专利名称：一种实验室环境与设备无线监控报警系统的制作方法
技术领域：
本发明属于无线监控领域，特别涉及无线通讯技术及环境与设备监测技术。
背景技术：
生化实验室的样本存储条件、室内环境、设备运行状况等都要保持高度稳定，这就需 要有可靠、易用的监控系统作为辅助，典型的生化实验室的监控系统应包括用于监控液氮 液位、室内温湿度、冰箱温湿度、培养箱温湿度及C02浓度等参数的传感器，并且具备监 控各设备电源是否正常、空调系统是否送风等基础设施状态的能力，能够在事故发生后及 时通过手机短信、拨打电话等方式进行告警。监控系统报警的可靠性与监测的可靠性同样 重要。虽然某些智能设备如培养箱已经安装了报警模块，但是因为培养箱的报警方式不易 配置，并'且培养箱报警独立工作，并不与其它设备集成，较少为实验人员所采用，使得报 警功能形同虚设。目前已有一系列的监控系统，如Planner公司的实验室监控系统，该系 统由探头、报警模块及控制电脑组成；该系统所包含的探头仅含有液位及温度传感器，探 头使用RS485总线连接，通过网关模块转化成TCP/IP协议后接入控制电脑，系统所包含 的报警模块采用了防盗报警电话自动拨打模块(只能拨打电话)。其他系统与上述系统结 构类似，传感器探头的连接方式以有线为主，在布线控制严格的生化实验室内部应用受限； 传感器探头无法独立工作，在设备搬运过程中系统无法使用；系统的报警方式非常简陋，
有的报警系统采用的报警模块只是拨打电话，不能获知用户的接听状态，难以满足实验室 细化管理的要求。
发明内容
本发明的目的是为了提高实验室环境与设备监控的可靠性和易用性，提出了一种实验 室环境与设备无线监控报警系统，通过设计无线智能探头(以下简称无线探头)实现了设
备的可配置和易用性；通过短距离无线通讯技术实现了系统布置的方便性；通过使用全球 移动通讯系统(Global System for Mobile Communication,简称GSM)模块实现了报警 方式的多样性和可靠性；通过在线参数表同步技术实现了无线探头参数更新的实时性。
本发明提出的一种实验室环境与设备无线监控报警系统，其特征在于，该系统包括n 个无线探头、1个基站节点、1台PC机及设置在其中事先编制的监控程序、1个GSM模块 及用户手机，n为正整数；其中，无线探头通过短距离无线通讯协议组网，并与基站节点建立连接，基站节点通过串口接入PC机，GSM模块通过USB接口接入PC机，PC机运行监 控程序；所述n个无线探头安装有不同种类的传感器，用于监控相应的物理量，并根据预 设的报警条件进行报警；所述基站节点用于将接收到的无线探头信息发送到PC机，并根 据预设的报警条件进行报警；所述PC机及运行的监控程序实现探头管理、系统配置、数 据存储、图表显示、报警管理等功能；所述GSM模块通过USB 口接入PC机，在监控程序 的控制下发送短信或拨打电话，并返回用户接听状态；所述用户手机用于接收短信告警和
电话告警信息。
本发明的工作过程为无线探头根据监控系统的配置进行数据采集，并按照预设周期 将数据发送给基站节点，在发生报警事件后，无线探头根据报警条件使用声音或者LED灯 闪烁报警，基站节点接收到该数据，同样会根据相应无线探头的报警条件使用声音或LED 灯闪烁报警，基站收到数据后转发给PC机，监控程序存储数据、绘制图表、生成报警事 件，并根据预设的报警条件拨打电话或发送短信到指定的用户手机，记录用户的手机接听 结果后记入数据库。
本发明的特点及效果
第一、通过设计无线智能探头实现了设备的可配置和易用性；
本发明中无线探头可以独立工作，在设备搬动、运输过程中同样可以发挥作用；无线 探头含有单片机，可根据用户需要随时更改参数，应用范围更为广泛。 第二、通过短距离无线通讯技术实现了系统布置的方便性；
本发明中无线探头使用Zigbee短距离无线通讯协议组网，并与基站节点建立连接，无 线技术的使用可以免掉布线的限制，使得设备安装更为方便； 第三、通过GSM模块实现了报警方式的多样性和可靠性；
采用了GSM模块而不是封装的报警模块，通过监控程序进行管理，可以对每一类设备 的每一种事件单独设置报警对象，报警方式(如短信、短信+电话、声音、LED灯)，并能 记录用户手机状态(关机、接听、挂断、无信号等)，实现对实验室的细化管理。 第四、通过在线参数表同步技术实现了无线探头参数更新的实时性 本发明中，监控程序设置系统参数和各设备参数，参数表首先缓存在基站节点，无线 探头在发送数据时更新自身参数，无需探头时刻保持连接，在低能耗的情况下满足了探头 参数更新的可靠性和实时性。
图1为本发明的实验室环境与设备无线监控报警系统组成结构示意图2为本发明的实验室环境与设备无线监控报警系统数据处理及事件处理流程图
图3为本发明的无线探头的结构示意4图4为本发明的无线探头控制器工作流程图5为本发明的基站节点组成示意图6为本发明的基站节点处理器工作流程图。
具体实施例方式
本发明提出一种实验室环境与设备无线监控报警系统，结合附图及实施例详细说明如
下
本发明提出的一种实验室环境与设备无线监控报警系统结构组成如图l所示，本系统
包括n个无线探头、1个基站节点、1台PC机及设置在其中事先编制的监控程序、1个GSM 模块及用户手机，n为正整数；其中，无线探头通过短距离无线通讯协议(如Zigbee协议) 组网，并与基站节点建立连接，基站节点通过串口与PC机相连，GSM模块通过USB口与 PC机相连，PC机运行监控程序，用户手机通过GSM网络与GSM模块建立联系；所述n个 无线探头安装有不同种类的传感器，用于监控相应的物理量，并根据预设条件报警；所述 基站节点用于将接收到的无线探头信息发送到PC机，并根据预设条件报警；所述PC机及
运行的监控程序实现探头管理、系统配置、数据存储、图表显示、报警管理等功能；所述
GSM模块在监控程序的控制下发送短信或拨打电话，并返回用户接听状态，所述用户手机 用于接收短信告警和电话告警信息。
本发明PC机的监控流程包含系统设置、数据处理、事件处理三部分，其中， 本发明的监控流程中系统设置包括设置用户信息(包括姓名和手机号码，报警事件发 生后即向该用户以发短信、打电话方式报警)，实时设置各探头阈值(存储到PC机数据库 并发布到基站节点，无线探头在与基站节点通讯时自动更新阈值)，本实施例中探测液氮 罐温度及液位的温度传感器阈值设置为-180至-195'C,探测室内温度的温度传感器阈值设 置为25至32°C，探测室内湿度的湿度传感器阈值设置为40%到80%,探测冰箱温度的温度 传感器阈值设值为3至5'C，探测冰箱湿度的湿度传感器阈值设置为20%至60%,探测C02 培养箱C02浓度的C02传感器阈值设置为5%至8%，设置每个报警事件(如超出阈值为一种 报警事件)的报警方式(短信或者电话加短信，此参数保存在PC机的数据库中)等。 本发明的监控流程中数据处理流程如图2(a)所示，包括以下步骤
1) PC机从串口接收基站节点发来的原始数据；
2) 将原始数据转换成系统内部数据格式；
3) 判断转换后的数据是否超出当前阈值，若超出则转到步骤4)，否则转到步骤l);
4) 生成报警事件，并将报警事件添加到报警事件队列中，转到步骤l)。 本发明的监控流程中事件处理流程如图2(b)所示，包括以下步骤
1)检査报警事件队列；
52) 如果报警事件队列中有事件待处理则转到步骤3)，否则转到步骤l);
3) 按照设置的报警方式处理事件队列中的第一条事件(如打电话、发短信)；
4) 生成上述事件的处理结果(如用户接听电话、挂断电话、未接听、短信发送成功等 信息)，转到步骤l)。
本发明的各组成部件的实施例构成及设置位置详细说明如下
本发明中包含的PC机与基站节点、GSM模块放置在一起，基站节点通过串口连接到PC 机，GSM模块通过USB 口连接到PC机。本实施例中无线探头包括按照功能安装在液氮 罐上的测量液氮液位及温度的无线探头、安装在墙壁上的测量室内温、湿度的无线探 头、安装在冰箱上的测量冰箱内温、湿度的无线探头、安装在C02培养箱上的测量C02 浓度的无线探头；还可使用但不限于测量PH值、风速等的一种或多种无线探头，用于 实现对实验室环境及设备的全面监测。
本发明中GSM模块实施例选用带有USB接口的DG-U1A GSM模块； 本发明中的PC机实施例采用Pentium 4以上主机，1GHz以上运行主频，内存512MB, 硬盘可用空间200MB;其中的监控程序采用Visual C++ 2005编制而成； 本发明中每个无线探头组成实施例如图3所示。该无线探头包括LED灯、蜂鸣器、传 感器、控制器、短距离无线通讯模块、电池、外接电源及电源管理模块；其中，控制器分 别与传感器、短距离无线通讯模块双向连接，LED灯和蜂鸣器分别与控制器的输出端相连， 电池、外接电源分别与电源管理模块的输入端相连，电源管理模块的输出端分别与传感器、 控制器、短距离无线通讯模块相连。
上述无线探头实施例的传感器使用是温湿度传感器SHT10 (用于培养箱内及室内的温 湿度测量)及温度传感器PT100(用于液氮罐内液位探测及温度探测)，还可使用但不限于 C02、 PH值、风速等传感器中的一种或多种，用于实现对实验室环境及设备的全面监测；
上述无线探头实施例中短距离无线通讯模块和控制器采用支持Zigbee协议的集成芯 片CC2430;控制器用于对传感信息进行采样，根据阈值判断是否告警，存储参数等功能； 无线通讯模块用于将数据发送给基站节点及从基站节点更新参数；
本实施例的电源管理模块采用芯片CN3051，负责管理电池和外接电源； 上述无线探头实施例中采用可充电锂电池作为供电电源，外接电源启用时探头优先选 用外接电源。
上述无线探头实施例的每个无线探头工作流程如图4所示，包括以下步骤
1) 无线探头上电后自检；
2) 自检通过后，检査是否存在Zigbee网络，如果存在则首先加入网络；
3) 无线探头的控制器按照预设的'采样频率对传感器进行连续采样并平均，本实施 例中每隔60s中进行一次采样，每次采样32个数据进行平均；4) 判断无线探头是否已加入网络，如果已加入则转步骤5)，如果未加入则转步
骤7);
5) 发送步骤3)中采样数据的平均值到基站节点，并等待基站节点回应，如果回 应中通知有采样频率和阈值需更新，则转步骤6)否则转步骤7);
6) 获取新的采样频率和阈值，更新控制器内存储的原采样频率和阈值，转步骤 7);
7) 当步骤3)中采样数据的平均值超出当前阈值时，无线探头控制器启动声光报 警后转步骤3),否则直接转转步骤3)。
本发明所述基站节点实施例组成如图5所示。该节点包括LED灯、蜂鸣器、控制器、 短距离无线通讯模块、串口芯片、电池、外接电源及电源管理模块；其中，控制器分别与 串口芯片、短距离无线通讯模块双向连接，LED灯和蜂鸣器分别与控制器的输出端相连， 电池、外接电源分别与电源管理模块的输入端相连，电源管理模块的输出端分别与串口芯 片、控制器、短距离无线通讯模块相连。
上述基站节点的短距离无线通信模块及控制器与无线探头的一样，本实施例选用 CC2430芯片；串口芯片目的是实现基站节点与PC机的双向通讯，本实施例选用max3232 心片；
上述基站节点的电源管理模块与无线探头的相同，管理电池和外接电源；本实施例采 用可充电锂电池作为供电电源，外接电源启用时无线视频节点优先选用外接电源。 本实施例的基站节点工作流程如图6所示，包括以下步骤
1) 基站节点上电后自检；
2) 基站节点连接到PC机；
3) 建立Zigbee网络；
4) 接收无线探头数据，将此数据转发到PC机；
5) 根据无线探头地址信息，判断无线探头是否需要更新采样频率和阈值，若是，
转步骤6)，否则，转步骤7);
6) 发送新的采样频率和阈值到无线探头，转步骤7);
7) 判断所接收到无线探头的数据是否超出阈值，如果超出，则声光报警后转步骤 4)，否则直接转步骤4)。
权利要求
1、一种实验室环境与设备无线监控报警系统，其特征在于，该系统包括n个无线探头、1个基站节点、1台PC机及设置在其中事先编制的监控程序、1个GSM模块及用户手机，n为正整数；其中，无线探头通过短距离无线通讯协议组网，并与基站节点建立连接，基站节点通过串口接入PC机，GSM模块通过USB接口接入PC机，PC机运行监控程序；所述n个无线探头安装有不同种类的传感器，用于监控相应的物理量，并根据预设的报警条件进行报警；所述基站节点用于将接收到的无线探头信息发送到PC机，并根据预设的报警条件进行报警；所述PC机及运行的监控程序实现探头管理、系统配置、数据存储、图表显示、报警管理等功能；所述GSM模块通过USB口接入PC机，在监控程序的控制下发送短信或拨打电话，并返回用户接听状态；所述用户手机用于接收短信告警和电话告警信息。
2、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述无线探头包括LED灯、蜂鸣器、传感 器、控制器、短距离无线通讯模块、电池、外接电源及电源管理模块；其中，控制器分别 与传感器、短距离无线通讯模块双向连接，LED灯和蜂鸣器分别与控制器的输出端相连， 电池、外接电源分别与电源管理模块的输入端相连，电源管理模块的输出端分别与传感器、 控制器、短距离无线通讯模块相连。
3、如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述节点包括LED灯、蜂鸣器、控制器、 短距离无线通讯模块、串口芯片、电池、外接电源及电源管理模块；其中，控制器分别与 串口芯片、短距离无线通讯模块双向连接，LED灯和蜂鸣器分别与控制器的输出端相连， 电池、外接电源分别与电源管理模块的输入端相连，电源管理模块的输出端分别与串口芯 片、控制器、短距离无线通讯模块相连。
全文摘要
本发明涉及一种实验室环境与设备无线监控报警系统，属于无线监控领域，该系统包括n个无线探头、1个基站节点、1台PC机及设置在其中事先编制的监控程序、1个GSM模块及用户手机，n为正整数；其中，无线探头通过短距离无线通讯协议组网，并与基站节点建立连接，基站节点通过串口接入PC机，GSM模块通过USB接口接入PC机，PC机运行监控程序；本发明通过设计无线智能探头，实现了设备的可配置和易用性；通过短距离无线通讯技术实现了系统布置的方便性；通过使用全球移动通讯系统模块实现了报警方式的多样性和可靠性；通过在线参数表同步技术实现了无线探头参数更新的实时性。
文档编号G08B25/00GK101656014SQ200910091570
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者冯浩然, 祺 王 申请人:清华大学