CN211454765U - 一种化学实验室智能监测系统 - Google Patents

Abstract

一种化学实验室智能监测系统，包括数据采集系统、无线传输模块、物品定位模块、报警系统、后台管理系统、电源模块和液晶显示屏，其中，数据采集系统和物品定位模块均与微处理器相连，微处理器通过无线传输模块与后台管理系统相连，后台管理系统与报警系统相连；上述各模块均与电源模块相连；还包括与后台管理系统相连的摄像头和液晶显示屏。本实用新型可实现对化学实验室进行全天候监测监控，避免实验人员不在的情况下发生灼伤、烫伤、腐蚀、中毒、火灾、爆炸、触电等事故，提前做好预防预警。

Description

一种化学实验室智能监测系统

技术领域

本实用新型属于实验室人员安全防护技术领域，具体涉及一种化学实验室智能监测系统。

背景技术

化学实验室主要用于实验人员进行各类化学实验研究，其危险源主要有强酸、强碱、易腐蚀性化学药品、部分容器的导电性，以及实验过程中产生的毒害气体、明火等，特别地，一些大型实验由于周期过长且不能中止，造成了人力物力的浪费，该过程中可能造成灼伤、烫伤、腐蚀、中毒、火灾、爆炸、触电等事故，因此对化学实验室环境及实验过程进行实时监测、监控、预警十分重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种化学实验室智能监测系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种化学实验室智能监测系统，包括数据采集系统、物品定位模块、无线传输模块、报警系统、微处理器和后台管理系统，其中，数据采集系统和物品定位模块均与微处理器相连，微处理器通过无线传输模块与后台管理系统相连，后台管理系统与报警系统相连，数据采集系统、物品定位模块、无线传输模块、报警系统、微处理器和后台管理系统均与电源模块相连；后台管理系统还连接有摄像头。

本实用新型进一步的改进在于，数据采集系统包括温度传感器、湿度传感器、毒害气体传感器和烟雾传感器；温度传感器、湿度传感器、毒害气体传感器和烟雾传感器均与微处理器相连。

本实用新型进一步的改进在于，温度传感器型号为DS18B20，湿度传感器型号为HM1500，毒害气体传感器型号分别为MQ135，烟雾传感器型号为MQ2。

本实用新型进一步的改进在于，无线传输模块为型号为USR-LTE-7S4的长距离无线传输模块。

本实用新型进一步的改进在于，物品定位模块包括RFID标签和压力传感器，其中，RFID标签置于毒害化学品底部或物品存放瓶底部；压力传感器置于化学实验室内的存放柜内。

本实用新型进一步的改进在于，声光报警模块包括灯光报警器和声音报警器，灯光报警器和声音报警器均与后台管理系统相连。

本实用新型进一步的改进在于，后台管理系统还连接有液晶显示屏。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型能够实时监测化学实验室的温度、湿度、毒害气体、烟雾等的变化，防止危险发生；通过设置摄像头，能够监测危险点，如明火火源、易触电点等，使得实验人员不在场的情况下也能掌握实验室情况。通过后台管理系统根据设定的阈值，对可能出现的危险进行预测，预防危险的发生，并检测的信号高于设定阈值时，发生声光报警信号。通过设置物品定位模块，能够提醒实验人员将易腐蚀物品或有特殊存放要求的化学试剂及时归位，确保人员安全、物品使用期限与存放安全。本实用新型能够实现对化学实验室进行全天候监测监控，避免实验人员不在的情况下发生灼伤、烫伤、腐蚀、中毒、火灾、爆炸、触电等事故，提前做好预防预警，从而及时发现施工作业过程中潜在的危险因素，实现实时监控和管理。

进一步的，通过设置液晶显示屏，能够时刻获取数据信息，便于实验室人员了解室内状况。

附图说明

图1为本实用新型化学实验室智能监测系统结构示意图。

图2为本实用新型温度传感器的电路原理图。

图3为本实用新型湿度传感器的电路原理图。

图4为本实用新型有害气体传感器的电路原理图。

图5为本实用新型烟雾传感器的电路原理图。

图6为本实用无线传输模块的电路原理图。

图7为本实用电源供电模块的电路原理图。其中，(a)为LM1117系列芯片供电原理图，(b)为)LM2596系列芯片供电原理图，(c)为MP1482系列芯片供电原理图。

图8为本实用液晶显示屏的电路原理图。

图中，1为温度传感器，2为湿度传感器，3为毒害气体传感器，4为烟雾传感器，5为RFID标签，6为压力传感器，7为微处理器，8为无线传输模块，9为后台管理系统，10为声音报警器，11为灯光报警器，12为电源模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

本实用新型的监测系统分设两种模式，即实验人员在场的模式和没有人员在场的模式，实验人员在场时，摄像头只起辅助作用，监控整个化学实验室，某类危险物品没有及时归位时，时间继电器器开始工作，当超过设定时间未归位，声光报警模块发出报警信号至该危险物品放置回原处，压力传感器监测到压力时，声光报警模块发出指令停止报警动作；当没有人员在场时，实验正常进行，此时危险性增大，摄像头切换至对重大危险源的监控，如明火等，该种设置方式既能提高安全性又能节省电源。

参见图1，本实用新型为一种化学实验室智能监测系统，包括数据采集系统，无线传输模块、物品定位模块、报警系统和后台管理系统，数据采集系统和物品定位模块均与微处理器7相连，微处理器7通过无线传输模块8与后台管理系统9相连，后台管理系统9与报警系统相连。数据采集系统、物品定位模块、无线传输模块、报警系统、微处理器7和后台管理系统均与电源模块12相连。

其中，数据采集系统包括温度传感器1、湿度传感器2、毒害气体传感器3和烟雾传感器4，温度传感器1、湿度传感器2、毒害气体传感器3和烟雾传感器4均与微处理器7相连具体的，温度传感器1型号为DS18B20，湿度传感器2型号为HM1500、毒害气体传感器3型号为MQ135，烟雾传感器型4号为MQ2。

其中，数据采集系统主要负责采集化学实验室的环境信息，主要通过温度传感器、湿度传感器、毒害气体传感器和烟雾传感器，采集环境温度、环境湿度、氨气、硫化物、苯系蒸汽、氯气、氰化物、易挥发气体等多种危险有害气体和烟雾等。

所述的温度传感器1采用的DS18B20型温度传感器，单片机在处理信号的过程中，信号太小会使结果不够准确，因此采用电源电压范围较大的LM358系列芯片，其内部的两个运放电路，分别用来采集信号和跟随处理，使得信号能达到稳定的状态，如图2所示。

湿度传感器2采用的HM1500型湿度传感器，在湿度传感器的电路设计中，接入了由运放电路搭建的电压跟随器，使得温度传感器信号稳定输出，受前级电路影响小。再将电压跟随器的输出信号与主控芯片的A/D口相连接，经过内部A/D端口转换即可实现环境湿度的显示，因CPU可自行处理信号，此处只做接口电路，如图3所示。

有害气体传感器3为MQ135气体传感器3，所述MQ135气体传感器3的VCC引脚接5V电源输出端，所述MQ135气体传感器3的GND引脚接地，所述MQ135气体传感器3的DO引脚分两路，一路经电阻R34接5V电源输出端，另一路与MOS场效应管Q2的漏极相接；所述Q2的源极分两路，一路与电阻R35的一端相接，另一路与微控制器的PE15引脚相接；所述MOS场效应管Q2的栅极与电阻R32的一端相接，所述电阻R32的另一端和所述电阻R35的另一端的连接端接3.3V电源输出端，所述MQ135气体传感器3的AO引脚与微控制器的PB1引脚相接，如图4所示。

烟雾传感器4为MQ2烟雾传感器4，所述MQ2烟雾传感器4的VCC引脚接5V电源输出端，所述MQ2烟雾传感器4的GND引脚接地，所述MQ2烟雾传感器4的DO引脚分两路，一路经电阻R21接5V电源输出端，另一路与Q1的漏极相接；所述Q1的源极分两路，一路与电阻R22的一端相接，另一路与微控制器的PD0引脚相接；所述Q1的栅极与电阻R19的一端相接，所述电阻R19的另一端和所述电阻R22的另一端的连接端接3.3V电源输出端，所述MQ2烟雾传感器4的AO引脚与微控制器的PB0引脚相接，如图5所示。

物品定位模块主要用于危险物品的定位存放，物品定位模块包括RFID标签5和压力传感器6，RFID标签5置于毒害化学品底部或有特殊存放要求的物品存放瓶底部；压力传感器6置于化学实验室内的存放柜的每层层架底部，通过检查层架所承受的压力判断物品是否归位。采用RFID标签5，检验甲烷、一氧化碳、液氯等易燃易爆、易挥发有毒类危险物品存放瓶归位是否正确。

其中，无线传输模块主要负责数据采集系统的无线传输，无线传输模块型号为USR-LTE-7S4长距离无线传输模块，无线传输模块选用USR-LTE-7S4，主要分为SIM卡、正常工作检验、网络灯、唤醒装置和USB接口五个部分，SIM卡座芯片的第5、6引脚，分别与USR-LTE-7S4芯片第22、21引脚相连，SIM卡座芯片的第3引脚，与USR-LTE-7S4芯片第23引脚相连，实现数据扩展、复位等功能，使得SIM卡正常工作，当SIM卡未进行正常工作时，唤醒装置自行启动，如图6所示。

声光报警模块包括灯光报警器11和声音报警器10，灯光报警器11和声音报警器10均与后台管理系统9相连。本实用新型中要求该声光报警模块内包括时间继电器，用于压力传感器6的计时和延时报警等。如何设置时间继电器，实现压力传感器6的计时和延时报警是本领域的公知技术。

微处理器7用于存储数据采集系统采集的信号，并将信号经过无线传输模块8发送给后台管理系统9。

后台管理系统9用于预警，当微处理器7发送的信号数据超过阈值时，将启动声光报警模块进行报警，当收到的数据不超过阈值时，则不启动声光报警模块。阈值可以根据实际情况确定。

系统的电源模块12为整个系统提供电源，为满足供电需求，电源均采用典型的稳压芯片将系统电源分为12V、5V、3.3V、3.8V，如图7所示，图(a)为LM1117系列芯片供电原理图，采用LM1117系列芯片实现3.3V输出电压，该系列芯片固定输出3.3V，连接简便，降低成本；图(b)为LM2596系列芯片供电原理图，采用LM2596系列芯片实现12V和5V输出电压，因为LM2596是降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器，固定输出版本有5V、12V，输出效率较高；图(c)为MP1482系列芯片供电原理图，采用MP1482系列芯片实现3.8V输出电压，用于4G无线模块的连接。

进一步的，实验室外安装有摄像头，摄像头为室外用数字高清摄像头。摄像头重点监控实验室外有明火源出现的场所。

后台管理系统9与摄像头相连，还与液晶显示屏相连。

液晶显示屏为LCD240128显示屏，如图8所示，所述LCD240128显示屏的VDD引脚接5V电源输出端，所述LCD240128显示屏的VSS引脚接地，所述LCD240128显示屏的VO引脚与滑动电阻R38的滑动端相接，所述LCD240128显示屏的

引脚、

引脚、

引脚、

引脚和引脚分别与微处理器7的PA2引脚、PA3引脚、PE3引脚、PE4引脚和PA1引脚相接，所述LCD240128显示屏的D0-D7引脚分别与微处理器7的PE12-PE5引脚相接，所述LCD240128显示屏的FS引脚与微处理器7的PE2引脚相接，所述LCD240128显示屏的VOUT引脚与滑动电阻R38的一个固定端相接，所述滑动电阻R38的另一个固定端接地，所述LCD240128显示屏的LEDA与5V电源输出端相接，所述LCD240128显示屏的LEDK接地。本实用新型中设置液晶显示屏便于时刻观察实验室内具体情况，该液晶显示屏根据实验室具体布局，设置在便于查看的地方。

使用时，运行化学实验室智能监测系统，有实验人员在场时，选择模式一：每个传感器开始采集温度、湿度、毒害气体、烟雾数据，同时摄像头进入辅助工作模式，监控整个化学实验室状况，通过无线传输模块传输至后台管理系统，此时后台管理系统开始运行，当某监测数据达到设定阈值或摄像头监测到有危险动作时，后台管理系统启动声光报警模块发出报警信号；或当某类危险物品没有及时归位时，时间继电器器开始工作，当超过设定时间未归位，声光报警模块发出报警信号至该危险物品放置回原处，压力传感器6监测到压力时，声光报警模块发出指令停止报警动作。

当没有实验人员在场时，选择模式二：每个传感器开始采集数据，摄像头进入工作模式，此时摄像头重点监控实验室外有明火源出现的场所，通过无线传输模块传输至后台管理系统，当某监测数据达到设定阈值或摄像头监测到火源时，后台管理系统启动报警系统发出报警信号。

本实用新型中的阈值及液晶显示屏位置是根据环境条件以及实际需要进行设定的。

Claims (7)

1.一种化学实验室智能监测系统，其特征在于，包括数据采集系统、物品定位模块、无线传输模块、报警系统、微处理器(7)和后台管理系统，其中，数据采集系统和物品定位模块均与微处理器(7)相连，微处理器(7)通过无线传输模块(8)与后台管理系统(9)相连，后台管理系统(9)与报警系统相连，数据采集系统、物品定位模块、无线传输模块、报警系统、微处理器(7)和后台管理系统均与电源模块(12)相连；后台管理系统(9)还连接有摄像头。

2.根据权利要求1所述的一种化学实验室智能监测系统，其特征在于，数据采集系统包括温度传感器(1)、湿度传感器(2)、毒害气体传感器(3)和烟雾传感器(4)；温度传感器(1)、湿度传感器(2)、毒害气体传感器(3)和烟雾传感器(4)均与微处理器(7)相连。

3.根据权利要求2所述的一种化学实验室智能监测系统，其特征在于，温度传感器(1)型号为DS18B20，湿度传感器(2)型号为HM1500，毒害气体传感器(3)型号分别为MQ135，烟雾传感器(4)型号为MQ2。

4.根据权利要求1所述的一种化学实验室智能监测系统，其特征在于，无线传输模块为型号为USR-LTE-7S4的长距离无线传输模块。

5.根据权利要求1所述的一种化学实验室智能监测系统，其特征在于，物品定位模块包括RFID标签(5)和压力传感器(6)，其中，RFID标签置于毒害化学品底部或物品存放瓶底部；压力传感器置于化学实验室内的存放柜内。

6.根据权利要求1所述的一种化学实验室智能监测系统，其特征在于，声光报警模块包括时间继电器、灯光报警器(11)和声音报警器(10)，灯光报警器(11)和声音报警器(10)均与时间继电器相连，灯光报警器(11)和声音报警器(10)还均与后台管理系统(9)相连。

7.根据权利要求1所述的一种化学实验室智能监测系统，其特征在于，后台管理系统(9)还连接有液晶显示屏。

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