CN112130481A - 一种实验室设备远程监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验室设备远程监控系统，包括实验设备以及分别设置在实验设备上的监控主板、控制模块、传感器采集模块和电源检测模块，同时还包括监控主机、电台收发模块1、电台收发模块2、交换机、手机终端、GPRS模块、UPS电源和服务器，本发明涉及电气设备远程监控技术领域。该实验室设备远程监控系统，可有效提高监控数据的处理效率，保证装置运行稳定可靠，可以在电源断电时提供一段时间的电源供应，以给实验人员留出足够的时间保存数据，避免因断电导致监控数据丢失，能及时地对实验室设备的运行进行调整，同时实现监测与控制，确保实验过程的顺利进行，具有结构设计合理，响应迅速，运行稳定可靠，监控效果好。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备远程监控技术领域，具体为一种实验室设备远程监控系统。
背景技术
传统实验室设备种类多样，由于没有统一的监控系统，因此操作繁琐，实验效率低下。随着科技的进步，要求现代实验室既要方便、及时地对实验设备的运行状况同步进行监督和控制，同时方便实验室设备管理。但由于原有实验设备不具备远程监控功能，既要对实验设备进行便捷的远程管理，同时充分利用实验室现有实验设备，因此，提出一种在现有实验室设备基础上，通过加装传感器，设计监控主板，程序，监控界面，通讯协议，远程服务器等进行升级改造，使得实验相关人员能够随时掌握了解实验进程，并根据情况作出一定控制，这样既能提高对实验情况的把控，同时提高实验人员工作效率，使传统实验室升级成为新型实验室，大大提高了实验室整体运行效率。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种实验室设备远程监控系统，以解决上述背景技术中提出的传统实验室设备种类多样，由于没有统一的监控系统，因此操作繁琐，实验效率低下的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种实验室设备远程监控系统，包括实验设备以及分别设置在实验设备上的监控主板、控制模块、传感器采集模块和电源检测模块，同时还包括监控主机、电台收发模块1、电台收发模块2、交换机、手机终端、GPRS模块、UPS电源和服务器，所述监控主机设置于实验室总控位置，且手机终端为远程监控终端，所述监控主板为一块设备监控电路板，并且将监控主板设置于设备上，同时通过导线将所述监控主板分别与传感器采集模块、控制模块、电台收发模块1和电台收发模块2相连接，一方面负责将传感器采集模块输入的信号经过滤波和计算后，经485总线传输至电台收发模块2，另一方面解析来自电台收发模块2的数据指令，再将控制指令经控制模块对设备进行动作控制，所述电源检测模块的输入端与机电设备的电源线相连接，且电源检测模块的输出端通过导线与监控主板相连接，所述UPS电源和交换机均设置于监控主机的一侧，且监控主机通过交换机接入局域网络或广域网络，所述服务器分别于交换机和手机终端连接。
优选的，所述监控主板采用ARM-CORTEX-M3微控制器，且核心模块包括有电源电路、模拟量输入输出电路、开关量输入输出电路、高速脉冲采集电路、晶振电路、复位电路及JTAG接口，该模块可解析电台经485总线传输过来的控制命令并传输给控制模块，同还能接受来自传感器采集模块的信号并按照通信协议发送至电台模块。
优选的，所述传感器采集模块包括信号变送电路、电流传感器、电压传感器、温度传感器、振动传感器、转速传感器和流量传感器。
优选的，所述控制模块包括数字信号控制模块、模拟量信号控制模块和运动控制模块。
优选的，所述电源检测模块输入端通过导线与设备电源端连接，且电源检测模块输出端与监控主板采集模块相连接，所述电源检测模块可以检测设备总电压和总电流，并将信号传输至所述监控主板。
优选的，所述交换机通过网络接口与监控主机相连接，温湿传感器及烟雾传感器通过单总线通讯接口与监控主板相连接，且监控主机与电台收发模块1，电台收发模块2与监控主板之间均通过RS232或RS485通讯接口连接，所述手机终端通过USB转TTL与GPRS模块连接。
优选的，所述监控主机装载有主控系统软件，且服务器装载有云数据管理软件，所述手机终端装载有手机客户端软件。
优选的，所述UPS电源设置于监控主机上，为监控主机提供电源，停电时给实验人员留出足够时间保存当前数据。
优选的，所述信号变送电路分别采集对应传感器信号并经过滤波后传输至所述监控主板。
优选的，所述运动控制模块包括电机反馈电路和电机驱动电路，且监控主板控制电机驱动电路工作，所述电机反馈电路传送信号给监控主板，实现运动控制电路与监控主板的信息交互，实时调节实验设备电机工作状态，以保证实验设备的正常运行。
优选的，所述监控主板、传感器采集模块、控制模块、电源检测模块均设置在实验设备附近，负责检测和控制实验设备。
优选的，所述监控主板包含ARM-CORTEX-M3微控制器，大大减小了监控主板的体积，增强了本系统模块未来的可扩充性，方便系统升级。
(三)有益效果
本发明提供了一种实验室设备远程监控系统。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该实验室设备远程监控系统，包括实验设备以及分别设置在实验设备上的监控主板、控制模块、传感器采集模块和电源检测模块，同时还包括监控主机、电台收发模块1、电台收发模块2、交换机、手机终端、GPRS模块、UPS电源和服务器，监控主机设置于实验室总控位置，且手机终端为远程监控终端，监控主板为一块设备监控电路板，并且将监控主板设置于设备上，同时通过导线将监控主板分别与传感器采集模块、控制模块、电台收发模块1和电台收发模块2相连接，可实现通过使监控主板采用ARM-CORTEX-M3处理器，且核心模块包括有电源电路、晶振电路、复位电路及JTAG接口的设置，可有效提高监控数据的处理效率，保证装置运行稳定可靠。
(2)、该实验室设备远程监控系统，通过给监控主机提供UPS电源，可以在电源断电时提供一段时间的电源供应，以给实验人员留出足够的时间保存数据，避免因断电导致监控数据丢失，同时便于数据的取出。
(3)、该实验室设备远程监控系统，通过监控主机与服务器、手机终端进行数据交互，同时对传感器模块的信号进行处理，又能通过控制模块控制实验室设备的运行，把远程监视技术和远程控制技术两者结合起来应用到实验室设备上，实现信息的交互，能及时地对实验室设备的运行进行调整，当对实验设备进行远程控制的时候，实验相关人员能实时地掌握实验室各设备的运行情况，同时实现监测与控制，确保实验过程的顺利进行。
(4)、该实验室设备远程监控系统，具有结构设计合理，响应迅速，运行稳定可靠，监控效果好的优点，从而有效的解决了发明在背景技术一项中提出的问题和不足。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的传感器采集模块原理结构示意图；
图3为本发明的控制模块原理结构示意图。
图中：1-监控主机、2-监控主板、3-控制模块、31-数字信号控制模块、32-模拟量信号控制模块、33-运动控制模块、331-电机反馈电路、332-电机驱动电路、4-传感器采集模块、41-信号变送电路、42-电压传感器、43-电流传感器、44-温湿度传感器、45-振动传感器、46-转速传感器、47-流量传感器、5-电源检测模块、6-电台收发模块1、7-电台收发模块2、8-交换机、9-手机终端、10-GPRS模块、11-UPS电源、12-服务器、13-实验设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例提供一种技术方案：一种实验室设备远程监控系统，包括实验设备13以及分别设置在实验设备13上的监控主板2、控制模块3、传感器采集模块4和电源检测模块5，监控主板2采用ARM-CORTEX-M3微控制器，且核心模块包括有电源电路、模拟量输入输出电路、开关量输入输出电路、高速脉冲采集电路、晶振电路、复位电路及JTAG接口，传感器采集模块4包括信号变送电路41、电流传感器42、电压传感器43、温度传感器44、振动传感器45、转速传感器46和流量传感器47，控制模块3包括数字信号控制模块31、模拟量信号控制模块32和运动控制模块33，电源检测模块5输入端通过导线与设备电源端连接，且电源检测模块5输出端与监控主板2采集模块相连接，同时还包括监控主机1、电台收发模块1 6、电台收发模块2 7、交换机8、手机终端9、GPRS模块10、UPS电源11和服务器12，监控主机1设置于实验室总控位置，且手机终端9为远程监控终端，监控主板2为一块设备监控电路板，并且将监控主板2设置于设备上，同时通过导线将监控主板2分别与传感器采集模块4、控制模块3、电台收发模块1 6和电台收发模块2 7相连接，电源检测模块5的输入端与机电设备的电源线相连接，且电源检测模块5的输出端通过导线与监控主板2相连接，UPS电源11和交换机8均设置于监控主机1的一侧，且监控主机1通过交换机8接入局域网络或广域网络，服务器12分别于交换机8和手机终端9连接，交换机8通过网络接口与监控主机1相连接，温湿传感器及烟雾传感器通过单总线通讯接口与监控主板2相连接，且监控主机1与电台收发模块1 6，电台收发模块2 7与监控主板2之间均通过RS485通讯接口连接，手机终端9通过USB转TTL与GPRS模块10连接，监控主机1装载有主控系统软件，且服务器12装载有云数据管理软件，手机终端9装载有手机客户端软件，UPS电源11设置于监控主机1上，为监控主机1提供电源，信号变送电路41分别采集对应传感器信号并经过滤波后传输至监控主板2，运动控制模块33包括电机反馈电路331和电机驱动电路332，且监控主板2控制电机驱动电路332工作，电机反馈电路331传送信号给监控主板2。
监控主板2一方面负责将来电台收发模块2 7的控制信息经过处理发送至控制模块3，另一方面负责接收传感器采集模块4和电源检测模块5的信号并进行计算汇总整理，发送至电台收发模块2 7，控制模块3负责接收监控主板2的控制信号并对实验设备13进行动作控制；电源检测模块5负责检测实验设备13的总电流和电源通断情况并发送至监控主板2，监控主机1一方面负责接收来自监控主板2通过RS485发送至电台收发模块2 7，再经过无线传输至电台收发模块1 6，之后再经过485-USB发送的信息，随后在屏幕上显示，同时上传经交换机8上传至服务器12端，另一方面负责接收来自手机终端9经GPRS模块10无线传输至服务器12，再经交换机8发送过来的控制信号；监控主板2采用ARM-CORTEX-M3系列的STM32微控制器硬件控制系统，并装载有系统软件，服务器12装载有设备云端信息管理软件，手机终端9装载有手机客户端软件，可以多台实验设备13同时与电台收发模块2 7进行无线通信，实现监控主机1同时监控多台实验设备13，实现对传感器信号进行处理，实现调节设备的运转以及与交换机8通信，进而与服务器12和手机终端9远程通信。
本发明中，传感器采集模块4包括信号变送电路41、电压传感器42、电流传感器43、温湿度传感器44、振动传感器45、转速传感器46、流量传感器47，传感器分别负责采集实验设备13的动力部分的电压信号、电流信号、箱体内部温湿度信号、振动平台的振动频率信号、电机转速信号，管道流量信号，各传感器将采集到的信息传送给信号变送电路41，信号变送电路41对各传感器传送过来的信号进行采样、滤波变送输出信息到监控主板2，信号变送电路41对信号进行采样过滤并归一化，方便监控主板2接收并提高了信息的有效性。
本发明，控制模块3包括数字信号控制模块31、模拟信号控制模块32和运动控制模块33，监控主板2控制数字信号控制模块31、模拟信号控制模块32和运动控制模块33工作，数字信号控制模块31负责控制实验设备13上的普通开关动作装置，模拟量信号控制模块32负责控制接收模拟信号的动作装置，运动控制模块33负责控制电机驱动电路332进而控制电机运转，同时还接收来自电机反馈电路331的反馈信号，实现控制模块3与监控主机1和手机终端9的信息交互，实时查看实验设备13的各项数据并调节实验设备13各个实验执行动作和电机工作状态，以保证实验设备13的正常运行，监控主机1可以自身对控制模块3发出工作指令，也可以接收服务器12传送过来的指令进而对控制模块3进行控制，从而实现远程控制。
本发明，GPRS模块10采用E14-TTL100-SMA模块，通过USB转TTL通信模块，实现与服务器12通信。服务器12通过网络接口分别与GPRS模块10和交换机8连接，交换机8通过以太网接口与监控主机1连接，监控主机1通过485转USB与电台收发模块1 6连接，电台收发模块2 7通过RS485与监控主板2连接，温湿度传感器通过单总线与传感器采集模块4连接，以上连接中，除单总线为半双工通信方式，其余皆为全双工通信方式。
使用时，触感器采集模块4将采集到的信号进行变送后经监控主板2处理传输至监控主机1，监控主机1根据输入信号和设定值比较后输出一系列控制信号到实验设备13的控制模块3进行实时调节。同时监控主机1也会将接收到的数据经服务器12发送至手机终端9，手机终端9也可根据该信号对实验设备远程发送控制信号。
本发明可针对实验室若干传统实验设备进行改造升级，加装本发明提出的相应监控装置，在能对实验室设备现场进行监控的基础上的同时，加入物联网的思维，能够远程通过手机端对实验室设备进行实时监控。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
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。
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 (10)
1.一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：包括实验设备(13)以及分别设置在实验设备(13)上的监控主板(2)、控制模块(3)、传感器采集模块(4)和电源检测模块(5)，同时还包括监控主机(1)、电台收发模块1(6)、电台收发模块2(7)、交换机(8)、手机终端(9)、GPRS模块(10)、UPS电源(11)和服务器(12)，所述监控主机(1)设置于实验室总控位置，且手机终端(9)为远程监控终端，所述监控主板(2)为一块设备监控电路板，并且将监控主板(2)设置于设备上，同时通过导线将所述监控主板(2)分别与传感器采集模块(4)、控制模块(3)、电台收发模块1(6)和电台收发模块2(7)相连接，所述电源检测模块(5)的输入端与机电设备的电源线相连接，且电源检测模块(5)的输出端通过导线与监控主板(2)相连接，所述UPS电源(11)和交换机(8)均设置于监控主机(1)的一侧，且监控主机(1)通过交换机(8)接入局域网络或广域网络，所述服务器(12)分别于交换机(8)和手机终端(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述监控主板(2)采用ARM-CORTEX-M3微控制器，且核心模块包括有电源电路、模拟量输入输出电路、开关量输入输出电路、高速脉冲采集电路、晶振电路、复位电路及JTAG接口。
3.根据权利要求1所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述传感器采集模块(4)包括信号变送电路(41)、电流传感器(42)、电压传感器(43)、温度传感器(44)、振动传感器(45)、转速传感器(46)和流量传感器(47)。
4.根据权利要求1所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述控制模块(3)包括数字信号控制模块(31)、模拟量信号控制模块(32)和运动控制模块(33)。
5.根据权利要求1所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述电源检测模块(5)输入端通过导线与设备电源端连接，且电源检测模块(5)输出端与监控主板(2)采集模块相连接。
6.根据权利要求1所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述交换机(8)通过网络接口与监控主机(1)相连接，温湿传感器及烟雾传感器通过单总线通讯接口与监控主板(2)相连接，且监控主机(1)与电台收发模块1(6)，电台收发模块2(7)与监控主板(2)之间均通过RS485通讯接口连接，所述手机终端(9)通过USB转TTL与GPRS模块(10)连接。
7.根据权利要求1所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述监控主机(1)装载有主控系统软件，且服务器(12)装载有云数据管理软件，所述手机终端(9)装载有手机客户端软件。
8.根据权利要求1所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述UPS电源(11)设置于监控主机(1)上，为监控主机(1)提供电源。
9.根据权利要求3所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述信号变送电路(41)分别采集对应传感器信号并经过滤波后传输至所述监控主板(2)。
10.根据权利要求4所述的一种实验室设备远程监控系统，其特征在于：所述运动控制模块(33)包括电机反馈电路(331)和电机驱动电路(332)，且监控主板(2)控制电机驱动电路(332)工作，所述电机反馈电路(331)传送信号给监控主板(2)。
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Application publication date: 20201225 |