CN110531662B

CN110531662B - 一种实验室设备实时状态监控系统

Info

Publication number: CN110531662B
Application number: CN201910797084.9A
Authority: CN
Inventors: 邢希学
Original assignee: Beijing Dynaflow Experiment Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dynaflow Experiment Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: CN111750926A; CN110531662A; CN111750926B

Abstract

本发明公开了一种实验室设备实时状态监控系统，包括：若干个设备状态监测器，设置在实验室内设备电源端与实验室电网之间；若干个设施控制器，若干个环境监测器，设置在实验室内；服务器，分别与若干个设备状态监测器、若干个设施控制和若干个环境监测器通讯连接；服务器通过若干个设备状态监测器获取实验室内设备的电压电流状态，服务器通过若干个环境监测器监测实验室内的环境参数，当实验室内环境参数异常时，通过若干个设施控制器开启实验室内设施对实验室内环境进行调控。本发明的实验室设备实时状态监控系统，不仅能实时监控实验室内设备的电流电压，还能监控实验室内环境参数，并控制实验室内设施对环境进行调控。

Description

一种实验室设备实时状态监控系统

技术领域

本发明涉及实验室设备技术领域，具体为一种实验室设备实时状态监控系统。

背景技术

目前，传统的实验室设备实时状态监控系统，不能够对实验室设备的电流和电压信息进行实时监测，不可以及时的发现实验设备短路或电压不稳定等情况，不便于使用者对实验设备进行管理，减少了实验设备的使用寿命，浪费了管理者大量的时间，实用性不强，更不能达到对实验设备周围的环境信息进行了解，不便于使用者对突发情况进行及时的处理，难以保证实验设备使用时的安全性。

发明内容

本发明提供了一种实验室设备实时状态监控系统，不仅能实时监控实验室内设备的电流电压，还能监控实验室内环境参数，并控制实验室内设施对环境进行调控。

本发明提供一种实验室设备实时状态监控系统，包括：

若干个设备状态监测器，设置在实验室内设备电源端与实验室电网之间；用于监测所述实验室内设备的电压电流状态；

若干个设施控制器，用于控制实验室内设施的开启或关闭；所述实验室内设施包括：排风扇、加湿器、空调；

若干个环境监测器，设置在实验室内,用于监测实验室内环境参数；

服务器，分别与若干个所述设备状态监测器、若干个所述设施控制和若干个所述环境监测器通讯连接；

所述服务器用于通过若干个所述设备状态监测器获取实验室内设备的电压电流状态，通过若干个环境监测器监测实验室内的环境参数，当实验室内环境参数异常时，通过若干个所述设施控制器开启实验室内设施，以对实验室内环境进行调控。

可选的，所述设备状态监测器包括：

壳体，

电源输入模块，设置在所述壳体一侧表面，与所述实验室电网连接；

电流电压采集模块，设置在所述壳体内，与所述电源输入模块连接；

开关控制模块，设置在所述壳体内，与所述电流电压采集模块连接；

电源输出模块，设置在所述壳体另一侧表面，分别与所述开关控制模块和所述实验设备连接；

处理器，设置在所述壳体内，分别与所述电流电压采集模块、开关控制模块连接；

报警模块，设置在所述壳体内，与所述处理器连接；

通讯模块，设置在所述壳体内，分别与所述处理器和服务器通讯连接。

可选的，实验室设备实时状态监控系统还包括：若干个图像采集模块，分别与所述服务器通讯连接。

可选的，所述环境监测器包括：温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器和有毒气体传感器中的一种或多种的结合。

可选的，所述报警模块包括：指示灯、蜂鸣器、振动器和扬声器中的一种或多种的结合。

可选的，所述通讯模块包括：3/4G通讯模块、WIFI通讯模块、蓝牙通讯模块、红外通讯模块和LAN通讯模块中的一种或多种的结合。

可选的，实验室设备实时状态监控系统还包括：移动报警终端，与所述服务器通讯连接；

所述移动报警终端包括：

外壳，在所述外壳背面设置有别针，可佩戴在衣物上；

指示灯，设置于所述外壳的正面；

控制器，设置在所述外壳内，与所述指示灯连接；

无线通讯模块，设置在所述外壳内，分别与所述控制器和服务器通讯连接；

在所述控制器通过所述无线通讯模块接收所述服务器发送的报警指令时，所述控制器控制所述指示灯闪烁报警。

可选的，处理器执行的操作步骤包括：

获取实验设备的电流电压；对获取的电流进行采样得到Ai，对获取的电压进行采样得到V_i；当前获取的电流为A_n，当前获取的电压为V_n；

当A_n大于A_x或V_n大于V_X时，控制报警模块工作；其中A_x为预设报警电流；V_X为预设报警电压；

当

大于Ay或

大于Vy时，开始计时并停止对获取的电流电压采样，其中Ay为预设电流波动阈值；Vy为预设电压波动阈值；当

小于等于Ay或

小于等于Vy后，停止计时得到超频时间S1，恢复对获取的电流电压采样；

当超频时间S₁大于S_X时，控制报警模块工作；S_X为预设单次超频阈值；

当再次发生

大于Ay或

大于Vy时，开始计时并停止对获取的电流电压采样，当

小于等于Ay或

小于等于Vy后，停止计时得到超频时间S₂，恢复对获取的电流电压采样；

当超频时间S₂大于S_X时，控制报警模块工作；

依次获得S₃，S₄，……Sn；

当n大于预设值时，控制报警模块工作，n为超频次数；

当

大于Sy时，控制报警模块工作；

获取属于同一种实验设备的L个实验设备的电流记做A_Z1……A_ZL；获取属于同一种实验设备的L个实验设备的电压记做V_Z1……V_ZL；

当A_ZL大于

或V_ZL大于

时，控制报警模块工作；其中，a、b为预设系数。

可选的，开关控制模块包括：

光伏供电光耦，光伏供电光耦的输入端的发光二极管D301的负极接地；

MOS开关电路，MOS开关电路包括两组MOS管，各组MOS管之间并联连接；每一组MOS管包括两个串联的MOS管；其中，两个串联的MOS管的源极相连，漏极分别作为第一输入输出端311和第二输入输出端312；MOS开关电路的所有MOS管的栅极共同连接至输出电路的输出端，源极共同连接至隔离电路的第一输出端；其中，MOS开关电路包括两组MOS管Q1和Q2串联为一组，Q3和Q4串联为另一组；

稳压电路，稳压电路包括第一二极管D321、第二二极管D322、第一三极管VT1、第二三极管VT2、第一电阻R1和第二电阻R2，第一二极管D321和第二二极管D322并联且正极共同连接于12V的供电电源，负极共同连接至第一三极管VT1的发射极；第一三极管VT1的集电极、基极分别连接于第二三极管VT2的基极、发射极，第二三极管VT2的集电极连接于光伏供电光耦的输入端的发光二极管D301的正极；第一电阻R1连接于第一三极管VT1的发射极和基极之间，第二电阻R2连接于第二三极管VT2的基极和地GND之间，稳压电路连接于供电电源和光伏供电光耦的输入端之间；

隔离电路，隔离电路包括第一光耦U1、第二光耦U2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，其中：第一光耦U1的输出端发射极即为该隔离电路的第一输出端，第二光耦U2的输出端集电极即为该隔离电路的第三输出端，第一光耦U1的输出端集电极和第二光耦U2的输出端发射极共同连接形成该隔离电路的第二输出端，第五电阻R5连接于隔离电路的第一输出端和隔离电路的第二输出端之间，第三电阻R3一端连接于第一光耦U1输入端的发光二极管的正极、另一端连接3.3V电压源，第四电阻R4一端连接于第二光耦U2输入端的发光二极管的正极、另一端连接3.3V电压源，光伏供电光耦的两个输出端之间并联有电解电容C1和稳压二极管D1；其中，第一、第三输出端分别连接于光伏供电光耦的两个输出端；

控制电路；包括第一MOS管Q341、第二MOS管Q342、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，其中，第二MOS管Q342的栅极通过第七电阻R7连接于处理器的输出端、第二MOS管Q342的源极接地、第二MOS管Q342的漏极连接于第二光耦U2的输入端的发光二极管负极；第一MOS管Q341的栅极通过第六电阻R6接地，源极接地，漏极连接于第一光耦U1的输入端的发光二极管负极；第一MOS管Q341的栅极和第二MOS管Q342的漏极相连；第八电阻R8连接于第二MOS管Q342的栅极和源极之间；第九电阻R9一端连接于第一MOS管Q341的栅极，另一端连接至第一光耦U1输入端的发光二极管正极的第三电阻R3的第二端，同时，第三电阻R3的第二端还连接至3.3V电压；控制电路连接到隔离电路的输入端；

输出电路，包括第三三极管VT3、第四三极管VT4和第十电阻R10，其中，第三三极管VT3和第四三极管VT4的基极共同连接形成输出电路的驱动端，输出电路的驱动端与隔离电路的第二输出端连接；第三三极管VT3和第四三极管VT4的集电极分别为输出电路的两个输入端，第三三极管VT3的集电极连接于隔离电路的第一输出端，第四三极管VT4的集电极连接于隔离电路的第三输出端；第三三极管VT3和第四三极管VT4的发射极共同连接至第十电阻R10的其中一端，第十电阻R10的另一端即为输出电路的输出端，输出电路的输出端连接至MOS开关电路的所有MOS管的栅极；输出电路具有两个输入端，分别连接隔离电路的第一输出端和第三输出端；输出电路在隔离电路的输出的作用下形成二次输出，产生控制MOS开关电路的MOS管导通或截止的开关信号，以使MOS开关电路的所有MOS管在开关信号的作用下导通或截止。

可选的，服务器需要对电流电压采集模块所采集的电流电压进行分析并于预设值对比，从而判断电流电压是否存在不稳定情况，当出现不稳定情况时通过通讯模块经处理器控制报警模块进行报警，且过程中包括如下步骤；

步骤S1、电流电压采集模块按相同的时间间隔采集M次电流的信息，并将电流存储为电流向量A，M为预设的大于30的整数；

步骤S2、将电流向量A带入下列公式(1)判断电流是否稳定；

其中，μ为判断值，Ai为电流向量A的第i个值，即为第i次采集的电流的值，Ai2为电流向量A的第i2个值，即为第i2次采集的电流的值，当μ大于30％时，说明电流不稳定，则通过通讯模块经处理器控制报警模块进行报警，当μ小于等于30％时进行步骤S3；

步骤S3、电流电压采集模块在不同的时间段内，采集k组电压信息，每组电压信息中按照相同的时间间隔采集N次电压的信息，将电压存储为电压矩阵B，矩阵B含有k行N列，其中k行代表有k组电压信息，N列代表每组信息中都有N次电压信号的采集；

步骤S4、将电压矩阵B代入公式(2)得到电压稳定系数向量U；

K＝max(U₁,U₂,U₃,……,U_s,……,U_k)

(2)

其中，U_s为电压稳定系数向量U的第s个值，也就是第s组电压信息的电压稳定系数，B_s,i为电压矩阵B的第s行i列的值，也就是第s组中第i次测量的电压值，B_s,i2为电压矩阵B的第s行i2列的值，也就是第s组中第i2次测量的电压值，K为判定系数，s＝1、2、3……k,i＝1、2、3……N,i2＝1、2、3……N，当K大于30％时，说明k组电压出现过电压不稳定情况，则通过通讯模块经处理器控制报警模块进行报警，当K小于等于30％时进行步骤S5；

步骤S5、根据电压稳定系数向量U，提取稳定系数向量U中最大值对应的组的电压信息，形成最大电压向量Umax,同时提取稳定系数向量U中最小值对应的组的电压信息，形成最小电压向量Umin；

步骤S6、对最大电压向量Umax和最小电压向量Umin做差分，得到最大差分向量Dmax和最小差分向量Dmin；

步骤S7、利用公式(3)计算组间稳定性；

其中，cy为计算所得组间稳定性，∑D max为对向量Dmax中所有的元素求和，∑Dmin为对向量Dmin中的所有的元素求和，∑D max²为将向量Dmax的所有的元素平方后求和，∑D min²为将向量Dmin的所有的元素平方后求和，将cy的值与t检验表中α＝0.05，n＝2*N的值进行对比，即与t_0.05(2*N)对比，当cy小于等于t_0.05(2*N)，则各组之间的稳定性较强，也就是整体稳定性强，电压没有问题，否则说明各组之间电压不稳定，则通过通讯模块经处理器控制报警模块进行报警。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的一个实施例中一种实验室设备实时状态监控系统的结构原理框图；

图2为本发明的一个实施例中一种设备状态监测器的结构原理框图；

图3为本发明的一个实施例中一种移动报警终端的结构原理框图；

图4为本发明的一个实施例中的开关控制模块的电路图。

图中，1、设备状态监测器；2、设施控制器；3、环境监测器；4、服务器；11、壳体；12、电源输入模块；13、电流电压采集模块；14、电源输入模块；15、电源输出模块；16、处理器；17、报警模块；18、通讯模块；21、外壳；22、指示灯；23、控制器；24、无线通讯模块；30、光伏供电光耦；31、MOS开关电路；32、稳压电路；33、隔离电路；34、控制电路；35、输出电路；311、第一输入输出端；312、第二输入输出端。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中提供一种实验室设备实时状态监控系统；包括：

若干个设备状态监测器1，设置在实验室内设备电源端与实验室电网之间；用于监测所述实验室内设备的电压电流状态；

若干个设施控制器2，用于控制实验室内设施的开启或关闭；所述实验室内设施包括：排风扇、加湿器、空调；

若干个环境监测器3，设置在实验室内,用于监测实验室内环境参数；

服务器4，分别与若干个所述设备状态监测器1、若干个所述设施控制和若干个所述环境监测器3通讯连接；

所述服务器4用于通过若干个所述设备状态监测器1获取实验室内设备的电压电流状态，通过若干个环境监测器3监测实验室内的环境参数，当实验室内环境参数异常时，通过若干个所述设施控制器2开启实验室内设施,以对实验室内环境进行调控。

上述技术方案的工作原理：

所述服务器4通过若干个所述设备状态监测器1获取实验室内设备的电压电流状态，工作人员可以通过终端连接到服务器4上下载和观看实验室内设备的电压电流状态。所述服务器4通过若干个环境监测器3监测实验室内的环境参数，当实验室内环境参数异常时，通过若干个所述设施控制器2开启实验室内设施对实验室内环境进行调控。具体可以为：当检测到湿度低于预设值时，控制加湿器开启对实验室内进行加湿；当温度过高时，开启空调制冷；当温度过低时，开启空调的制热。

上述技术方案的有益效果为：

本发明的实验室设备实时状态监控系统，不仅能实时监控实验室内设备的电流电压，还能监控实验室内环境参数，并控制实验室内设施对环境进行调控。

在一个实施例中，所述设备状态监测器1包括：

壳体11，

电源输入模块12，设置在所述壳体11一侧表面，与所述实验室电网连接；

电流电压采集模块13，设置在所述壳体11内，与所述电源输入模块12连接；

开关控制模块14，设置在所述壳体11内，与所述电流电压采集模块13连接；

电源输出模块15，设置在所述壳体11另一侧表面，分别与所述开关控制模块14和所述实验设备连接；

处理器16，设置在所述壳体11内，分别与所述电流电压采集模块13、开关控制模块14连接；

报警模块17，设置在所述壳体11内，与所述处理器16连接；

通讯模块18，设置在所述壳体11内，分别与所述处理器16和服务器4通讯连接。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

设备状态检测器中的电流电压采集模块13采集实验室设备的电流电压，然后经由处理器16通过通讯模块18发送到服务器4，服务器4存储并显示；当电流或电压发生异常时，服务器4通过通讯模块18发送断开开关的指令到所述处理器16，处理器16接收到所述指令后控制开关控制模块14断开，从而使设备状态检测器中的电源输入模块12和电源输出模块15之间断路，进而断开实验室设备的供电，保证实验室设备的安全；服务器4发送断开开关的指令的同时，服务器4发送报警指令到所述处理器16，所述处理器16接收到报警指令后控制所述报警模块17报警；电流的异常主要为当前电流小于最低安全电流或大于最高安全电流；电压的异常主要为当前电压小于最低安全电压或大于最高安全电压。其中，处理器16可以采用单片机。

在一个实施例中，实验室设备实时状态监控系统还包括：若干个图像采集模块，分别与所述服务器4通讯连接。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

图像采集模块包括摄像头，设置在各个实验室内，摄像头实时采集实验室内的图像并上传至服务器4，服务器4保存并显示；从而实现实验室内影像的实时监控。

为了实现监测环境参数，在一个实施例中，所述环境监测器3包括：温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器和有毒气体传感器中的一种或多种的结合。

为了实现报警，在一个实施例中，所述报警模块17包括：指示灯、蜂鸣器、振动器和扬声器中的一种或多种的结合。

为了实现处理器16与服务器4的数据传输；在一个实施例中，所述通讯模块18包括：3/4G通讯模块、WIFI通讯模块、蓝牙通讯模块、红外通讯模块和LAN通讯模块中的一种或多种的结合。

在一个实施例中，实验室设备实时状态监控系统还包括：移动报警终端，与所述服务器4通讯连接；

所述移动报警终端包括：

外壳21，在所述外壳21背面设置有别针，可佩戴在衣物上；

指示灯22，设置于所述外壳21的正面；

控制器23，设置在所述外壳21内，与所述指示灯22连接；

无线通讯模块24，设置在所述外壳21内，分别与所述控制器23和服务器4通讯连接；

在所述控制器23通过所述无线通讯模块24接收所述服务器4发送的报警指令时，所述控制器23控制所述指示灯22闪烁报警。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

移动报警终端为工作人员离开服务器4显示位置时佩戴，可佩戴在胸前；当控制器通过无线通讯模块24从服务器4接收到报警指令时，控制器控制指示灯进行报警，指示灯可以设置为红蓝LED灯，正常状态为蓝灯；当报警时，显示为红灯；为使更加瞩目，报警时红灯闪烁。通过移动报警终端实现当工作人员因上厕所等事情暂时离开服务器4显示位置时，也能做好监控工作。

在一个实施例中，处理器16执行的操作步骤包括：

当A_n大于A_x或V_n大于V_X时，控制报警模块17工作；其中A_x为预设报警电流；V_X为预设报警电压；

当

大于Ay或

小于等于Ay或

当超频时间S₁大于S_X时，控制报警模块17工作；S_X为预设单次超频阈值；

当再次发生

大于Ay或

大于Vy时，开始计时并停止对获取的电流电压采样，当

小于等于Ay或

当超频时间S₂大于S_X时，控制报警模块17工作；

依次获得S₃，S₄，……Sn；

当n大于预设值时，控制报警模块17工作，n为超频次数；

当

大于Sy时，控制报警模块17工作；

当A_ZL大于

或V_ZL大于

时，控制报警模块17工作；其中，a、b为预设系数。

上述技术方案的工作原理及有益效果：

处理器16通过对设备电流电压的对比，实现及时发现实验设备发生异常。

在一个实施例中，开关控制模块14包括：

光伏供电光耦30，光伏供电光耦30的输入端的发光二极管D301的负极接地；

MOS开关电路31，MOS开关电路31包括两组MOS管，各组MOS管之间并联连接；每一组MOS管包括两个串联的MOS管；其中，两个串联的MOS管的源极相连，漏极分别作为第一输入输出端311和第二输入输出端312；MOS开关电路31的所有MOS管的栅极共同连接至输出电路的输出端，源极共同连接至隔离电路33的第一输出端；其中，MOS开关电路31包括两组MOS管Q1和Q2串联为一组，Q3和Q4串联为另一组；

稳压电路32，稳压电路32包括第一二极管D321和第二D322、第一三极管VT1和第二三极管VT2以及第一R1和第二R2，第一二极管D321和第二D322并联且正极共同连接于12V的供电电源，负极共同连接至第一三极管VT1的发射极；第一三极管VT1的集电极、基极分别连接于第二三极管VT2的基极、发射极，第二三极管VT2的集电极连接于光伏供电光耦30的输入端的发光二极管D301的正极；第一电阻R1连接于第一三极管VT1的发射极和基极之间，第二电阻R2连接于第二三极管VT2的基极和地GND之间，稳压电路连接于供电电源和光伏供电光耦30的输入端之间；

隔离电路33，隔离电路33包括第一光耦U1和第二光耦U2以及第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，其中：第一光耦U1的输出端发射极即为该隔离电路33的第一输出端，第二光耦U2的输出端集电极即为该隔离电路33的第三输出端，第一光耦U1的输出端集电极和第二光耦U2的输出端发射极共同连接形成该隔离电路33的第二输出端，第五电阻R5连接于隔离电路33的第一输出端和隔离电路33的第二输出端之间，第三电阻R3一端连接于第一光耦U1输入端的发光二极管的正极、另一端连接3.3V电压源，第四电阻R4一端连接于第二光耦U2输入端的发光二极管的正极、另一端连接3.3V电压源，光伏供电光耦30的两个输出端之间并联有电解电容C1和稳压二极管D1；其中，第一、第三输出端分别连接于光伏供电光耦的两个输出端；

控制电路34；包括第一MOS管Q341、第二MOS管Q342以及第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9，其中，第二MOS管Q342的栅极通过第七电阻R7连接于处理器16的输出端、第二MOS管Q342的源极接地、第二MOS管Q342的漏极连接于第二光耦U2的输入端的发光二极管负极；第一MOS管Q341的栅极通过第六电阻R6接地，源极接地，漏极连接于第一光耦U1的输入端的发光二极管负极；第一MOS管Q341的栅极和第二MOS管Q342的漏极相连；第八电阻R8连接于第二MOS管Q342的栅极和源极之间；第九电阻R9一端连接于第一MOS管Q341的栅极，另一端连接至第一光耦U1输入端的发光二极管正极的第三电阻R3的第二端，同时，第三电阻R3的第二端还连接至3.3V电压；控制电路34连接到隔离电路的输入端；

输出电路35，包括第三三极管VT3和第四三极管VT4、第十电阻R10，其中，第三三极管VT3和第四三极管VT4的基极共同连接形成输出电路35的驱动端，输出电路35的驱动端与隔离电路的第二输出端连接；第三三极管VT3和第四三极管VT4的集电极分别为输出电路35的两个输入端，第三三极管VT3的集电极连接于隔离电路33的第一输出端，第四三极管VT4的集电极连接于隔离电路33的第三输出端；第三三极管VT3和第四三极管VT4的发射极共同连接至第十电阻R10的其中一端，第十电阻R10的另一端即为输出电路35的输出端，输出电路35的输出端连接至MOS开关电路31的所有MOS管的栅极；输出电路具有两个输入端，分别连接隔离电路的第一输出端和第三输出端；输出电路在隔离电路的输出的作用下形成二次输出，产生控制MOS开关电路31的MOS管导通或截止的开关信号，以使MOS开关电路31的所有MOS管在开关信号的作用下导通或截止。

在光伏供电光耦30、隔离电路33、控制电路34以及输出电路35的相互配合工作下，能够使得整个开关电路的高压部分和低压部分全部隔离，高低压之间都是光信号传输，没有电气连接，有效地保护了控制电路免受储能模块强电信号的干扰；另外，能够达到快速驱动MOS开关单元的MOS导通/截止的效果，最大限度降低开关时延和开关器件发热。

工作时，服务器4需要对电流电压采集模块13所采集的电流电压进行分析并于预设值对比，从而判断电流电压是否存在不稳定情况，当出现不稳定情况时通过通讯模块18经处理器16控制报警模块17进行报警，且过程中包括如下步骤；

步骤S1、电流电压采集模块13按相同的时间间隔采集M次电流的信息，并将电流存储为电流向量A，M为预设的大于30的整数；

对于时间间隔，在电流直流电流时，时间间隔为尽量小的时间间隔，例如0.01秒，当电流为交流电流时，时间间隔为交流电流的交变周期/M；

步骤S2、将电流向量A带入下列公式(1)判断电流是否稳定；

其中，μ为判断值，Ai为电流向量A的第i个值，即为第i次采集的电流的值，Ai2为电流向量A的第i2个值，即为第i2次采集的电流的值，当μ大于30％时，说明电流不稳定，则通过通讯模块18经处理器16控制报警模块17进行报警，当μ小于等于30％时进行步骤S3；

通过公式(1)在不管是交流电还是直流电时，都能够判断电流是否稳定，从而避免了电流电流的不稳定对实验设备造成损害。

步骤S3、电流电压采集模块13在不同的时间段内，采集k组电压信息，每组电压信息中按照相同的时间间隔采集N次电压的信息，将电压存储为电压矩阵B，矩阵B含有k行N列，其中k行代表有k组电压信息，N列代表每组信息中都有N次电压信号的采集；

步骤S4、将电压矩阵B代入公式(2)得到电压稳定系数向量U；

K＝max(U₁,U₂,U₃,……,U_s,……,U_k)

(2)

其中，Us为电压稳定系数向量U的第s个值，也就是第s组电压信息的电压稳定系数，B_s,i为电压矩阵B的第s行i列的值，也就是第s组中第i次测量的电压值，B_s,i2为电压矩阵B的第s行i2列的值，也就是第s组中第i2次测量的电压值，K为判定系数，s＝1、2、3……k,i＝1、2、3……N,i2＝1、2、3……N，当K大于30％时，说明k组电压出现过电压不稳定情况，则通过通讯模块18经处理器16控制报警模块17进行报警，当K小于等于30％时进行步骤S5；

通过公式(2)可以得到K组电压是否在组内均为稳定电压，即每组都不会出现波动过大的情况。

差分的具体公式如下所示；

其中，Dmaxi为最大差分向量Dmax的第i个值，Dmini为最小差分向量Dmin的第i个值，Umaxi最大电压向量Umax的第i个值，Umini最小电压向量Umin的第i个值，i＝1、2、3……N；

步骤S7、利用公式(3)计算组间稳定性；

其中，cy为计算所得组间稳定性，∑D max为对向量Dmax中所有的元素求和，∑Dmin为对向量Dmin中的所有的元素求和，∑D max²为将向量Dmax的所有的元素平方后求和，∑D min²为将向量Dmin的所有的元素平方后求和，将cy的值与t检验表中α＝0.05，n＝2*N的值进行对比，即与t_0.05(2*N)对比，当cy小于等于t_0.05(2*N)，则各组之间的稳定性较强，也就是整体稳定性强，电压没有问题，否则说明各组之间电压不稳定，则通过通讯模块18经处理器16控制报警模块17进行报警。

有益效果：一、技术可以实时监控电流的稳定性，从而当电流出现不稳定情况时，能够自动化的进行报警提醒使用者。

二、技术可以实时监控电压的稳定性，从而当电压出现不稳定情况时，能够自动化的进行报警提醒使用者。

三、对于交变电流，直接通过判断电流的大小的波动来确定稳定性是没有意义的，因为交变电的电流总是不断的变化，而利用公式(1)在不管是交流电还是直流电时，都能够判断电流是否稳定，从而避免了电流的不稳定对实验设备造成损害。

四、对于交变电流，直接通过判断电压的大小的波动来确定稳定性是没有意义的，因为交变电的电压总是不断的变化，而利用公式(2)在不管是交流电还是直流电时，都能够判断电压是否稳定，从而避免了电压的不稳定对实验设备造成损害。

五、对于不同时间段之间，通过取K组数据进行对比，从而能确定不同时间段内的电压是否稳定，且在对比过程中，只取电压稳定系数最大的值对应的电压和电压稳定系数最小的值对应的电压进行计算，从而大幅度减小计算量，且计算差异时，任意两组之间的差异不可能大于最大值和最小值之间的差异，所以组间的稳定性拖通过了最大值和最小值构成的稳定性检验，则任意两组之间的稳定性也没问题，所以降低对比数据不会降低准确率。

六、结果均为计算机计算，从而能大幅度降低计算量。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，包括：

若干个环境监测器，设置在实验室内，用于监测实验室内环境参数；

所述服务器用于通过若干个所述设备状态监测器获取实验室内设备的电压电流状态，通过若干个所述环境监测器监测实验室内的环境参数，当实验室内环境参数异常时，通过若干个所述设施控制器开启实验室内设施，以对实验室内环境进行调控；

所述设备状态监测器包括：

壳体，电流电压采集模块，开关控制模块

所述处理器执行的操作步骤包括：

当

大于Ay或

小于等于Ay或

当超频时间S₁大于S_X时，控制所述报警模块工作；S_X为预设单次超频阈值；

当再次发生

大于Ay或

大于Vy时，开始计时并停止对获取的电流电压采样，当

小于等于Ay或

当超频时间S₂大于S_X时，控制所述报警模块工作；

依次获得S₃，S₄，……Sn；

当n大于预设值时，控制所述报警模块工作，n为超频次数；

当

大于Sy时，控制所述报警模块工作；

当A_ZL大于

或

时，控制所述报警模块工作；其中，a、b为预设系数。

2.如权利要求1所述的实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，所述电源输入模块，设置在所述壳体一侧表面，与所述实验室电网连接；

所述电流电压采集模块，设置在所述壳体内，与所述电源输入模块连接；

所述开关控制模块，设置在所述壳体内，与所述电流电压采集模块连接；

所述电源输出模块，设置在所述壳体另一侧表面，分别与所述开关控制模块和所述实验设备连接；

所述处理器，设置在所述壳体内，分别与所述电流电压采集模块、开关控制模块连接；

报警模块，设置在所述壳体内，与所述处理器连接；

3.如权利要求1所述的实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，还包括：若干个图像采集模块，分别与所述服务器通讯连接。

4.如权利要求1所述的一种实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，所述环境监测器包括：温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器和有毒气体传感器中的一种或多种的结合。

5.如权利要求2所述的一种实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，所述报警模块包括：指示灯、蜂鸣器、振动器和扬声器中的一种或多种的结合。

6.如权利要求2所述的一种实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，所述通讯模块包括：3/4G通讯模块、WIFI通讯模块、蓝牙通讯模块、红外通讯模块和LAN通讯模块中的一种或多种的结合。

7.如权利要求1所述的一种实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，还包括：移动报警终端，与所述服务器通讯连接；

所述移动报警终端包括：

外壳，在所述外壳背面设置有别针，可佩戴在衣物上；

指示灯，设置于所述外壳的正面；

控制器，设置在所述外壳内，与所述指示灯连接；

8.如权利要求2所述的一种实验室设备实时状态监控系统，其特征在于；所述开关控制模块包括：

光伏供电光耦，所述光伏供电光耦的输入端的发光二极管D301的负极接地；

MOS开关电路，所述MOS开关电路包括两组MOS管，各组MOS管之间并联连接；每一组MOS管包括两个串联的MOS管；其中，所述两个串联的MOS管的源极相连，漏极分别作为第一输入输出端和第二输入输出端；所述MOS开关电路的所有MOS管的栅极共同连接至所述输出电路的输出端，源极共同连接至隔离电路的第一输出端；其中，所述MOS开关电路包括两组MOS管Q1和Q2串联为一组，Q3和Q4串联为另一组；

稳压电路，所述稳压电路包括第一二极管D321和第二二极管D322、第一三极管VT1和第二三极管VT2以及第一电阻R1和第二电阻R2，第一二极管D321和第二二极管D322并联且正极共同连接于12V的供电电源，负极共同连接至第一三极管VT1的发射极；第一三极管VT1的集电极、基极分别连接于第二三极管VT2的基极、发射极，第二三极管VT2的集电极连接于光伏供电光耦的输入端的发光二极管D301的正极；第一电阻R1连接于第一三极管VT1的发射极和基极之间，第二电阻R2连接于第二三极管VT2的基极和地GND之间，所述稳压电路连接于供电电源和所述光伏供电光耦的输入端之间；

隔离电路，所述隔离电路包括第一光耦U1和第二光耦U2以及第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，其中：第一光耦U1的输出端发射极即为该隔离电路的所述第一输出端，第二光耦U2的输出端集电极即为该隔离电路的第三输出端，第一光耦U1的输出端集电极和第二光耦U2的输出端发射极共同连接形成该隔离电路的第二输出端，第五电阻R5连接于隔离电路的第一输出端和隔离电路的第二输出端之间，第三电阻R3一端连接于第一光耦U1输入端的发光二极管的正极、另一端连接3.3V电压源，第四电阻R4一端连接于第二光耦U2输入端的发光二极管的正极、另一端连接3.3V电压源，所述光伏供电光耦的两个输出端之间并联有电解电容C1和稳压二极管D1；其中，第一、第三输出端分别连接于所述光伏供电光耦的两个输出端；

控制电路；包括第一MOS管Q341、第二MOS管Q342、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，其中，第二MOS管Q342的栅极通过第七电阻R7连接于所述处理器的输出端、第二MOS管Q342的源极接地、第二MOS管Q342的漏极连接于第二光耦U2的输入端的发光二极管负极；第一MOS管Q341的栅极通过第六电阻R6接地，源极接地，漏极连接于第一光耦U1的输入端的发光二极管负极；第一MOS管Q341的栅极和第二MOS管Q342的漏极相连；第八电阻R8连接于第二MOS管Q342的栅极和源极之间；第九电阻R9一端连接于第一MOS管Q341的栅极，另一端连接至第一光耦U1输入端的发光二极管正极的第三电阻R3的第二端，同时，第三电阻R3的第二端还连接至3.3V电压；所述控制电路连接到所述隔离电路的输入端；

输出电路，包括第三三极管VT3和第四三极管VT4、第十电阻R10，其中，第三三极管VT3和第四三极管VT4的基极共同连接形成所述输出电路的驱动端，所述输出电路的驱动端与所述隔离电路的第二输出端连接；第三三极管VT3和第四三极管VT4的集电极分别为所述输出电路的两个输入端，第三三极管VT3的集电极连接于所述隔离电路的第一输出端，第四三极管VT4的集电极连接于所述隔离电路的第三输出端；第三三极管VT3和第四三极管VT4的发射极共同连接至第十电阻R10的其中一端，第十电阻R10的另一端即为所述输出电路的输出端，所述输出电路的输出端连接至MOS开关电路的所有MOS管的栅极；所述输出电路具有两个输入端，分别连接所述隔离电路的第一输出端和第三输出端。

9.根据权利要求2所述的一种实验室设备实时状态监控系统，其特征在于，所述服务器需要对所述电流电压采集模块所采集的电流电压进行分析并于预设值对比，从而判断所述电流电压是否存在不稳定情况，当出现不稳定情况时通过所述通讯模块经所述处理器控制所述报警模块进行报警，且所述过程中包括如下步骤；

步骤S1、所述电流电压采集模块按相同的时间间隔采集M次电流的信息，并将所述电流存储为电流向量A，M为预设的大于30的整数；

步骤S2、将所述电流向量A代入下列公式(1)判断所述电流是否稳定；

其中，μ为判断值，A_i为电流向量A的第i个值，即为第i次采集的电流的值，A_i2为电流向量A的第i2个值，即为第i2次采集的电流的值，当所述μ大于30％时，说明所述电流不稳定，则通过所述通讯模块经所述处理器控制所述报警模块进行报警，当所述μ小于等于30％时进行步骤S3；

步骤S3、所述电流电压采集模块在不同的时间段内，采集k组电压信息，每组电压信息中按照相同的时间间隔采集N次电压的信息，将所述电压存储为电压矩阵B，矩阵B含有k行N列，其中k行代表有k组电压信息，N列代表每组信息中都有N次电压信号的采集；

步骤S4、将所述电压矩阵B代入公式(2)得到电压稳定系数向量U；

K＝max(U₁,U₂,U₃,……,U_s,……,U_k)

(2)

其中，U_s为电压稳定系数向量U的第s个值，也就是第s组电压信息的电压稳定系数，B_s,i为电压矩阵B的第s行i列的值，也就是第s组中第i次测量的电压值，B_s,i2为电压矩阵B的第s行i2列的值，也就是第s组中第i2次测量的电压值，K为判定系数，s＝1、2、3……k,i＝1、2、3……N,i2＝1、2、3……N，当所述K大于30％时，说明k组电压出现过电压不稳定情况，则通过所述通讯模块经所述处理器控制所述报警模块进行报警，当所述K小于等于30％时进行步骤S5；

步骤S5、根据所述电压稳定系数向量U，提取所述稳定系数向量U中最大值对应的组的电压信息，形成最大电压向量Umax,同时提取所述稳定系数向量U中最小值对应的组的电压信息，形成最小电压向量Umin；

步骤S6、对所述最大电压向量Umax和最小电压向量Umin做差分，得到最大差分向量Dmax和最小差分向量Dmin；

步骤S7、利用公式(3)计算组间稳定性；

其中，cy为计算所得组间稳定性，∑Dmax为对向量Dmax中所有的元素求和，∑Dmin为对向量Dmin中的所有的元素求和，∑Dmax²为将向量Dmax的所有的元素平方后求和，∑Dmin²为将向量Dmin的所有的元素平方后求和，将所述cy的值与t检验表中α＝0.05，n＝2*N的值进行对比，即与t_0.05(2*N)对比，当cy小于等于t_0.05(2*N)，则各组之间的稳定性较强，也就是整体稳定性强，所述电压没有问题，否则说明各组之间电压不稳定，则通过所述通讯模块经所述处理器控制所述报警模块进行报警。