CN206920379U - 基于wifi的实验室多点氢气无线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，包括探测器节点、无线路由器和上位机，探测器节点内有采用发明专利CN104777197A所公开氢敏元件作为氢气传感器，结合环境温度及湿度因素对实时检测的氢气浓度进行修正校准，多点氢气无线检测系统设置为在实验室氢气瓶、管道连接与仪器腔体输入口等多处放置探测器节点，为解决多节点带来的布线复杂化问题，还采用无线路由器组建由探测器节点构成的无线通信局域网络，无线路由器与上位机之间是有线或无线通信，上位机可远程监控各探测器节点，不间断电源充放电方式可为各探测器节点提供电能。有利于精准迅速的找到氢气泄漏点，有利实验人员的安全作业。
Description
技术领域
本实用新型涉及基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，属氢气浓度传感与测控仪器技术领域。
背景技术
氢气是一种无色无味的气体，属于可再生绿色能源，且无污染、能量密度大、应用面广，越来越受到人们的青睐，在化工、航天、军工、新能源等多行业得到广泛应用。但氢气属于易燃易爆气体，在使用过程中需要严格控制，防止泄露，所以研究高性能的氢气传感器及其检测装置十分重要。特别在实验室中，由于安全防护措施相对薄弱，对于氢气的泄露检测就显得尤为重要；另一方面，氢气的泄露还会造成所测得的氢敏响应度等数据不准，影响实验进展。
现有市场上用于检测氢气的传感器主要有：半导体型氢气传感器、催化燃烧型氢气传感器、电化学型氢气传感器和光学型氢气传感器等。但这些类型的氢气传感器均存在诸多技术问题，或并不适合于安装在实验室中。实际应用中的氢气传感器以及实验室氢气检测系统还存在以下缺点：（1）不能在宽的氢气浓度范围内产生与氢敏浓度呈线性关系的响应，灵敏度不够高、响应时间长；（2）不能很好地解决温度、湿度等对所测氢气浓度的影响；（3）现有的半导体型氢气传感器测试仪不能解决电阻匹配问题，手动匹配电阻过于麻烦；（4）检测节点较少，一般仅是对氢气瓶周围的氢气泄露情况进行检测，但输气管道连接处、仪器氢气入口等位置，都有气体泄露可能，这些泄漏还会对影响到实验数据测量准确度；（5）现有的多点氢气泄露检测与信号采集系统线路冗繁，有线监控距离短等问题。
中国发明专利《一种氧化钼纳米带/石墨烯复合材料及其在制备氢气敏感元件方面的应用》（CN104777197A）所制备的氢气敏感元件在室温下，对低浓度1000ppm（0.1%体积分数）氢气的响应时间仅为10.6s，灵敏度约为95%，表现出高灵敏、快速响应和回复时间短的优点。是现有快速多点检测氢气浓度的首选传感器。
由于氢气在空气中扩散速度较慢，而且氢气分子质量只有空气的1/14，是密度最小的气体，氢气泄露后会往上升，导致泄漏气体在空间分布不均匀，因此有必要设计多个节点，通过报警，可以及时的找出泄漏点。现有的多节点采集系统线路太多，布线复杂，监控距离短，设计无线供电和无线数据传输。
发明内容
本实用新型的目的是针对背景技术所述问题，提供基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，包括探测器节点、无线路由器和上位机，探测器节点内有采用发明专利CN104777197A所公开氢敏元件作为氢气传感器，结合环境温度及湿度因素对实时检测的氢气浓度进行修正校准，多点氢气无线检测系统设置为在实验室氢气瓶、管道连接与仪器腔体输入口等多处放置探测器节点，为解决多节点带来的布线复杂化问题，还采用无线路由器组建由探测器节点构成的无线通信局域网络，无线路由器与上位机之间是有线或无线通信，上位机可远程监控各探测器节点，不间断电源充放电方式可为各探测器节点提供电能。有利于精准迅速的找到氢气泄漏点，有利实验人员的安全作业。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，包括至少三个探测器节点、一个无线路由器和一台上位机；所述无线路由器用于组建由所述探测器节点构成的无线通信局域网络，无线路由器与上位机之间是有线或无线通信，所述上位机用于远程监控各探测器节点；其特征在于：
所述探测器节点包括：微控制器、氢气传感器、温湿度传感器、OLED显示屏、蜂鸣器和LED声光报警装置、WIFI模块、不间断电源和充放电模块；所述氢气传感器和温湿度传感器的输出端与微控制器输入端直接相连，所述OLED显示屏、蜂鸣器和LED声光报警装置、WIFI模块分别与微控制器输出端连接；所述温湿度传感器用于采集环境温湿度；微控制器用于实时采集、计算所检测到的氢气浓度和环境温湿度值，并结合环境温湿度因数得出氢气浓度修正值，再通过OLED显示屏实时显示氢气浓度修正值，当氢气浓度大于限定值时，微控制器启动蜂鸣器和LED声光报警装置发出报警信号；
微控制器还通过WIFI模块以及无线路由器将氢气浓度修正值传送至上位机。
如上所述基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，其特征在于：所述探测器节点的安装位置是：提供气源的每个氢气瓶旁边放置一个探测器节点、与氢气瓶连接的每条管道的出气口处放置一个探测器节点、进行试验的每个样品腔的进气口放置一个探测器节点。
如上所述基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，其特征在于：所述各探测器节点与上位机处于无线路由器建立的同一个局域网内。
本实用新型有益效果是：
⑴多个节点探测器能够精准迅速的找到氢气泄漏点，即使某个节点出现故障，其他的探测器也能在规定时间内检测到该处；
⑵无线节点上微控制器与氢气传感器直接相连，不需要外置AD模数转换器，减小节点板载空间；采用模拟开关自动匹配电阻，免去手动换电阻的繁琐并使所测数据误差更小；
⑶本实用新型是基于已获授权的发明专利CN104777197A所公开的氢敏元件，结合环境温度及湿度因素对实时检测的氢气浓度进行温度补偿，使得所测的氢气浓度更加准确；
⑷各探测器节点供电采用3.7V锂离子电池供电，数据传输为无线WIFI模块，解决有线数据传输线路冗杂带来的问题，无线WIFI模块有外置IPEX天线，使相互之间信号抗干扰性更强。
附图说明
图1是本实用新型实施例“基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统”在具有三套试验装置的实验室内分布示意图；
图2是本实用新型实施例“基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统”结构原理图；
图3是单个探测器节点内部结构框图；
图4是单个氢气传感器的AD采样电路原理图。
附图中标记说明：1—氢气瓶，2—氢气瓶出气口，3—出气口处探测器节点，4—管道连接口，5—连接口处探测器节点，6—氢气实验腔输气口，7—输气口处探测器节点，8—氢气实验腔，12—无线路由器，13—上位机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明：
如附图1~3所示，作为本实用新型基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统的一个实施例，设定实验室中有三套用气的试验仪器，包括九个探测器节点、一个无线路由器和一台上位机。其中：提供气源的每个氢气瓶1旁边放置一个探测器节点、与氢气瓶1连接的每条管道连接口4处放置一个探测器节点、进行试验的每个氢气试验腔输气口6处放置一个探测器节点。九个探测器节点可保证这三套试验仪器同时安全的工作。
如图1所示，各氢气瓶1给氢气实验腔8供气的路线是：氢气瓶1出气口连接管道，管道通过管道连接口4到胶管，再由胶管输入到氢气实验腔8内，做氢气气敏元件特性实验或其它需要用氢气的试验时，如果试验中发生氢气泄漏，泄漏点周围的探测器节点会发生声光报警，这样便可迅速的查找是哪处发生了气体泄漏并尽快修复以免影响实验进展和安全。
如图2所示，本实用新型实施例中，系统的结构包括9个探测器节点、无线路由器12、上位机13。所述无线路由器12用于组建由所述探测器节点构成的无线通信局域网络，无线路由器12与上位机13之间也是无线通信，所述上位机13用于远程监控各探测器节点。各探测器节点上的数据通过无线传输发送到上位机13上显示，即使不在实验室内也能通过上位机13远程进行监控，免去了多探测器节点布线的麻烦。
如图3所示为各探测器节点内部电路结构示意图，本实用新型实施例中，探测器节点包括：STM32微控制器、氢气传感器、SHT11温湿度传感器、OLED液晶显示屏、氢气浓度报警、WIFI模块、具有不间断电源功能的电源及充电稳压电路。所述氢气传感器和温湿度传感器的输出端与微控制器输入端直接相连，所述OLED显示屏、蜂鸣器和LED声光报警装置、WIFI模块分别与微控制器输出端连接；所述温湿度传感器用于采集环境温湿度；微控制器用于实时采集、计算所检测到的氢气浓度和环境温湿度值，并结合环境温湿度因数得出氢气浓度修正值，再通过OLED显示屏实时显示氢气浓度修正值，当氢气浓度大于限定值时，微控制器启动蜂鸣器和LED声光报警装置发出报警信号。由于OLED液晶显示屏实时显示氢气浓度值和温湿度值，使实验室内的操作人员有个更直观的交互界面。
另一方面，氢气传感器探头检测到氢气浓度，将数据传给微控制器，微控制器再将数据传给WIFI模块，通过WIFI信号发送给无线路由器12，再通过无线路由器传送给上位机13，这样一来，非实验室内的工作人员还可通过上位机13可以知道并记录到各实验室内每个探测器节点的状况。具备了安全制度所需的监测数据可追溯性要求。
如图4所示的氢气传感器AD采样电路， STM32微控制器直接采样传感器与匹配电阻中间点，其中左边H2模块是一边四个脚的排针，用于放置基于发明专利CN104777197A所公开的氢敏元件所制作的探头，传感器探头一边接地一边接到模拟开关输出端，即右边CD4051， CD4051模块相当于一个三八译码器，八个输入端分别接上不同阻值的匹配电阻，电阻另一端接电源正，电阻有100 -1GΩ八个档，通过模拟开关上的A、B、C三个电平IO口来控制传感器与哪个档的匹配电阻接一起。
本实用新型基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，采用多个探测器节点，能够精准迅速的找到氢气泄漏点，即使某个节点出现故障，其他的探测器也能在规定时间内检测到该处；无线节点上微控制器与氢气传感器直接相连，不需要外置AD模数转换器，减小节点板载空间；采用模拟开关来自动匹配电阻，免去了手动换电阻的繁琐并使所测数据误差更小；本实用新型是基于已获授权的发明专利CN104777197A所公开的氢敏元件，结合环境温度及湿度因素对实时检测的氢气浓度进行温度补偿，使得所测的氢气浓度更加准确；各探测器节点供电采用3.7V锂离子电池供电，数据传输为无线WIFI模块，解决有线数据传输线路冗杂带来的问题，无线WIFI模块有外置IPEX天线，使相互之间信号抗干扰性更强。
以上仅为本实用新型的实施例，但并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，包括至少三个探测器节点、一个无线路由器和一台上位机；所述无线路由器用于组建由所述探测器节点构成的无线通信局域网络，无线路由器与上位机之间是有线或无线通信，所述上位机用于远程监控各探测器节点；其特征在于：
所述探测器节点包括：微控制器、氢气传感器、温湿度传感器、OLED显示屏、蜂鸣器和LED声光报警装置、WIFI模块、不间断电源和充放电模块；所述氢气传感器和温湿度传感器的输出端与微控制器输入端直接相连，所述OLED显示屏、蜂鸣器和LED声光报警装置、WIFI模块分别与微控制器输出端连接；所述温湿度传感器用于采集环境温湿度；微控制器用于实时采集、计算所检测到的氢气浓度和环境温湿度值，并结合环境温湿度因数得出氢气浓度修正值，再通过OLED显示屏实时显示氢气浓度修正值，当氢气浓度大于限定值时，微控制器启动蜂鸣器和LED声光报警装置发出报警信号；
微控制器还通过WIFI模块以及无线路由器将氢气浓度修正值传送至上位机。
2.如权利要求1所述基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，其特征在于：所述探测器节点的安装位置是：提供气源的每个氢气瓶旁边放置一个探测器节点、与氢气瓶连接的每条管道的出气口处放置一个探测器节点、进行试验的每个样品腔的进气口放置一个探测器节点。
3.如权利要求1所述基于WIFI的实验室多点氢气无线检测系统，其特征在于：所述各探测器节点与上位机处于无线路由器建立的同一个局域网内。
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Cited By (2)
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| CN116164243A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-05-26 | 北京理工大学 | 一种氢泄漏检测定位系统及方法 |
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