CN106546285A - 汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测专用装置。所述装置由基于ARM的嵌入式主板、存储介质、时钟电路模块、RS485通讯模块、蜂鸣器模块、液晶显示模块、气压传感器模块、摄像头模块、可控硅电子调压模块、散热风扇、开关电源模块、电源指示开关、电子仪表箱组成；对外有USB接口、RJ‑45(10/100以太网)接口、HDMI接口、RS485接口、温度传感器输入接口和电子调压输出接口。本发明还提供了一种汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测方法，具有实验数据可视化、历史数据查询及导出、基于数学模型的数据分析决策、实验操作交互提示以及安全报警等功能。
Description
技术领域：
本发明涉及智能仪器、数字仪表、化学工程、计算机辅助科研教学、电子信息技术领域，特别涉及一种汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测方法及其装置。
背景技术：
目前，国内高校在汽液平衡数据测定实验的科研教学过程中缺乏行之有效的智能化手段，使用的装置功能单一，交互性能差，科研效率低，教学效果不够理想。传统的汽液平衡数据测定实验装置，主要关注实验数据的测量，研究人员在实验过程中无法通过实验数据可视化直观判断实验的进程和终点，无法进行快速评估实验数据的准确性以及实验误差来源。
目前市场上大多数汽液平衡数据测定实验智能化系统软硬件构成复杂，系统实现成本、维护成本、二次开发成本高，系统可扩展性差，不利于大规模实验科研教学和实验开放使用。
发明内容：
本发明克服现有技术的上述缺点，提供一种汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测方法及其装置，以实现装置成本低、体积小，移动方便，能同时测控多套汽液平衡装置。
本发明提供的嵌入式智能在线监测装置具有实验数据可视化、历史数据查询及导出、基于数学模型的数据分析决策、实验操作交互提示以及安全报警等功能，和Windows远程管理平台配合使用能够满足大规模实验科研教学和实验开放使用的要求。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测专用装置，所述装置由基于ARM的嵌入式主板、存储介质、时钟电路模块、RS485通讯模块、蜂鸣器模块、液晶显示模块、气压传感器模块、摄像头模块、可控硅电子调压模块、散热风扇、开关电源模块(输入220V，输出5V、12V、24V)、电源指示开关、电子仪表箱组成；对外有USB接口、RJ-45(10/100以太网)接口、HDMI接口、RS485接口、温度传感器输入接口和电子调压输出接口。在输入220V电源与开关电源模块和可控硅电子调压模块之间设有电源指示开关并通过导线连接；所述的开关电源模块与基于ARM的嵌入式主板和散热风扇通过导线连接并提供低压直流电；所述基于ARM的嵌入式主板上板载了USB接口、RJ-45(10/100以太网)接口、HDMI接口，所述的基于ARM的嵌入式主板存储与介质连接，并通过排线将I/O接口与液晶显示模块、摄像头模块和一块电路板连接组成核心监测系统；所述的电路板包含时钟电路模块、RS485通讯模块、蜂鸣器模块、气压传感器模块，所述电路板的RS485通讯模块与RS485接口通过导线连接，所述电路板与温度传感器输入接口通过排线连接；所述的可控硅电子调压模块与电子调压输出接口通过导线连接。
本发明所述的装置，利用嵌入式系统小型化特性，高度集成传感器元件，实现装置小型化。所述的装置的基于ARM的嵌入式主板是系统核心计算控制部件；USB接口接受键盘及鼠标的指令输入；温度传感器、气压传感器模块，实现汽液平衡温度、压力数据的采集；存储介质与所述的基于ARM的嵌入式主板连接，用于存储传感器采集的数据以及用户自定义文件；开关电源模块，将输入电源220V交流电转换为5V、12V、24V直流电，为基于ARM的嵌入式主板供电；二次仪表通过RS485接口与嵌入式系统通讯，支持MODBUS协议；Windows远程管理平台通过RJ-45(10/100以太网)接口与嵌入式系统通讯，支持TCP/IP协议。
本发明所述的装置内部运行自行开发的应用程序驱动基于ARM的嵌入式主板的I/O接口连接气压传感器、温度传感器模块，实现汽液平衡温度、压力等数据的采集，所述的应用程序基于Linux操作系统具有可视化界面，在显示设备上实时显示实验数据的变化趋势，所述的应用程序有智能导师系统，能够根据用户输入信息，快速分析实验情况，给与交互提示，所述的应用程序开放Python和C语言程序接口，支持用户进行二次开发。
本发明还提供了一种本发明所述的装置进行智能在线监测的方法，所述的监测方法包括如下步骤：
(1)监测准备阶段：温度传感器输入接口、RS485接口和电子调压输出接口分别与汽液平衡釜的温度传感器、二次仪表和电热丝连接，摄像头对准汽液平衡釜，HDMI接口与显示器或投影仪连接，USB接口与鼠标和键盘连接，RJ-45(10/100以太网)接口通过网线与交换机连接，接入网络，打开电源指示开关启动监测装置，通过Windows远程管理平台进行远程管理和组态等配置工作，电子调压模块调节到合适的输出电压；
(2)监测阶段：装置的监测系统基于Linux平台，用Python、C语言和SQLite数据库开发的通讯程序和底层数据采集程序从汽液平衡釜采集和存储数据，经GUI应用程序，输出可视化界面，实时显示实验数据和趋势线，智能分析数据并给出操作提示；摄像头实时拍摄汽液平衡釜运行情况；通过键盘和鼠标接受用户操作及指令输入；如果温度传感器数据异常，程序将触发现场和远程双重报警，现场蜂鸣器声音报警，远程通过Email向预设邮箱报警；
(3)监测结束阶段：通过USB接口连接存储器导出监测数据，经GUI应用程序关闭监测系统，电子调压模块调节到最小，关闭电源指示开关。
附图说明：
图1是本发明装置的工作原理图。
具体实施方案：
下面详细说明本发明的汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测专用装置实施实例。此处的实例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测专用装置，其特征在于所述装置由基于ARM的嵌入式主板、存储介质、时钟电路模块、RS485通讯模块、蜂鸣器模块、液晶显示模块、气压传感器模块、摄像头模块、可控硅电子调压模块、散热风扇、开关电源模块(输入220V，输出5V、12V、24V)、电源指示开关、电子仪表箱组成；对外有USB接口、RJ-45(10/100以太网)接口、HDMI接口、RS485接口、温度传感器输入接口和电子调压输出接口。在输入220V电源与开关电源模块和可控硅电子调压模块之间设有电源指示开关并通过导线连接；所述的开关电源模块与基于ARM的嵌入式主板和散热风扇通过导线连接并提供低压直流电；所述基于ARM的嵌入式主板上板载了USB接口、RJ-45(10/100以太网)接口、HDMI接口，所述基于ARM的嵌入式主板上的I/O接口通过排线与液晶显示模块、摄像头模块和一块电路板连接组成核心监测系统；所述的电路板包含时钟电路模块、RS485通讯模块、蜂鸣器模块、气压传感器模块，所述电路板的RS485通讯模块与RS485接口通过导线连接，所述电路板与温度传感器输入接口通过排线连接；所述的可控硅电子调压模块与电子调压输出接口通过导线连接。
所述的时钟电路模块包括DS1302，DS1307，DS3231，PCF8485。所述的气压传感器模块包括BMP085，BMP180，MS5611。所述的液晶显示模块包括LCD1602，LCD12864，OLEDSSD1306，OLED SSD1322。所述的温度传感器包括DS18B20，Cu50热电阻，PT100热电阻，PT1000热电阻，T型热电偶；所述的DS18B20温度传感器与所述的温度传感器输入接口连接；所述的热电阻和热电偶温度传感器与二次仪表连接，所述的二次仪表与所述的RS485接口通过2芯双绞通讯线连接，通讯协议为MODBUS协议。
汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测专用装置，采用ARM核心，搭载Debian操作系统、装载GPIO库、GCC、Python环境以及SQLite库，长虹电视机(含有HDMI接口)，双飞燕无线鼠键套装，BMP085大气压传感器、DS18B20温度传感器、200W可控硅电子调压模块，NES-35-5开关电源。
开关电源作为电源管理模块将220V交流电转换为5V直流电为ARM核心以及相关传感器供电，转换为直流12V为散热风扇供电。
本装置使用DS18B20温度传感器，传感器放置于改进的Rose平衡釜的测温套管中，套管中充填导热油确保温度传感器浸没于导热油中。使用200W可控硅电子调压模块调节改进的Rose平衡釜的加热丝加热功率。
本装置使用长虹电视机(39N1)作为显示器，图形界面实时显示实验数据；实验数据以SQLite数据库文件的形式，存储于TF卡存储介质中，。
本装置外部通讯方式为10/100M网卡，使用TCP/IP协议接入局域网；装置运行状况通过局域网向Windows管理平台发送；装置触发报警时，现场蜂鸣器报警，并向管理人员发送Email。
一种用本发明装置进行智能在线监测的方法，包括如下步骤：
(1)监测准备阶段：温度传感器输入接口、RS485接口和电子调压输出接口分别与汽液平衡釜的温度传感器、二次仪表和电热丝连接，摄像头对准汽液平衡釜，HDMI接口与显示器或投影仪连接，USB接口与鼠标和键盘连接，RJ-45(10/100以太网)接口通过网线与交换机连接，接入网络，打开电源指示开关启动监测装置，通过Windows远程管理平台进行远程管理和组态等配置工作，电子调压模块调节到合适的输出电压；
(2)监测阶段：装置的监测系统基于Linux平台，用Python、C语言和SQLite数据库开发的通讯程序和底层数据采集程序从汽液平衡釜采集和存储数据，经GUI应用程序，输出可视化界面，实时显示实验数据和趋势线，智能分析数据并给出操作提示；摄像头实时拍摄汽液平衡釜运行情况；通过键盘和鼠标接受用户操作及指令输入；如果温度传感器数据异常，程序将触发现场和远程双重报警，现场蜂鸣器声音报警，远程通过Email向预设邮箱报警；
(3)监测结束阶段：通过USB接口连接存储器导出监测数据，经GUI应用程序关闭监测系统，电子调压模块调节到最小，关闭电源指示开关。
尽管使用特定实例描述了本发明，但是其意图不是详尽的或者局限于所公开的具体形式。在不脱离权利要求和限定的本发明实质范围的情况下，存在变型例和修改例。
Claims (6)
1.一种汽液平衡数据测定的嵌入式智能在线监测专用装置，其特征在于所述装置由基于ARM的嵌入式主板、存储介质、时钟电路模块、RS485通讯模块、蜂鸣器模块、液晶显示模块、气压传感器模块、摄像头模块、可控硅电子调压模块、散热风扇、开关电源模块(输入220V，输出5V、12V、24V)、电源指示开关、电子仪表箱组成；对外有USB接口、RJ-45(10/100以太网)接口、HDMI接口、RS485接口、温度传感器输入接口和电子调压输出接口。在输入220V电源与开关电源模块和可控硅电子调压模块之间设有电源指示开关并通过导线连接；所述的开关电源模块与基于ARM的嵌入式主板和散热风扇通过导线连接并提供低压直流电；所述基于ARM的嵌入式主板上板载了USB接口、RJ-45(10/100以太网)接口、HDMI接口，所述基于ARM的嵌入式主板上的I/O接口通过排线与液晶显示模块、摄像头模块和一块电路板连接组成核心监测系统；所述的电路板包含时钟电路模块、RS485通讯模块、蜂鸣器模块、气压传感器模块，所述电路板的RS485通讯模块与RS485接口通过导线连接，所述电路板与温度传感器输入接口通过排线连接；所述的可控硅电子调压模块与电子调压输出接口通过导线连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的时钟电路模块包括DS1302，DS1307，DS3231，PCF8485。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的气压传感器模块包括BMP085，BMP180，MS5611。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的液晶显示模块包括LCD1602，LCD12864，OLED SSD1306，OLED SSD1322。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的温度传感器包括DS18B20，Cu50热电阻，PT100热电阻，PT1000热电阻，T型热电偶；所述的DS18B20温度传感器与所述的温度传感器输入接口连接；所述的热电阻和热电偶温度传感器与二次仪表连接，所述的二次仪表与所述的RS485接口通过2芯双绞通讯线连接，通讯协议为MODBUS协议。
6.一种用权利要求1所述的装置进行智能在线监测的方法，包括如下步骤：
(1)监测准备阶段：温度传感器输入接口、RS485接口和电子调压输出接口分别与汽液平衡釜的温度传感器、二次仪表和电热丝连接，摄像头对准汽液平衡釜，HDMI接口与显示器或投影仪连接，USB接口与鼠标和键盘连接，RJ-45(10/100以太网)接口通过网线与交换机连接，接入网络，打开电源指示开关启动监测装置，通过Windows远程管理平台进行远程管理和组态等配置工作，电子调压模块调节到合适的输出电压；
(2)监测阶段：装置的监测系统基于Linux平台，用Python、C语言和SQLite数据库开发的通讯程序和底层数据采集程序从汽液平衡釜采集和存储数据，经GUI应用程序，输出可视化界面，实时显示实验数据和趋势线，智能分析数据并给出操作提示；摄像头实时拍摄汽液平衡釜运行情况；通过键盘和鼠标接受用户操作及指令输入；如果温度传感器数据异常，程序将触发现场和远程双重报警，现场蜂鸣器声音报警，通过Email向预设邮箱远程报警；(3)监测结束阶段：通过USB接口连接存储器导出监测数据，经GUI应用程序关闭监测系统，电子调压模块调节到最小，关闭电源指示开关。
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