實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

張喜鴻

摘 要：我國根據(jù)國內(nèi)外監(jiān)控平臺的發(fā)展理念，提出了一種比較全新的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控平臺的設(shè)計方案。運(yùn)用嵌入式的方法來降低成本，設(shè)計過程中引用了模塊化方式，并引入警報制度，運(yùn)用開放性的思路對軟件和硬件進(jìn)行設(shè)計，創(chuàng)建一個實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控平臺。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室；環(huán)境監(jiān)控平臺；設(shè)計

中圖分類號：S163 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415023

引言

實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境監(jiān)控平臺是十分重要的，本文從實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控平臺的發(fā)展現(xiàn)狀入手，對實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)的定義進(jìn)行了描述，并對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的設(shè)計進(jìn)行一個全面的介紹，不斷完善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控平臺。

1 實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控平臺的現(xiàn)狀

1.1 外國實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控平臺的發(fā)展現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控平臺起源于歐美國家，該平臺在各種供應(yīng)商以及電信運(yùn)營商的推動之下，推出了各種比較先進(jìn)的應(yīng)用，這種應(yīng)用對整個實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控平臺設(shè)計有著比較深遠(yuǎn)的意義。美國在使用這種平臺的時候充分吸取了移動電話網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，然后再結(jié)合杰爾系統(tǒng)的優(yōu)勢，就可以實(shí)現(xiàn)全面的視頻監(jiān)控，監(jiān)控過程會應(yīng)用大量數(shù)據(jù)，將智能監(jiān)控服務(wù)輸送到手機(jī)上，整個監(jiān)控方案能夠在有線和無線的方式下進(jìn)行監(jiān)控。日本在使用這種平臺的時候，將手機(jī)移動服務(wù)優(yōu)勢進(jìn)行很好的利用，推出了一種比較先進(jìn)的模式，這種模式能夠在遠(yuǎn)程條件下運(yùn)用手機(jī)對家電進(jìn)行控制，充分展現(xiàn)了人和機(jī)器之間的遠(yuǎn)程控制。另外，日本還運(yùn)用因特網(wǎng)和手機(jī)推出一種新型的監(jiān)視攝像頭[1]。這個設(shè)備使用的感光器非常好，像素也比較好，數(shù)碼變焦在2倍范圍內(nèi)，能夠拍攝高度清晰的畫面。內(nèi)部還具有一種主動防御的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)遇到任何動靜時都會發(fā)生警報，將盜賊嚇跑。裝置上還有麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，通過麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器能夠和盜賊之間進(jìn)行談判。除過這些，日本研發(fā)出生物認(rèn)證，根據(jù)生物認(rèn)證自主研發(fā)出一種系統(tǒng)能夠?qū)﹂T進(jìn)行自動識別，這種系統(tǒng)一般安裝在攝像機(jī)的入口處，當(dāng)有人進(jìn)入大門的時候，系統(tǒng)會對來人進(jìn)行識別，如果識別是公寓居民大門就會自動打開，如果識別不是公寓居民，大門就不會打開，整個識別時間控制在1s，非常節(jié)省時間。

1.2 我國實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控平臺的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)，實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控平臺在我國的發(fā)展還比較緩慢，這種原因的出現(xiàn)主要是缺乏資金的投入，開發(fā)技術(shù)在短期時間內(nèi)也沒有發(fā)展成熟。前期階段主要是對一些分散的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，比如說可視對講系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)就屬于比較分散的智能控制系統(tǒng)。在通訊技術(shù)和各種集成技術(shù)的不斷改進(jìn)之下，各個系統(tǒng)之間逐漸實(shí)現(xiàn)了信息共享，系統(tǒng)的整個安裝也越來越方便，使用起來也比較便捷。近幾年，我國的數(shù)字化家庭系統(tǒng)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并逐漸向微軟方面發(fā)展，給數(shù)字家庭系統(tǒng)開拓了一個比較廣泛的市場，比較具有代表性的就是海信數(shù)字家庭系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在世界同行業(yè)當(dāng)中是唯一一個使用數(shù)字家庭媒體中心的產(chǎn)品。截止現(xiàn)在，我國高等院校里邊的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備相對來說比較集中，實(shí)驗(yàn)室里邊的人員比較擁擠，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測的時候都是以煙感和溫度為主，同時還需要人工巡視來配合，管理的主要對象是試驗(yàn)設(shè)備，整個設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境受到一定的限制，因此花費(fèi)的成本比較高精確度非常低，檢測的時候一定要對實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境進(jìn)行判斷，看是否會對人體健康造成影響。傳統(tǒng)的方法已經(jīng)無法滿足應(yīng)用要求，所以急需開發(fā)一種可靠系數(shù)比較高的監(jiān)控系統(tǒng)。

2 實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)的含義

計算機(jī)技術(shù)在不斷發(fā)展的狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的各項(xiàng)設(shè)備也需要及時更新，人們對實(shí)驗(yàn)室的重視程度也越來越高，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室環(huán)境的好壞和實(shí)驗(yàn)室的安全和運(yùn)行息息相關(guān)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境一旦不好，還會威脅實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部人員的健康。一般情況下來說在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中實(shí)施智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室智能系統(tǒng)，各個設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)相互之間的協(xié)作和操作。實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的智能系統(tǒng)存在很多的功能，可以進(jìn)行溫度監(jiān)測和濕度監(jiān)測以及二氧化碳監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)室的溫度監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)室日常的工作條件和設(shè)備運(yùn)行息息相關(guān)，對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的溫度進(jìn)行監(jiān)測是實(shí)驗(yàn)室檢測系統(tǒng)當(dāng)中比較重要的一個環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的濕度監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的設(shè)備運(yùn)行和工作條件也密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部對濕度進(jìn)行檢測也是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境維護(hù)的重要方法。除此之外，實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中還需要對二氧化碳的濃度進(jìn)行檢測，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室內(nèi)部一旦二氧化碳的濃度過高，會給工作人員的身心健康造成很大的威脅，導(dǎo)致工作效率十分低下，因此實(shí)驗(yàn)室里邊一定要加強(qiáng)二氧化碳的檢測力度[2]。

3 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控平臺的設(shè)計

3.1 溫度傳感器的設(shè)計

溫度傳感器具備的特性比較多，只需要1個接口就可以實(shí)現(xiàn)通信，可以讓檢測應(yīng)用進(jìn)行簡化。如果不想使用外部元件的時候，可以運(yùn)用數(shù)據(jù)線來代替供電，供電的時候不用準(zhǔn)備備份電源。整個測量范圍也會逐漸遞增，華氏溫度范圍也會不斷增加。對溫度告警進(jìn)行設(shè)置的時候要根據(jù)用戶的非易失性來進(jìn)行，對極限之外器件進(jìn)行編制的時候要運(yùn)用告警搜索命令進(jìn)行識別，應(yīng)用范圍比較廣泛，通常在工業(yè)系統(tǒng)當(dāng)中和消費(fèi)類產(chǎn)品當(dāng)中都會進(jìn)行運(yùn)用。如果接口是單線接口，各系哪個操作沒有建立好之前就不能進(jìn)行控制操作。主機(jī)的操作必須保持在5個種類之上，這些命令如果對各個器件上面的激光部分進(jìn)行操作的時候，如果出現(xiàn)了好多器件，這個時候就需要選擇一個比較有特色的器件，并對主機(jī)上面的各個器件執(zhí)行控制操作，給主機(jī)創(chuàng)造6種控制操作命令。其中一個操作命令就可以完成溫度測量，完成之后將結(jié)果存儲起來，然后再進(jìn)行存儲器操作，并讀出其中的結(jié)果。

3.2 濕度傳感器

濕度傳感器是在比較獨(dú)特的工藝下設(shè)計的電容原件，可以進(jìn)行大量的生產(chǎn)，還可以將這種技術(shù)運(yùn)用到辦公自動化當(dāng)中，能夠?qū)噹麅?nèi)部的空氣質(zhì)量進(jìn)行控制[3]。還可以相應(yīng)的進(jìn)行濕度補(bǔ)償，濕度傳感器具備一種互換性，可以在長期飽和的狀態(tài)下以最快速度進(jìn)行脫濕，在環(huán)境比較標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)下也不需要校正?？梢詫Σǚ暹M(jìn)行自動化焊接，可靠性和穩(wěn)定性非常強(qiáng)，結(jié)構(gòu)上采用固態(tài)聚合物，在線性電壓和輸出回路頻率上都可以進(jìn)行應(yīng)用，時間反應(yīng)上非常快速，圖1可以顯示出相對濕度正常范圍在0.1%～100%RH，電容量從163PF上升到200PF，誤差范圍控制在±2%PF以下，響應(yīng)時間控制在5S以下，溫度系數(shù)達(dá)到了0.039F/℃，從這里可以看出精度還是非常的。

4 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的主要設(shè)計

4.1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計

實(shí)驗(yàn)室智能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的內(nèi)容是對系統(tǒng)硬件進(jìn)行必要的設(shè)計，專業(yè)度比較高的系統(tǒng)軟件設(shè)計具備分析能力，并在進(jìn)行分析的時候確定功能目標(biāo)，設(shè)計的時候一定要進(jìn)行調(diào)試保留充足的自由度，對硬件進(jìn)行設(shè)計的時候，需要充分考慮軟件開發(fā)問題，一定要保證硬件和軟件開發(fā)相互協(xié)調(diào)，對軟件的設(shè)計要正確簡明，克服在硬件基礎(chǔ)上對軟件進(jìn)行開發(fā)的難度。硬件系統(tǒng)中對系統(tǒng)存儲器進(jìn)行分配的時候，一定要充分 考慮軟件安全系數(shù)，系統(tǒng)存儲器主要分為2個程序區(qū)，分別是應(yīng)用和引導(dǎo)，用Flash存儲器來舉個例子，這種存儲器往往具備一個比較獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間，讀寫的時候根據(jù)音節(jié)來進(jìn)行，進(jìn)行訪問的時候也由各個寄存器來決定。因?yàn)檫@種存儲器本身的容量非常小，所以必須在儲電后保留數(shù)據(jù)和代碼。

4.2 人機(jī)交互接口的設(shè)計

對液晶顯示進(jìn)行設(shè)計的時候，需要比較小的微處理系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)能夠很好的控制驅(qū)動。選擇字型需要內(nèi)部將文字和畫面糅合在一起[4]。

4.3 鍵盤設(shè)計

對鍵盤進(jìn)行設(shè)計的時候需要將其設(shè)計成矩陣鍵盤。確保無按鍵在閉合狀態(tài)下可以是開路模式，當(dāng)有鍵在閉合狀態(tài)下，保證相連的口線之間能夠處于短路狀態(tài)，對有無按鍵盤進(jìn)行判斷的時候先將置列線放在輸入狀態(tài)，再從行線之間輸出一個比較高的電平，然后再將行線數(shù)據(jù)讀出來，如果有一個列線安裝的高電平， 就證明這個列線上有鍵閉合。將置行線的狀態(tài)設(shè)置成輸入狀態(tài)運(yùn)用列線輸出高電平，讀取入行線數(shù)據(jù)，如果有高電平列線的出現(xiàn)，就證明這個行線上有鍵閉合。

4.4 溫度傳感器模塊設(shè)計

溫度傳感器上面器件通過單線通信線在相應(yīng)時間段內(nèi)取得高電平，能夠?qū)⑷萘績Υ嬖陔娙萜鳟?dāng)中，斷開電源的時候最好選擇單信號線在低電平的時間段，一直等到信號線由低電平變成高電平的時候在連接電容電源，對外部電源進(jìn)行供電的時候可以選擇5V電源來進(jìn)行，然后將單線接口和端口連接在一起。

4.5 溫度傳感器模塊設(shè)計

電容傳感器在整個電路構(gòu)件中相當(dāng)于一個電容器件，電器容件上的電容量會隨空氣濕度的變化而變化。一旦空氣濕度有所上升，電容量就會增大[5]。計算機(jī)被轉(zhuǎn)變成了變化量常常很容易地接受信號，一般情況下通常采用2種方法：把電容放在振蕩電路中間，電壓信號就會被產(chǎn)生，電流就會變大，信號就會轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號；把電容放置在電路里面，電壓頻率信號就可以用計算機(jī)采集。振蕩電路一般都會有一個交替過程，給電源進(jìn)行充分充電之后，充電時間達(dá)到相應(yīng)程度之后，就會將電平高度觸發(fā)，然后再輸出引腳，再將高電平降低成低電平，然后再重復(fù)的進(jìn)行多次輸出，將電平形成方波時候再進(jìn)行輸出。

4.6 二氧化碳傳感器模塊設(shè)計

二氧化碳傳感器的電阻非常大，由固體電解質(zhì)組成，進(jìn)行電壓測量的時候如果采用的是低阻電路，就會導(dǎo)致輸出的電壓不正確，還會造成強(qiáng)大的外部電流，長期下去很容易對二氧化碳傳感器造成影響。因此，連接電路的時候要選擇比較大的阻抗系數(shù)來進(jìn)行。

5 結(jié)語

對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)控進(jìn)行設(shè)計的時候，一定要根據(jù)不同的設(shè)計要求選擇比較合適的配件，這樣可以讓實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加全面，不斷增強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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