基於物聯網的自動氮吹儀
阿新 • • 發佈：2018-09-28
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基於物聯網的自動氮吹儀
摘要：介紹基於物聯網的自動氮吹儀的工作原理，硬件組成和軟件構架，以及原型機。
關鍵詞：物聯網;氮吹儀;原型機
Automatic Termovap Sample Concentrator Basedon Internet of things
圖1 工作原理示意圖
2.硬件組成
自動氮吹儀硬件組成如圖2所示：主要包括主控制器、流量控制模塊、雙漩渦裝置、液位傳感器模塊、電源模塊和APP終端。流量控制模塊負責控制氮氣的壓力和流量。雙漩渦裝置負責將氮氣轉換成雙漩渦氣流，控制吹向液面的切入角。液位傳感器負責向主控器傳送液位信號。電源模塊主要負責電壓轉換和電流驅動。APP終端負責軟件操作，顯示氮吹儀狀態。主控器采用機智雲GoKit 3，底層為arduino平臺，通過esp8266接入網絡。主控器根據APP終端的指令和液位傳感器模塊的信號對流量控制模塊進行控制，並將流量控制模塊和傳感器模塊的狀態，發送到APP終端顯示。 
圖2 硬件組成結構圖
3.軟件構架
自動氮吹儀軟件構架如圖3所示：主要包括設備端和客戶端[4]。設備端基於Arduino平臺，網絡通訊采用機智雲的GAgent，MCU代碼自動生成；客戶端采用機智雲APP開源框架，封裝Android SDK。設備端和客戶端通過機智雲進行遠程交互或直接通過局域網進行交互。
圖3.軟件構架圖
圖4. 原型機開發流程
硬件方面，原型機主控器采用物聯網硬件機智雲Git 3.0模塊，液位傳感器采用電容傳感，一種是貼片電容傳感器，一種是柱式電容傳感，靜態測試後采用貼片式電容傳感器。貼片式電容傳感器型號為XXC-Y26-V，輸入為5-24V，輸出為高低電平；流量控制采用節流閥和電磁閥，節流閥調節流量大小，電磁閥結合繼電器驅動模塊控制氣路打開與閉合。繼電器空氣模塊采用光電隔離，避免主控器與電磁閥之間的電信號的相互影響。靜態測試采用空壓機提供壓縮氣體。雙漩渦裝置采用6mm快速魯爾接頭配19g不銹鋼針頭，180度雙向配置。所有零部件和機加工均來自互聯網。
軟件方面，原型機的氮吹儀APP采用機智雲開源框架，生成相應的APK安裝文件。氮吹儀APP功能如圖5所示，包括配置入網，設備綁定與登錄，設備搜索，設備遠程控制和局域控制，設備狀態更新顯示。將Arduino按鍵配置入網修改為默認Wifi模式自動入網，自動氮吹儀首次開機，ESP8266通過路由器與氮吹APP建立連接，這樣APP的ID和氮吹儀的設備ID就互聯互通，只需一次配置，就可以實現設備發現與綁定，只要設備開機，網絡通暢，氮吹儀APP就可以發現設備，並發送相關指令與設備進行互動。本地和遠程控制切換只在於設備端連接的路由器是否接入互聯網，如果路由器接入互聯網，則自動氮吹儀可以接受遠程控制和局域網控制；如果路由器未接入互聯網，則設備只接受局域網控制。
圖5.氮吹儀APP功能圖
5.結語
原型機采用機智雲Git3.0硬件開發套裝和貼片式電容傳感器，基本能實現自動濃縮功能。采用的貼片式電容傳感器，抗幹擾能力差，原型機無加熱裝置，濃縮過程管壁有冷凝水產生，靜態測試判斷終點1mL以內，動態測試效果不佳，下一步考慮采用機器視覺進行液位控制[5,6]，增加加熱裝置和尾氣回收裝置，並計劃對機智雲Git 3.0硬件和軟件進行二次開發。
參考文獻：
[1]於洪帥. 自動液位跟蹤氮氣吹掃濃縮儀的研制創新[A]. 中國化學會.第七屆全國儀器分析及樣品預處理學術研討會論文集[C].中國化學會:,2013:2.
[2]氮吹儀的原理及應用[J].食品安全導刊,2010(12):54-55.
[3]GoKit 3 硬件手冊：http://docs.gizwits.com/zh-cn/deviceDev/Gokit3/GoKit3%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E6%89%8B%E5%86%8C.html
[4]機智雲平臺概述：http://docs.gizwits.com/zh-cn/overview/overview.html
[5]黃誌煌.基於攝像技術的液位自動識別系統的研究[J].計量與測試技術,2014,41(07):4-5+9.
[6]黃玲,張葉林,胡波,馬兆敏.基於機器視覺的透明瓶裝液體液位自動檢測[J].自動化與儀表,2012,27(02):57-60.
Abstract： In this paper, theautomatic termovap sample concentrator based on internet of things（IoT）was presented,whichinclued its theory,hardware ,software,and prototype.
氮氣吹幹儀（Termovap Sample Concentrator），簡稱氮吹儀。通常是將氮氣吹入加熱樣品的表面，使溶劑迅速分離，實現樣品無氧濃縮。氮吹儀操作簡便，可以同時處理多個樣品，廣泛應用於農殘分析、食品、環境監測等行業的樣品制備中[1,2]。物聯網(Internet of Things)是一個基於互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征。本文介紹基於物聯網的自動氮吹儀，采用物聯網智能硬件自助開發及物聯網雲服務平臺，具體為機智雲gokit 3.0開發套件[3]。通過物聯網平臺機智雲提供的開發套件，把氮吹儀的液位傳感器與互聯網或局域網連接起來，以實現氮吹儀自動化控制和智能化管理。
圖1 工作原理示意圖
2.硬件組成
自動氮吹儀硬件組成如圖2所示：主要包括主控制器、流量控制模塊、雙漩渦裝置、液位傳感器模塊、電源模塊和APP終端。流量控制模塊負責控制氮氣的壓力和流量。雙漩渦裝置負責將氮氣轉換成雙漩渦氣流，控制吹向液面的切入角。液位傳感器負責向主控器傳送液位信號。電源模塊主要負責電壓轉換和電流驅動。APP終端負責軟件操作，顯示氮吹儀狀態。主控器采用機智雲GoKit 3，底層為arduino平臺，通過esp8266接入網絡。主控器根據APP終端的指令和液位傳感器模塊的信號對流量控制模塊進行控制，並將流量控制模塊和傳感器模塊的狀態，發送到APP終端顯示。
圖2 硬件組成結構圖
3.軟件構架
自動氮吹儀軟件構架如圖3所示：主要包括設備端和客戶端[4]。設備端基於Arduino平臺，網絡通訊采用機智雲的GAgent，MCU代碼自動生成；客戶端采用機智雲APP開源框架，封裝Android SDK。設備端和客戶端通過機智雲進行遠程交互或直接通過局域網進行交互。
圖3.軟件構架圖
圖4. 原型機開發流程
硬件方面，原型機主控器采用物聯網硬件機智雲Git 3.0模塊，液位傳感器采用電容傳感，一種是貼片電容傳感器，一種是柱式電容傳感，靜態測試後采用貼片式電容傳感器。貼片式電容傳感器型號為XXC-Y26-V，輸入為5-24V，輸出為高低電平；流量控制采用節流閥和電磁閥，節流閥調節流量大小，電磁閥結合繼電器驅動模塊控制氣路打開與閉合。繼電器空氣模塊采用光電隔離，避免主控器與電磁閥之間的電信號的相互影響。靜態測試采用空壓機提供壓縮氣體。雙漩渦裝置采用6mm快速魯爾接頭配19g不銹鋼針頭，180度雙向配置。所有零部件和機加工均來自互聯網。
軟件方面，原型機的氮吹儀APP采用機智雲開源框架，生成相應的APK安裝文件。氮吹儀APP功能如圖5所示，包括配置入網，設備綁定與登錄，設備搜索，設備遠程控制和局域控制，設備狀態更新顯示。將Arduino按鍵配置入網修改為默認Wifi模式自動入網，自動氮吹儀首次開機，ESP8266通過路由器與氮吹APP建立連接，這樣APP的ID和氮吹儀的設備ID就互聯互通，只需一次配置，就可以實現設備發現與綁定，只要設備開機，網絡通暢，氮吹儀APP就可以發現設備，並發送相關指令與設備進行互動。本地和遠程控制切換只在於設備端連接的路由器是否接入互聯網，如果路由器接入互聯網，則自動氮吹儀可以接受遠程控制和局域網控制；如果路由器未接入互聯網，則設備只接受局域網控制。
圖5.氮吹儀APP功能圖
5.結語
原型機采用機智雲Git3.0硬件開發套裝和貼片式電容傳感器，基本能實現自動濃縮功能。采用的貼片式電容傳感器，抗幹擾能力差，原型機無加熱裝置，濃縮過程管壁有冷凝水產生，靜態測試判斷終點1mL以內，動態測試效果不佳，下一步考慮采用機器視覺進行液位控制[5,6]，增加加熱裝置和尾氣回收裝置，並計劃對機智雲Git 3.0硬件和軟件進行二次開發。
參考文獻：
[1]於洪帥. 自動液位跟蹤氮氣吹掃濃縮儀的研制創新[A]. 中國化學會.第七屆全國儀器分析及樣品預處理學術研討會論文集[C].中國化學會:,2013:2.
[2]氮吹儀的原理及應用[J].食品安全導刊,2010(12):54-55.
[3]GoKit 3 硬件手冊：http://docs.gizwits.com/zh-cn/deviceDev/Gokit3/GoKit3%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E6%89%8B%E5%86%8C.html
[4]機智雲平臺概述：http://docs.gizwits.com/zh-cn/overview/overview.html
[5]黃誌煌.基於攝像技術的液位自動識別系統的研究[J].計量與測試技術,2014,41(07):4-5+9.
[6]黃玲,張葉林,胡波,馬兆敏.基於機器視覺的透明瓶裝液體液位自動檢測[J].自動化與儀表,2012,27(02):57-60.
基於物聯網的自動氮吹儀