化学实验室环境无线监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及嵌入式系统、无线传感网、物联网领域，具体涉及环境数据量化、 传感数据整合、UDP网络协议、TCP\IP网络协议的综合应用于化学实验室环境无线监控系 统。
【背景技术】
[0002] 在化学实验中，经常由于要控制化学反应的时间、效率，因此需要将实验室的温 度、湿度、光照度等一些指标保持在一定可控的范围内。现有的化学实验室管理方式大多 为，实验人员在室内放置传统的温度计、湿度计、光照计等，对实验室的环境进行检测。如若 需要长时间地监控实验室的环境数据，实验人员就需要不停地查看实验室内的传感器。这 样的过程往往费时费力。
[0003] Wi-Fi作为目前市场上较为流行的无线传输方式，由于其穿透能力强、速度快、信 号稳定、覆盖率高、健康安全等特点，Wi-Fi也已然成为了目前无线通信中主流的一种数据 传输方式。
[0004] Wi -Fi基于不同的传输协议也有多种多样的传输方式和模式。典型的包括:UDP、 TCP等。而采用Wi-Fi模式无线传输的硬件、软件设置，又可根据不同的项目角色需求设置 成:UDP模式、TCP Client模式、TCP Server模式等。
[0005] 并且，Wi-Fi方式不仅能完成点对点的数据无线传输，更能利用无线接入点（AP， Access Point)进行组网。
[0006] 拓扑(Topology)是多个组件之间的物理或逻辑关系。目前有线网络的拓扑结构有 五种，分别是总线(Bus)、环状，星型（Star)、树状(Tree)、和网状，而在无线网络之中，则只 有星型和网状两种网络拓扑。星形拓扑是目前最流行的无线网络拓扑，和有线网络一样，这 种架构必须有中央计算机或AP，相当于有限网络的集线器或交换机。信号由来源计算机出 发，经过中央计算机或AP后，转送到网络中的其他计算机。
[0007] 在Wi-Fi信号强度方面，Wi-Fi信号的衰减主要由两部分构成，第一是自由空间的 距离衰减，第二是透过各种材料传播时发生的衰减。
[0008] 自由空间距离衰减的公式为:Ld(dB)=92 · 4+201og(L)+201og(f )--式2 · 3 · I [0009]其中，Ld为自由空间衰减量，单位为dB; L为收发端之间的距离，单位为KM; f为发射 工作频率，单位为GHZ。
[0010]以下是一些建筑材料衰减损耗的经验数据：
[0011] 混凝土 ： 13-18dB;空心砌砖墙：4一6dB;简易石膏板墙：3-5dB;普通玻璃门窗： 2-4dB;镀膜玻璃门窗12-15dB;木门：3-5dB;金属板房及门：12-15dB。 【实用新型内容】
[0012]本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供的一种化学实验室环境无线监 控系统，该系统弥补市场上缺少实验室环境无线监控的现状，实现科研人员能够远程、无 线、精确了解实验室内环境数据。
[0013] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0014] 一种化学实验室环境无线监控系统，特点是该系统包括：电源模块、微控制单元模 块、传感器组、Wi-Fi通信模块、串口通信模块及TFT液晶屏模块，所述电源模块与微控制单 元模块、传感器组、Wi-Fi通信模块、串口通信模块及TFT液晶屏模块连接，为微控制单元模 块、传感器组、Wi-Fi通信模块、串口通信模块及TFT液晶屏模块提供工作电压;所述微控制 单元模块与电源模块、传感器组、Wi-Fi通信模块、串口通信模块及TFT液晶屏模块连接，其 中，传感器组与微控制单元模块连接，用于向微控制单元模块提供实时环境监控数据;WiFi 通信模块与微控制单元模块连接 ，用于接收微控制单元模块提供的数据， 并发送 Wi-Fi UDP数据；串口通信模块与微控制单元模块连接，用于向PC机发送有线信息，并接收PC发送 的有线传输指令;TFT液晶屏模块与微控制单元模块连接，用于实时显示当前的环境监控数 据以及工作数据。
[0015] 所述传感器组包括：
[0016] 温湿度传感器，用于检测环境中的温度、湿度；
[0017] 光照度传感器，用于检测环境中的光照度；
[0018] 人体红外热释电传感器，用于检测环境中是否存在人类活动；
[0019] 有害气体浓度传感器，用于检测环境中有害气体浓度；
[0020] 各传感器之间互相独立，各自连接至微控制单元模块。
[0021 ]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0022]⑴、本实用新型提供了实验人员更加全面了解实验室温度、湿度、光照度、有害气 体浓度、检测环境中是否存在人类活动信息的设备。
[0023]⑵、本实用新型提供了实验人员能够在远程更加方便、快捷地使用Wi-Fi查看实验 室内环境数据的设备。
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型结构框图；
[0025] 图2为本实用新型使用状态示意图。
【具体实施方式】
[0026] 参阅图1，本实用新型包括电源模块1、微控制单元模块2、传感器组3、Wi_Fi通信模 块4、串口通信模块5、TFT液晶屏模块6，由传感器组3收集实时环境数据包括:温度、湿度、光 照度、有害气体浓度、人体红外热释电等空间信息，微控制单元模块2接收整合传感器组发 来的数据，并操作TFT液晶屏模块6实时显示。微控制单元模块2接收整合传感器组3发来的 数据，并通过串口通信模块5向电脑发送实时环境数据。微控制单元模块2将打包整合后的 传感器组3数据发送至Wi-Fi通信模块4。最后，通过Wi-Fi通信模块4发送UDP格式的Wi-Fi数 据。
[0027] 本实用新型的传感器组3包括：
[0028] 温湿度传感器3-1，用于检测环境中的温度、湿度；
[0029] 光照度传感器3-2,用于检测环境中的光照度；
[0030] 人体红外热释电传感器3-3,用于检测环境中是否存在人类活动；
[0031] 有害气体浓度传感器3-4,用于检测环境中有害气体浓度。
[0032] 本实用新型上电之后，整个系统加电，各个模块开始工作。其过程如下：
[0033] 传感器组3(包括:DHTll温度湿度传感器、BH1750FVI光照度传感器、HC-SR501人体 红外热释电传感器、MQ135污染气体浓度传感器）收集了实验室环境中的温度、湿度、光照 度、污染气体浓度、人体红外热释电等实验室中的实时环境信息；
[0034] 微控制单元模块2将原始的传感器信号通过多种手段，包括:数据总线获取数据、 AD转换(模拟数字转换)等，转换成公制单位的传感数据；
[0035] 在微控制单元模块2完成传感器组3数据的读取之后，TFT液晶屏模块6将获取到的 传感器数据实时显示；
[0036] 微控制单元模块2接收整合传感器组发来的数据之后，通过串口通信模块5向电脑 发送实时环境数据。
[0037] 为了避免多个传感器数据带来的多次短时发送UDP数据包，因此将读取的公制传 感器数据以特定的格式放入一个字符串中，以方便统一进行UDP打包传输。按照以下格式对 传感器数据进行打包：
[0038] 上表中：
[0039] a=空气污染物浓度数据;单位:PPM
[0040] t=温度数据;单位:摄氏度
[0041 ] h=湿度数据;单位:百分比
[0042] p=l为有人体热释电反应，0为无人体热释电反应
[0043] i=光照度数据;单位:LUX
[0044]微控制单元模块2将已经打包的字符串数据发送至Wi-Fi通信模块4端口。由于各 个传感器的读取周期不同，因此不能使用传统的定时器定时读取数据打包的方式，转而采 用自动发送的模式，在等待所有传感器数据读取、转码、打包准备完毕后，自动将此打包数 据传送到Wi-Fi通信模块4端口进行无线发送。用户可使用手机、电脑等终端查看实时数据。 [0045] 通过上述步骤，实现了通过本实用新型即可通过个人电脑、手机等支持Wi-Fi的设 备查看到化学实验室内实时的环境数据。
[0046] 参阅图2,本实用新型的整体使用方法为：
[0047] 将9V电源连接至本实用新型上电后，本实用新型就会自动被复位初始化，然后开 始工作。使用者可使用支持Wi-Fi通讯的无线终端设备，连接至本实用新型。即可获取实时 的化学实验室环境数据。
【主权项】
1. 一种化学实验室环境无线监控系统，其特征在于该系统包括：电源模块（1)、微控制 单元模块(2 )、传感器组(3 )、Wi-Fi通信模块(4)、串口通信模块(5 )及TFT液晶屏模块(6 )，所 述电源模块(1)与微控制单元模块(2 )、传感器组(3 )、Wi -F i通信模块(4 )、串口通信模块(5 ) 及TFT液晶屏模块(6 )连接，为微控制单元模块(2 )、传感器组(3 )、Wi-Fi通信模块(4)、串口 通信模块(5)及TFT液晶屏模块(6)提供工作电压;所述微控制单元模块(2)与电源模块(1)、 传感器组(3 )、Wi -Fi通信模块(4 )、串口通信模块(5 )及TFT液晶屏模块(6 )连接，其中，传感 器组(3)与微控制单元模块（2)连接，用于向微控制单元模块(2)提供实时环境监控数据； Wi-Fi通信模块(4)与微控制单元模块(2)连接，用于接收微控制单元模块(2)提供的数据， 并发送Wi-Fi UDP数据；串口通信模块(5)与微控制单元模块(2)连接，用于向PC机发送有线 信息，并接收PC发送的有线传输指令;TFT液晶屏模块(6)与微控制单元模块(2)连接，用于 实时显示当前的环境监控数据以及工作数据。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述传感器组(3)包括： 温湿度传感器(3-1)，用于检测环境中的温度、湿度； 光照度传感器(3-2)，用于检测环境中的光照度； 人体红外热释电传感器(3-3)，用于检测环境中是否存在人类活动； 有害气体浓度传感器(3-4)，用于检测环境中有害气体浓度； 各传感器之间互相独立，各自连接至微控制单元模块(2)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种化学实验室环境无线监控系统，它包括：电源模块、微控制单元模块、Wi-Fi通信模块、串口通信模块、TFT液晶屏模块、传感器组。将前述模块放置、布局在一块PCB电路板中，在微控制单元模块的控制下，使各个模块能够共同协同工作。传感器读取温度、湿度、光照度、有害气体浓度、人体红外热释电等空间信息、微控制单元模块提取整合传感数据、微控制单元模块传递数据至Wi-Fi通信模块、微控制单元模块控制TFT液晶屏显示数据、微控制单元模块配合Wi-Fi通信模块接收解析上位机数据；将这些功能有序地组合起来，便能实现化学实验室环境无线监控。本实用新型实现了便捷的无线可移动远距离监控实验室环境数据。
【IPC分类】G01D21/02, G08C17/02
【公开号】CN205280130
【申请号】CN201520951771
【发明人】刘一清, 张鼎
【申请人】华东师范大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年11月25日