無線網絡拓撲，和有線網絡一樣，這 種架構必須有中央計算機或AP，相當于有限網絡的集線器或交換機。信號由來源計算機出 發，經過中央計算機或AP后，轉送到網絡中的其他計算機。
[0007] 在Wi-Fi信號強度方面，Wi-Fi信號的衰減主要由兩部分構成，第一是自由空間的 距離衰減，第二是透過各種材料傳播時發生的衰減。
[0008] 自由空間距離衰減的公式為:Ld(dB)=92 · 4+201og(L)+201og(f )--式2 · 3 · I [0009]其中，Ld為自由空間衰減量，單位為dB; L為收發端之間的距離，單位為KM; f為發射 工作頻率，單位為GHZ。
[0010]以下是一些建筑材料衰減損耗的經驗數據：
[0011] 混凝土 ： 13-18dB;空心砌磚墻：4一6dB;簡易石膏板墻：3-5dB;普通玻璃門窗： 2-4dB;鍍膜玻璃門窗12-15dB;木門：3-5dB;金屬板房及門：12-15dB。 【實用新型內容】
[0012]本實用新型的目的是針對現有技術的不足而提供的一種化學實驗室環境無線監 控系統，該系統彌補市場上缺少實驗室環境無線監控的現狀，實現科研人員能夠遠程、無 線、精確了解實驗室內環境數據。
[0013] 本實用新型的目的是這樣實現的：
[0014] 一種化學實驗室環境無線監控系統，特點是該系統包括：電源模塊、微控制單元模 塊、傳感器組、Wi-Fi通信模塊、串口通信模塊及TFT液晶屏模塊，所述電源模塊與微控制單 元模塊、傳感器組、Wi-Fi通信模塊、串口通信模塊及TFT液晶屏模塊連接，為微控制單元模 塊、傳感器組、Wi-Fi通信模塊、串口通信模塊及TFT液晶屏模塊提供工作電壓;所述微控制 單元模塊與電源模塊、傳感器組、Wi-Fi通信模塊、串口通信模塊及TFT液晶屏模塊連接，其 中，傳感器組與微控制單元模塊連接，用于向微控制單元模塊提供實時環境監控數據;WiFi 通信模塊與微控制單元模塊連接 ，用于接收微控制單元模塊提供的數據， 并發送 Wi-Fi UDP數據；串口通信模塊與微控制單元模塊連接，用于向PC機發送有線信息，并接收PC發送 的有線傳輸指令;TFT液晶屏模塊與微控制單元模塊連接，用于實時顯示當前的環境監控數 據以及工作數據。
[0015] 所述傳感器組包括：
[0016] 溫濕度傳感器，用于檢測環境中的溫度、濕度；
[0017] 光照度傳感器，用于檢測環境中的光照度；
[0018] 人體紅外熱釋電傳感器，用于檢測環境中是否存在人類活動；
[0019] 有害氣體濃度傳感器，用于檢測環境中有害氣體濃度；
[0020] 各傳感器之間互相獨立，各自連接至微控制單元模塊。
[0021 ]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0022]⑴、本實用新型提供了實驗人員更加全面了解實驗室溫度、濕度、光照度、有害氣 體濃度、檢測環境中是否存在人類活動信息的設備。
[0023]⑵、本實用新型提供了實驗人員能夠在遠程更加方便、快捷地使用Wi-Fi查看實驗 室內環境數據的設備。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實用新型結構框圖；
[0025] 圖2為本實用新型使用狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 參閱圖1，本實用新型包括電源模塊1、微控制單元模塊2、傳感器組3、Wi_Fi通信模 塊4、串口通信模塊5、TFT液晶屏模塊6，由傳感器組3收集實時環境數據包括:溫度、濕度、光 照度、有害氣體濃度、人體紅外熱釋電等空間信息，微控制單元模塊2接收整合傳感器組發 來的數據，并操作TFT液晶屏模塊6實時顯示。微控制單元模塊2接收整合傳感器組3發來的 數據，并通過串口通信模塊5向電腦發送實時環境數據。微控制單元模塊2將打包整合后的 傳感器組3數據發送至Wi-Fi通信模塊4。最后，通過Wi-Fi通信模塊4發送UDP格式的Wi-Fi數 據。
[0027] 本實用新型的傳感器組3包括：
[0028] 溫濕度傳感器3-1，用于檢測環境中的溫度、濕度；
[0029] 光照度傳感器3-2,用于檢測環境中的光照度；
[0030] 人體紅外熱釋電傳感器3-3,用于檢測環境中是否存在人類活動；
[0031] 有害氣體濃度傳感器3-4,用于檢測環境中有害氣體濃度。
[0032] 本實用新型上電之后，整個系統加電，各個模塊開始工作。其過程如下：
[0033] 傳感器組3(包括:DHTll溫度濕度傳感器、BH1750FVI光照度傳感器、HC-SR501人體 紅外熱釋電傳感器、MQ135污染氣體濃度傳感器）收集了實驗室環境中的溫度、濕度、光照 度、污染氣體濃度、人體紅外熱釋電等實驗室中的實時環境信息；
[0034] 微控制單元模塊2將原始的傳感器信號通過多種手段，包括:數據總線獲取數據、 AD轉換(模擬數字轉換)等，轉換成公制單位的傳感數據；
[0035] 在微控制單元模塊2完成傳感器組3數據的讀取之后，TFT液晶屏模塊6將獲取到的 傳感器數據實時顯示；
[0036] 微控制單元模塊2接收整合傳感器組發來的數據之后，通過串口通信模塊5向電腦 發送實時環境數據。
[0037] 為了避免多個傳感器數據帶來的多次短時發送UDP數據包，因此將讀取的公制傳 感器數據以特定的格式放入一個字符串中，以方便統一進行UDP打包傳輸。按照以下格式對 傳感器數據進行打包：
[0038] 上表中：
[0039] a=空氣污染物濃度數據;單位:PPM
[0040] t=溫度數據;單位:攝氏度
[0041 ] h=濕度數據;單位:百分比
[0042] p=l為有人體熱釋電反應，0為無人體熱釋電反應
[0043] i=光照度數據;單位:LUX
[0044]微控制單元模塊2將已經打包的字符串數據發送至Wi-Fi通信模塊4端口。由于各 個傳感器的讀取周期不同，因此不能使用傳統的定時器定時讀取數據打包的方式，轉而采 用自動發送的模式，在等待所有傳感器數據讀取、轉碼、打包準備完畢后，自動將此打包數 據傳送到Wi-Fi通信模塊4端口進行無線發送。用戶可使用手機、電腦等終端查看實時數據。 [0045] 通過上述步驟，實現了通過本實用新型即可通過個人電腦、手機等支持Wi-Fi的設 備查看到化學實驗室內實時的環境數據。
[0046] 參閱圖2,本實用新型的整體使用方法為：
[0047] 將9V電源連接至本實用新型上電后，本實用新型就會自動被復位初始化，然后開 始工作。使用者可使用支持Wi-Fi通訊的無線終端設備，連接至本實用新型。即可獲取實時 的化學實驗室環境數據。
【主權項】
1. 一種化學實驗室環境無線監控系統，其特征在于該系統包括：電源模塊（1)、微控制 單元模塊(2 )、傳感器組(3 )、Wi-Fi通信模塊(4)、串口通信模塊(5 )及TFT液晶屏模塊(6 )，所 述電源模塊(1)與微控制單元模塊(2 )、傳感器組(3 )、Wi -F i通信模塊(4 )、串口通信模塊(5 ) 及TFT液晶屏模塊(6 )連接，為微控制單元模塊(2 )、傳感器組(3 )、Wi-Fi通信模塊(4)、串口 通信模塊(5)及TFT液晶屏模塊(6)提供工作電壓;所述微控制單元模塊(2)與電源模塊(1)、 傳感器組(3 )、Wi -Fi通信模塊(4 )、串口通信模塊(5 )及TFT液晶屏模塊(6 )連接，其中，傳感 器組(3)與微控制單元模塊（2)連接，用于向微控制單元模塊(2)提供實時環境監控數據； Wi-Fi通信模塊(4)與微控制單元模塊(2)連接，用于接收微控制單元模塊(2)提供的數據， 并發送Wi-Fi UDP數據；串口通信模塊(5)與微控制單元模塊(2)連接，用于向PC機發送有線 信息，并接收PC發送的有線傳輸指令;TFT液晶屏模塊(6)與微控制單元模塊(2)連接，用于 實時顯示當前的環境監控數據以及工作數據。2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于所述傳感器組(3)包括： 溫濕度傳感器(3-1)，用于檢測環境中的溫度、濕度； 光照度傳感器(3-2)，用于檢測環境中的光照度； 人體紅外熱釋電傳感器(3-3)，用于檢測環境中是否存在人類活動； 有害氣體濃度傳感器(3-4)，用于檢測環境中有害氣體濃度； 各傳感器之間互相獨立，各自連接至微控制單元模塊(2)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種化學實驗室環境無線監控系統，它包括：電源模塊、微控制單元模塊、Wi-Fi通信模塊、串口通信模塊、TFT液晶屏模塊、傳感器組。將前述模塊放置、布局在一塊PCB電路板中，在微控制單元模塊的控制下，使各個模塊能夠共同協同工作。傳感器讀取溫度、濕度、光照度、有害氣體濃度、人體紅外熱釋電等空間信息、微控制單元模塊提取整合傳感數據、微控制單元模塊傳遞數據至Wi-Fi通信模塊、微控制單元模塊控制TFT液晶屏顯示數據、微控制單元模塊配合Wi-Fi通信模塊接收解析上位機數據；將這些功能有序地組合起來，便能實現化學實驗室環境無線監控。本實用新型實現了便捷的無線可移動遠距離監控實驗室環境數據。
【IPC分類】G01D21/02, G08C17/02
【公開號】CN205280130
【申請號】CN201520951771
【發明人】劉一清, 張鼎
【申請人】華東師范大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年11月25日