CN108320439A - 一种多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，属于实时嵌入式技术领域。本发明包括陀螺仪、温度传感器、湿度传感器、红外传感器、单片机控制模块、显示器、报警器模块、WiFi传输模块、电源模块、用于放置危险品的底托、用于约束危险品容器的支架、数据处理服务器。本发明结构简单，成本低廉，可以根据不同危险品容器的形态动态的调整传感器以适应不同的监控环境，通过定制化监控增加危险品仓库及货架的使用效率，降低单位容积下的存储成本，并且能够实时反馈监控数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，属于实时嵌入式技术领域。
背景技术
随着我国工业生产能力的发展，在工业生产过程中对于一些危险品原料的使用变得越来越常见，使用量越来越大。随着危险品的大量应用，一些危险品事故也层出不穷，如天津化工厂爆炸事件，山东临沂化工厂爆炸事件等。为了能够安全稳定的存储危险品，现在的危险品仓库采用的方式是视频监控+固定危险品存放位置的方法，这种方法既价格高昂，又不能根据不同的库存容量及时的调整危险品的存放方式，不能有效利用仓库容积。并且在监控效率和精度上无法完全满足需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：使用成本相对低廉的传感器阵列实现危险品仓库的实时监控装置。主要是针对使用定制化的传感器阵列对不同规格存储的危险品存储容器进行监控，对存储在危险品仓库内的危险品进行多维度的状态监测及反馈，使得危险品存放更加安全，不稳定因素更加可控。
本发明技术方案是：一种多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，包括陀螺仪1、温度传感器2、湿度传感器3、红外传感器4、单片机控制模块5、显示器6、报警器模块7、WiFi传输模块8、电源模块9、用于放置危险品的底托10、用于约束危险品容器的支架11、数据处理服务器12；
所述陀螺仪1、温度传感器2、湿度传感器3、红外传感器4分别与单片机模块5相连接，单片机模块5分别与显示器6、报警器模块7、WiFi传输模块8、电源模块9相连，WiFi传输模块8与数据处理服务器12相连；所述电源模块9分别与陀螺仪1、温度传感器2、湿度传感器3、红外传感器4、显示器6、报警器模块7、WiFi传输模块8相连。
所述陀螺仪1为六轴陀螺仪MPU6050，设置在用于放置危险品的底托10之上；当放置于用于放置危险品的底托10之上的危险品容器发生倾斜时，六轴陀螺仪1发生轴向倾角转换，陀螺仪1将自身的姿态数据传输给单片机模块5，单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
所述温度传感器2、湿度传感器3均采用非接触式温湿度传感器Si7021-A10，装置于用于放置危险品的底托10之下，用于监测其下方的、置于下层的用于放置危险品的底托10之上的危险品容器的温度和湿度；当温度传感器2、湿度传感器3采集到的温湿度数值超出所设定的范围之后，单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
所述红外传感器4为红外感应模组QT50CM，置于用于约束危险品容器的支架11之上，一个红外传感器模组由发射端和接收端两个终端组成，能在支架上进行水平方向或垂直方向进行调整；当危险品容器发生姿态变换时，红外传感器接收端由接收状态转变为未接收状态，红外传感器将状态转换信号发送回单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
所述电源模块9为SX2106电源模块；SX2106的引脚VIN外接VCC电源，同时经过电容C1后接地；引脚SHDN接电阻R1，电阻R1另一端接电容C2后接地；引脚BST外接电容C3，C3的另一端接电感L1；同时，接口LX也外接入电感L1的同一端；电感L1的另一端接3.3V的电源输出接口与电阻R2，引脚FB外接并联的电阻R2和R3，R2的另一端接3.3V电源输出接口，R3的另一端接电容C4，并接地；电容C4的另一端接3.3V电源输出接口。
所述陀螺仪1为六轴高精度陀螺仪MPU6050；MPU6050芯片的时序输入引脚CLKIN接地，引脚VLOGIC外接VCC电源，同时，引脚CLKIN和引脚VLOGIC通过电容C1相连；引脚AD0、引脚FSYNC对外接地；引脚REGOUT与电容C2相连，电容C2的另一端接地，引脚INT外接至单片机模块5的STC12C5A60S2单片机的P0.0/AD0引脚，引脚SDA外接电阻R1，引脚SCL外接电阻R2，电阻R1，R2的另一端均接地，引脚CPOUT外接电容C4，电容C4的另一端接地，引脚GND对外接地，引脚VDD对外接5V的VCC电源，并通过电容C3接地。
所述单片机模块5为STC12C5A60S2单片机，单片机的P1.0接口外接红外传感器4接收端的输出接口OUT，P1.1接口外接温度/湿度传感器的数据传输接口，VCC接口外接5V电源，P0.0/AD0接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_INT接口，P0.1/AD1接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_SDA接口，P0.2/AD2接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_SCL接口；P4.7/RST接口外接一个复位电路；P4.7/RST接口同时与一个保护电路的极性电容C1，一个用于手动复位的触点开关S1以及一个电阻R1相连，极性电容C1的另一端、触点开关S1的另一端与一个5V的电源相连，电阻R1另一端接地，XTAL1，XTAL2接口向外分别接向两个电容C3和C2，电容C2和C3、接口XTAL1，XTAL2同时还接向晶振Y1，电容C2，C3的另一端接地。
所述数据处理服务器12为小型或中型计算机服务器，接收监控数据和报警信息，并且通过WiFi传输模块8传输阈值信息给单片机模块5用于更新阈值范围数据。
所述温度传感器2、湿度传感器3均为非接触式温湿度传感器Si7021-A10；Si7021-A10芯片的VCC接口外接3.3V电源，GND接口向外接地，DQ接口外接电阻R1，R1的另一端接5V电源，与此同时DQ接口还外接至单片机模块5的STC12C5A60S2单片机的P1.1引脚，与STC12C5A60S2单片机进行温湿度数据的双向传输。
所述红外传感器4为红外感应模组QT50CM；接收端：QT50CM芯片的VCC接口外接5V电源，GND接口向外接地，OUT接口向外接STC12C5A60S2单片机的P1.0引脚，发送端：QT50CM芯片的VCC接口外接5V电源，GND接口向外接地。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，成本低廉，可以根据不同危险品容器的形态动态的调整传感器以适应不同的监控环境，通过定制化监控增加危险品仓库及货架的使用效率，降低单位容积下的存储成本，并且能够实时反馈监控数据；
本发明通过多个传感器多维度的对装置上的危险品进行监控并通过网络模块实时传输到数据处理终端服务器，服务器可以对数据进行分析并报警。能够在较低成本的前提下实时监控并处理危险品的异常状态。
附图说明
图1为本发明整体的连接框图；
图2为六轴陀螺仪的电路连接图；
图3为温湿度传感器的电路图；
图4为带有红外传感器接收端单片机模块电路图；
图5为本发明电源模块电路图；
图6为本发明的一个应用实例的效果图。
图1-6中各标号：1-陀螺仪，2-温度传感器，3-湿度传感器，4-红外传感器，5-单片机模块，6-显示器，7-报警器模块，8-WiFi传输模块，9-电源模块，10-底托，11-支架，12-数据处理服务器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-6所示，一种多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，包括陀螺仪1、温度传感器2、湿度传感器3、红外传感器4、单片机控制模块5、显示器6、报警器模块7、WiFi传输模块8、电源模块9、用于放置危险品的底托10、用于约束危险品容器的支架11、数据处理服务器12；
所述陀螺仪1、温度传感器2、湿度传感器3、红外传感器4分别与单片机模块5相连接，单片机模块5分别与显示器6、报警器模块7、WiFi传输模块8、电源模块9相连，WiFi传输模块8与数据处理服务器12相连；所述电源模块9分别与陀螺仪1、温度传感器2、湿度传感器3、红外传感器4、显示器6、报警器模块7、WiFi传输模块8相连。
进一步的，所述陀螺仪1为六轴陀螺仪MPU6050，设置在用于放置危险品的底托10之上；当放置于用于放置危险品的底托10之上的危险品容器发生倾斜时，六轴陀螺仪1发生轴向倾角转换，陀螺仪1将自身的姿态数据传输给单片机模块5，单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
进一步的，所述温度传感器2、湿度传感器3均采用非接触式温湿度传感器Si7021-A10，装置于用于放置危险品的底托10之下，用于监测其下方的、置于下层的用于放置危险品的底托10之上的危险品容器的温度和湿度；当温度传感器2、湿度传感器3采集到的温湿度数值超出所设定的范围之后，单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
进一步的，所述红外传感器4为红外感应模组QT50CM，置于用于约束危险品容器的支架11之上，一个红外传感器模组由发射端和接收端两个终端组成，能在支架上进行水平方向或垂直方向进行调整；当危险品容器发生姿态变换时，红外传感器接收端由接收状态转变为未接收状态，红外传感器将状态转换信号发送回单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
进一步的，所述电源模块9为SX2106电源模块；SX2106的引脚VIN外接VCC电源，同时经过电容C1后接地；引脚SHDN接电阻R1，电阻R1另一端接电容C2后接地；引脚BST外接电容C3，C3的另一端接电感L1；同时，接口LX也外接入电感L1的同一端；电感L1的另一端接3.3V的电源输出接口与电阻R2，引脚FB外接并联的电阻R2和R3，R2的另一端接3.3V电源输出接口，R3的另一端接电容C4，并接地；电容C4的另一端接3.3V电源输出接口。
进一步的，所述陀螺仪1为六轴高精度陀螺仪MPU6050；MPU6050芯片的时序输入引脚CLKIN接地，引脚VLOGIC外接VCC电源，同时，引脚CLKIN和引脚VLOGIC通过电容C1相连；引脚AD0、引脚FSYNC对外接地；引脚REGOUT与电容C2相连，电容C2的另一端接地，引脚INT外接至单片机模块5的STC12C5A60S2单片机的P0.0/AD0引脚，引脚SDA外接电阻R1，引脚SCL外接电阻R2，电阻R1，R2的另一端均接地，引脚CPOUT外接电容C4，电容C4的另一端接地，引脚GND对外接地，引脚VDD对外接5V的VCC电源，并通过电容C3接地。
进一步的，所述单片机模块5为STC12C5A60S2单片机，单片机的P1.0接口外接红外传感器4接收端的输出接口OUT，P1.1接口外接温度/湿度传感器的数据传输接口，VCC接口外接5V电源，P0.0/AD0接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_INT接口，P0.1/AD1接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_SDA接口，P0.2/AD2接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_SCL接口；P4.7/RST接口外接一个复位电路；P4.7/RST接口同时与一个保护电路的极性电容C1，一个用于手动复位的触点开关S1以及一个电阻R1相连，极性电容C1的另一端、触点开关S1的另一端与一个5V的电源相连，电阻R1另一端接地，XTAL1，XTAL2接口向外分别接向两个电容C3和C2，电容C2和C3、接口XTAL1，XTAL2同时还接向晶振Y1，电容C2，C3的另一端接地。
进一步的，所述数据处理服务器12为小型或中型计算机服务器，接收监控数据和报警信息，并且通过WiFi传输模块8传输阈值信息给单片机模块5用于更新阈值范围数据。
进一步的，所述温度传感器2、湿度传感器3均为非接触式温湿度传感器Si7021-A10；Si7021-A10芯片的VCC接口外接3.3V电源，GND接口向外接地，DQ接口外接电阻R1，R1的另一端接5V电源，与此同时DQ接口还外接至单片机模块5的STC12C5A60S2单片机的P1.1引脚，与STC12C5A60S2单片机进行温湿度数据的双向传输。
进一步的，所述红外传感器4为红外感应模组QT50CM；接收端：QT50CM芯片的VCC接口外接5V电源，GND接口向外接地，OUT接口向外接STC12C5A60S2单片机的P1.0引脚，发送端：QT50CM芯片的VCC接口外接5V电源，GND接口向外接地。
本发明工作原理：
如图2所示，所述陀螺仪1为六轴陀螺仪MPU6050，设置在用于放置危险品的底托10之上；当放置于用于放置危险品的底托10之上的危险品容器发生倾斜时，六轴陀螺仪1发生轴向倾角转换，陀螺仪1将自身的姿态数据传输给单片机模块5，单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
如图3所示，所述温度传感器2、湿度传感器3均采用非接触式温湿度传感器Si7021-A10，装置于用于放置危险品的底托10之下，用于监测其下方的、置于下层的用于放置危险品的底托10之上的危险品容器的温度和湿度；当温度传感器2、湿度传感器3采集到的温湿度数值超出所设定的范围之后，单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
如图4所示，所述红外传感器4为红外感应模组QT50CM，置于用于约束危险品容器的支架11之上，一个红外传感器模组由发射端和接收端两个终端组成，能在支架上进行水平方向或垂直方向进行调整；当危险品容器发生姿态变换时，红外传感器接收端由接收状态转变为未接收状态，红外传感器将状态转换信号发送回单片机模块5启动报警器模块7，使之发生蜂鸣，并更改显示器6文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块8将报警信息传递回至数据处理服务器12中。
本发明数据采集及报警过程，开始于陀螺仪1，温度传感器2，湿度传感器3，红外传感器4执行采集数据过程，采集完成后将数据传输给单片机模块5，单片机模块5确定数据是否处于安全值内。若处于安全值范围，将数据传输回数据处理服务器12，数据处理服务器12将数据存档；若数据不处于安全值范围，激活报警流程：首先启动蜂鸣报警器模块7，在装置上的显示器6上显示报警的详细信息，并通过WiFi传输模块8将报警数据传回数据处理服务器12，激活远程报警流程。数据处理服务器12接收到报警数据后，在服务器端也可以进行远程报警，通知相关系统管理员处理报警信息，同时将报警信息存档，结束远程报警及整个报警流程。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：包括陀螺仪（1）、温度传感器（2）、湿度传感器（3）、红外传感器（4）、单片机模块（5）、显示器（6）、报警器模块（7）、WiFi传输模块（8）、电源模块（9）、用于放置危险品的底托（10）、用于约束危险品容器的支架（11）、数据处理服务器（12）；
所述陀螺仪（1）、温度传感器（2）、湿度传感器（3）、红外传感器（4）分别与单片机模块（5）相连接，单片机模块（5）分别与显示器（6）、报警器模块（7）、WiFi传输模块（8）、电源模块（9）相连，WiFi传输模块（8）与数据处理服务器（12）相连；所述电源模块（9）分别与陀螺仪（1）、温度传感器（2）、湿度传感器（3）、红外传感器（4）、显示器（6）、报警器模块（7）、WiFi传输模块（8）相连。
2.根据权利要求1所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述陀螺仪（1）为六轴陀螺仪MPU6050，设置在用于放置危险品的底托（10）之上；当放置于用于放置危险品的底托（10）之上的危险品容器发生倾斜时，六轴陀螺仪（1）发生轴向倾角转换，陀螺仪（1）将自身的姿态数据传输给单片机模块（5），单片机模块（5）启动报警器模块（7），使之发生蜂鸣，并更改显示器（6）文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块（8）将报警信息传递回至数据处理服务器（12）中。
3.根据权利要求1所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述温度传感器（2）、湿度传感器（3）均采用非接触式温湿度传感器Si7021-A10，装置于用于放置危险品的底托（10）之下，用于监测其下方的、置于下层的用于放置危险品的底托（10）之上的危险品容器的温度和湿度；当温度传感器（2）、湿度传感器（3）采集到的温湿度数值超出所设定的范围之后，单片机模块（5）启动报警器模块（7），使之发生蜂鸣，并更改显示器（6）文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块（8）将报警信息传递回至数据处理服务器（12）中。
4.根据权利要求1所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述红外传感器（4）为红外感应模组QT50CM，置于用于约束危险品容器的支架（11）之上，一个红外传感器模组由发射端和接收端两个终端组成，能在支架上进行水平方向或垂直方向进行调整；当危险品容器发生姿态变换时，红外传感器接收端由接收状态转变为未接收状态，红外传感器将状态转换信号发送回单片机模块（5）启动报警器模块（7），使之发生蜂鸣，并更改显示器（6）文字至警示状态以提醒监管人员报警区域，同时通过WiFi传输模块（8）将报警信息传递回至数据处理服务器（12）中。
5.根据权利要求1所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述电源模块（9）为SX2106电源模块；SX2106的引脚VIN外接VCC电源，同时经过电容C1后接地；引脚SHDN接电阻R1，电阻R1另一端接电容C2后接地；引脚BST外接电容C3，C3的另一端接电感L1；同时，接口LX也外接入电感L1的同一端；电感L1的另一端接3.3V的电源输出接口与电阻R2，引脚FB外接并联的电阻R2和R3，R2的另一端接3.3V电源输出接口，R3的另一端接电容C4，并接地；电容C4的另一端接3.3V电源输出接口。
6.根据权利要求1所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述陀螺仪（1）为六轴高精度陀螺仪MPU6050；MPU6050芯片的时序输入引脚CLKIN接地，引脚VLOGIC外接VCC电源，同时，引脚CLKIN和引脚VLOGIC通过电容C1相连；引脚AD0、引脚FSYNC对外接地；引脚REGOUT与电容C2相连，电容C2的另一端接地，引脚INT外接至单片机模块（5）的STC12C5A60S2单片机的P0.0/AD0引脚，引脚SDA外接电阻R1，引脚SCL外接电阻R2，电阻R1，R2的另一端均接地，引脚CPOUT外接电容C4，电容C4的另一端接地，引脚GND对外接地，引脚VDD对外接5V的VCC电源，并通过电容C3接地。
7.根据权利要求1所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述单片机模块（5）为STC12C5A60S2单片机，单片机的P1.0接口外接红外传感器（4）接收端的输出接口OUT，P1.1接口外接温度/湿度传感器的数据传输接口，VCC接口外接5V电源，P0.0/AD0接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_INT接口，P0.1/AD1接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_SDA接口，P0.2/AD2接口外接陀螺仪MPU6050芯片的MPU_SCL接口；P4.7/RST接口外接一个复位电路；P4.7/RST接口同时与一个保护电路的极性电容C1，一个用于手动复位的触点开关S1以及一个电阻R1相连，极性电容C1的另一端、触点开关S1的另一端与一个5V的电源相连，电阻R1另一端接地，XTAL1，XTAL2接口向外分别接向两个电容C3和C2，电容C2和C3、接口XTAL1，XTAL2同时还接向晶振Y1，电容C2，C3的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述数据处理服务器（12）为小型或中型计算机服务器，接收监控数据和报警信息，并且通过WiFi传输模块（8）传输阈值信息给单片机模块（5）用于更新阈值范围数据。
9.根据权利要求3所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述温度传感器（2）、湿度传感器（3）均为非接触式温湿度传感器Si7021-A10；Si7021-A10芯片的VCC接口外接3.3V电源，GND接口向外接地，DQ接口外接电阻R1，R1的另一端接5V电源，与此同时DQ接口还外接至单片机模块（5）的STC12C5A60S2单片机的P1.1引脚，与STC12C5A60S2单片机进行温湿度数据的双向传输。
10.根据权利要求4所述的多传感器的嵌入式工业危险品实时监控装置，其特征在于：所述红外传感器（4）为红外感应模组QT50CM；接收端：QT50CM芯片的VCC接口外接5V电源，GND接口向外接地，OUT接口向外接STC12C5A60S2单片机的P1.0引脚，发送端：QT50CM芯片的VCC接口外接5V电源，GND接口向外接地。
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|---|---|---|---|---|
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2018
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