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实验室温湿度和压差无线在线自动化监测解决方案

实验室温湿度和压差无线在线自动化监测主要由设备层设备（智能温湿度传感器、智能温度传感器、无线测控装置）、智能网关、无线短信猫模块、网络交换机、采集计算机、数据服务器、Web服务器及监控管理软件等构成，本系统设计采用先进的软硬件技术和分层分布式网络结构，针对客户的实际情况提供下列解决方案。

一、系统概况

基于无线传感网络的环境和安全监测系统，安装方便，适用于已建成的对环境温湿度或者安全要求较高的、又不方便重新对建筑进行工程施工的仓库，食品仓库、药品仓库、孵化生化实验室；电子厂房、机房；孵房、大棚、温室等。

自动化无线监测系统由深圳市信立科技有限公司的数据采集设备及无线传输设备和相关无线传感器组成。具备智能化、尺寸小、使用寿命长等特点，选用全工业级产品，在恶劣环境下稳定性好、精度高。

根据项目的实际情况，设计技术方案，设计中力求系统先进、可靠、经济实用和可靠、功能扩展方便，做到系统设计方案严谨、布局合理、设备选型合理。

1.1设计依据

根据现场监测要求内容，利用无线传感网络技术，开展对实验室冰柜和实验室环境进行温、湿度、压差强度动态监测，监测系统可增加其他监测指标。

1.2设计目的

为了确定区域环境温湿度、压差指标并执行相应的温湿度、压差控制，利用无线传感器网络技术对实验室环境参数（温湿度和压差）等参数实时监测，并将监测信息通过无线方式传输到监控后台，根据监控系统要求实现实时监测。

序号
区域名称
室内温度监测数量
压差监测数量
冰柜监测数量
冰箱监测数量
设备布置情况
1
样本存储区-2
无
无
1
1
智能温度传感器1个，2路温度传感器
2
样本制备室
1
1
2
2
智能温湿度传感器1个，智能温度传感器1个，4路温度信号，无线测控装置1台采集1路压差信号
3
试剂准备区
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
4
标本制备区
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
5
纯化区
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
6
定量区
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
7
检测区
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
8
QC质控室
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
9
预留实验室-2
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
10
电冰室
1
1
1
2
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和3路温度传感器
11
配液室
1
1
无
无
无线温湿度、压差传感器
12
存储机房
1
无
无
无
智能温湿度传感器1台
13
预留实验室-1
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
14
血液实验室-1
1
2
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置2路压差和2路温度传感器
15
免疫实验室
1
1
1
1
智能温湿度传感器1个，无线温度、压差传感器，配置1路压差和2路温度传感器
16
物流仓库
1
无
无
无
智能温湿度传感器1台
17
走廊

无线中继器9台
18
整个系统配置智能网关5台

备注：最终布置设备位置和数量以实际现场使用要求为准。冰箱温度监测点不破坏冰箱任何外观，但可得到实时信息。投入式温度传感器，软薄皮信号线，可任意冰箱门压挤，方便使用

系统实现功能

1.对实验室环境温、湿度、压差实时监测，同时将监测数据传输至监控中心。
2.对实验室内部的冰柜温度经行实时监测，将监测数据通过无线方式传输到监控中心。
3.现场采集装置和检测装置采用无线传输，接线简单、安装方便。
4.通过监控软件模拟现场流程图，友好人机界面。
5.设置温湿度上下限声光报警，监控软件界面直接显示，无需增加硬件报警器，可以在现实屏幕上分别独立对温度、温湿度、压差点进行声光报警指示，并通过短信猫发送报警信息至指定人员手机。
6.设备位置定位，可以通过软件平台，标识具体设备的位置和名称信息。
7.设备安装采用挂壁试或者导轨安装，可靠性高、实用性强、经济型，便于现场技术人员的安装维护。
8.设备输出标准Modbus协议和TCP/IP接口。
9.可和公司内部网络无缝对接，通过WEB页面访问监控数据，以及外网远程监测服务器数据，可随时随地远程监测实验室内监测参数。
10.历史数据存储、报表打印、数据曲线图等。
详细实现功能，可参考系统软件介绍。

1.4设计标准
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-92
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92
《建筑物防雷设计规范》GB50057
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343
空气质量自动监测技术规范（HJ/T 193-2005 2006-01-01实施）
环境空气质量监测规范
环境空气质量功能区划分原则和技术方法（HJ/T 14-1996 1996-10-01实施）

二、系统设计思想

系统设计充分考虑项目的实际情况，最大程度地实现相关功能，满足用户的相关要求，体现系统的各项技术特点。最终实现分散采集、集中监控。系统设计思想如下：

分层分布式结构：系统结构上采用分层分布式设计，纵向分为三层：监控层、无线网络通讯层和现场设备层。监控层包括监控计算机、监控管理软件等；无线网络通讯层包括无线传感器、无线测控装置、智能网关等无线网络通信设备；现场设备主要由温、湿度传感器、压差传感器和其他控制设备。

快速稳定的通讯传输形式：整个系统采用当今流行的无线网络通讯形式、TCP/IP网络传输及现场总线控制。通讯传输中采用数字信号，保证了系统通讯的抗干扰能力和信息交换速度，提高了系统的智能化程度，整体上加强了系统稳定性和可靠性。

灵活的组网模式：系统无线传感器网络通讯层网络为星型网络结构。整个数据采集和监控系统预留了通讯接口，可以进行相关数据信息的转发和远传，从而实现资源信息的共享，完成系统间组网。

模块化、智能化的设计理念：系统软件应具备采用模块化的设计理念，各功能管理模块如前置机、数据服务、人机界面、数据库维护、实时监控等，各部分之间不互相影响。模块化的设计思想提高了系统的灵活性、可靠性。

扩展性强：对于现场设备增加只需增加相应的通讯装置，并将设备连接到无线网络通讯层上就可实现系统底层扩展。对于扩展的二期工程只需配置无线网络通讯层和相应的现场设 备层装置，并将无线网络通讯层连接到后台网络中就可实现新增现场设备的扩展。对于后台系统监控层增加各功能也是非常方便的。

兼容性好：系统可提供多种总线接口，并提供多种通讯规约的连接，系统可以连接各种智能设备完成自动化功能，可将任何开放设备纳入监控系统。

三、系统组成

该监测系统为分层分布式网络结构，由设备层、无线网络传输层、监控层三层结构构成，设备层主要传感器（智能温湿度传感器、智能压差传感器）和其他控制设备；无线网络传输层主要由智能温湿度传感器、智能网关等设备组成；监控层由计算机、监控软件、GSM短信报警模块等主要设备组成。系统结构图如下：

实验室温湿度和差压监测示意图

3.1系统实施

冰柜温度监测点：每个冰柜配置一台智能温度传感器，每台智能温度传感器可同时采集4路温度传感器信号，传感器信号线采用材质柔软，线条精细的专用导线，无需破坏冰柜结构，后期在就近位置增加冰柜时，只增减温度传感器并把相应增加点的传感器数据接入到监控平台即可。

实验室温湿度监测点：按照300平方安装一个温湿度监测点，每个点配置一台智能温湿度传感器，独立实验室或者库房配置一台智能温湿度传感器。

压差监测点：每个压差监测点配置一台无线测控装置和一台压差传感器，无线测控装置采集压差传感器信号并无线传输到智能网关。

如果温湿度监测点和压差监测点都位于一个实验室或者库房，可以用一台无线测控装置同时采集温湿度传感器和压差传感器信号，并无线传输到智能网关。

现场智能网关布置：实验室和库房都有内部局域网到达，每个实验室或者库房配置2台智能网关，用于接收管理相应实验室的温湿度、压差数据并通过以太网接口（TCP/IP方式）跟局域网交换机连接，由局域网进入监控主机。
每台智能网关可同时接收8-16台无线传感节点数据，由于现场是用彩钢板做成的密闭实验室，建议每8个无线传感节点（温湿度、温度、压差）配置一台智能网关。
配置温湿度监控软件，实时监控环境监测数据，并实现报警、报表、历史数据查询、远程监测、短信报警等功能。

四、设备选型

4.1智能温湿度传感器

智能温湿度传感器(XL61)是集成传感、无线通信、低功耗等技术的无线传感网络产品。智能温湿度传感器选用温湿度一体传感元件，采集环境的温湿度，通过无线方式上传数据，可选490MHZ通信方式。

智能温湿度传感器应用于气象、仓储、冷藏、冰柜、恒温恒湿生产车间、办工场所等等环境的温湿度监测，广泛用于环境气象、医疗卫生、冷链物流、制造业、物料仓储等等领域。

技术参数：
上传通信技术参数：
490MHz无线射频
发射功率：可选500mW
接收灵敏度：-118dBm
调制方式：GFSK
带宽：20MHZ
理想传输距离：1KM
网络结构：星形网络
应用层协议：MODBUS/RTU
能提供用户指定的通信协议

输入技术参数

标配1路温湿度。温湿度探头采用加拿大MEMS（MVH3004D）进口传感器，温湿度一体。
测量范围及精度：-40-120℃， ±0.2℃；0-100%RH，±1.8%RH；用户可根据现场要求指定温湿度测量范围。

一般参数

供电电压： DC24V/AC220V供电
低功耗：发射频功率≤100mW时，工作状态：接收模式<45 mA （0.18W），发射模式<200 mA （持续时时<（180mS）；休眠状态<0.6 mA。整机综合功耗<0.6 W
一般功耗：发射频功率≤500mW时，工作状态：接收模式<45 mA （0.18W），发射模式<600 mA （持续时时<180mS）；休眠状态0.6 mA。整机综合功耗<1 W
大功耗：发射频功率≤2W时，工作状态：接收模式<45 mA （0.18W），发射模式<1200 mA （持续时时<（180mS）；休眠状态<0.6 mA。整机综合功耗<2 W
外壳材料：PE或金属材料
安装方式：导轨安装或螺丝固定安装
防护等级：PCB板经过涂层处理（可选），适用于有腐蚀、潮湿等恶劣环境；外壳防护等级IP66。对于有可燃性气体的环境，可选防爆外壳
工作环境温度：最宽范围温度能应用于-40 ~ +85 ºC （ LCD 工作范围-20 ~ +70 ºC)的环境
工作环境湿度：相对湿度95%
抗电磁干扰：IEC61000-6-2，GB/T 17799.2
冲出和震动：GB/T 2423.10，IEC 60068-2-6

4.2智能温度传感器

智能温度传感器(XL60)是集成传感、无线通信、低功耗等技术的无线传感网络产品。可以在任何时间、地点，任何环境下对各种环境、设备的温度进行实时监测。智能温度传感器采集检测点的温度参数，通过490MHZ/2.4GHZ频段上传数据。

智能温度传感器应用于医疗卫生、供水管网、供气管网、供油管网、环境、制造业、化工、能源等等领域。

技术参数：

上传通信技术参数：
490MHz无线射频
发射功率：可选500mW
接收灵敏度：-118dBm
调制方式：GFSK
带宽：20MHZ
理想传输距离：1KM
网络结构：星形网络
应用层协议：MODBUS/RTU
能提供用户指定的通信协议

输入技术参数：
最多对4点温度参数进行监测。（标配外置1路PT100传感器，后期扩展最多外接4路pt100）
传感元件选型：采用进口pt100温度传感器
测量量程和精度：量程：-100°到40°，精度±1°；量程-40°到100°，精度：±0.5°
用户可根据现场要求指定测量范围、精度

一般参数：
供电电压：可选电池组、DC12V/24V供电
低功耗：发射频功率≤100mW时，工作状态：接收模式<45 mA （0.18W），发射模式<200 mA （持续时时<（180mS）；休眠状态<0.6 mA。整机综合功耗<0.6 W
一般功耗：发射频功率≤500mW时，工作状态：接收模式<45 mA （0.18W），发射模式<600 mA （持续时时<180mS）；休眠状态0.6 mA。整机综合功耗<1 W
大功耗：发射频功率≤2W时，工作状态：接收模式<45 mA （0.18W），发射模式<1200 mA （持续时时<（180mS）；休眠状态<0.6 mA。整机综合功耗<2 W
外壳材料：PE或金属材料
安装方式：导轨安装或螺丝固定安装
防护等级：PCB板经过涂层处理（可选），适用于有腐蚀、潮湿等恶劣环境；外壳防护等级IP66。对于有可燃性气体的环境，可选防爆外壳
工作环境温度：最宽范围温度能应用于-40 ~ +85 ºC （ LCD 工作范围-20 ~ +70 ºC)的环境
工作环境湿度：相对湿度95%
抗电磁干扰：IEC61000-6-2，GB/T 17799.2
冲出和震动：GB/T 2423.10，IEC 60068-2-6

4.3基于490MHZ传输的无线测控装置 (用于同时采集温度和压差信号)

无线测控装置(XL60)集数据采集、控制和无线通信功能为一体的无线终端控制产品。一个装置能同时采集多路模拟量、开关量、脉冲信号，输出多路开关量、模拟量、脉冲信号，通过490MHZ无线方式上传数据。无线测控装置安装简单方便，维护管理方便，综合投资成本低。产品广泛用于石油、化工、能源、节能环保、水务、加工制造、医疗卫生等等行业，是能源管理、数据采集、在线监测等等系统的最佳选择。

适合于要求传输速度慢，传输距离远（理想传输距离1公里），手动路由或点对点无线通信的星形网络。

技术参数：

上传通信技术参数：
490MHz无线射频
发射功率： 500mW
接收灵敏度：-118dBm
调制方式：GFSK
带宽：20MHZ
理想传输距离：1 KM
网络结构：星形网络
应用层协议：MODBUS/RTU
能提供用户指定的通信协议

输入、输出技术参数：
AI/DI/DO最多组合为12路。
模拟量参数：4 ~ 20mA（可选两线制），0 ~ 20mA，0 ~ 5V，1 ~ 5V。也可选传感器输入。
模拟量输入隔离：2.5KVDC；绝缘电阻：100MΩ，500VDC。
模拟量输入精度：0.1%F.S.。
开关量：干接点、脉冲、输入、输出。
开关量输入参数：
ESD Protection for Input Pins：
±15kV—Human Body Model。
±8kV—IEC 1000-4-2, Contact Discharge。
±15kV—IEC 1000-4-2, Air-Gap Discharge。
可设开关量输入防抖动时间。

输出接点负载：AC250V 、5A；AC250V、DC30V
输入接点参数：
接触电阻 100mΩ以下
动作时间 10ms以下
复位时间 5ms以下

能根据用户的要求定制特殊的输入、输出参数

一般参数：
供电电压：DC12V/24V、AC/DC220V供电方式
工作功耗：≤0.5W(200mW)；≤1W(500mW)； ≤2.5W(2000mW)
外壳材料：PE或金属材料
安装方式：导轨安装或螺丝固定安装
防护等级：PCB板经过涂层处理（可选），适用于有腐蚀、潮湿等恶劣环境；外壳防护等级IP66。对于有可燃性气体的环境，可选防爆外壳
工作环境温度：最宽范围温度能应用于-40 ~ +85 ºC （ LCD 工作范围-20 ~ +70 ºC)的环境
工作环境湿度：相对湿度95%
抗电磁干扰：IEC61000-6-2，GB/T 17799.2
冲出和震动：GB/T 2423.10，IEC 60068-2-6

4.4 智能网关

XL90系列智能网关是无线传感器网络的核心，启动和管理无线传感器网络，读取无线传感器采集装置数据，将数据处理后上传至控制中心主机。可组成星型或 MESH型的网络结构。能广泛用于工业、农业、水利、能源、环境、气象、医疗、楼宇、仓储、航空、航海、机场、港口、国防等等多种领域的数据采集和监控系统。

上行通信：

上行通信接口， TCP/IP，Modbus协议

支持MODBUS协议，透明传输，或用户要求的其它通信协议
输入：
490MHz无线接收无线传感网络内的数据
支持MODBUS协议或用户要求的其它通信协议

技术参数：
下行通信参数：
频率：490MHz频段
发射功率：≤20dBm（100mW）
接收灵敏度：-121dBm
理想传输距离：1000米
天线：SMA，50Ω

其它：
供电电压： DC24V
功耗：≤5W
外壳材料：PE
安装方式：导轨安装或螺丝安装
防护等级：PCB板经过涂层处理（可选），适用于有腐蚀、潮湿等恶劣环境；IP66。外壳阻燃、防腐可选
工作环境温度：最宽范围温度能应用于-40 to +85°C （ LCD 工作范围-20 to+80°C)的环境
工作环境湿度：相对湿度95%
抗电磁干扰：IEC61000-6-2，GB/T 17799.2
冲出和震动：GB/T 2423.10，IEC 60068-2-6
认证：CCC，CE，ROHS
设备天线接口和安装方式可根据客户要求定制

4.4 压差传感器

采用微处理器对仪表的零点漂移，非线性经行自动补偿、修正，采用高精度压力传感器，确保仪表精度和可靠性。

量程范围： ±125Kpa 。

精度：1% ，显示屏显示，4-20MA输出。

4.5系统软件功能介绍

kingview6.55 是根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成 了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使 企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。

组态王kingview6.55保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。组 态王kingview6.55提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款 产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升和改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。

项目说明

为了更好地服务于该工程，特作出相关的项目说明，就技术服务质量保证、技术、相关质量保证等相关内容作出保证及承诺。

系统质量保证及售后服务承诺

A、保证按照相关文件规定负责处理货物由于设计、材料或制作上的原因而出现的质量问题。

B、货物的质量保证期为合同规定日期，标准配置产品质保一年。

C、在质保期内，免费提供设备的维护服务；如发生因产品质量原因引起的故障，及时派员排除解决。

D、提供长期的技术及维护服务；对超过质保期的产品进行维修时按优惠价计费。
需要用户配合的工作

为了能够更好地服务于用户，更好地完成本项目中系统的调试，期望能得到用户的理解支持、协调和配合：
协助前期工作

由于系统是在计量设备安装并调试完毕后才开始调试工作，因此要求用户应在现场具备安装和调试条件后用传真的书面形式提前通知相关人员，以便及时地开展前期工作。
需要确定的内容如下：

系统环境情况，如：地面装修、焊接等

敷线条件：电缆沟及电缆夹层施工情况

到现场的相关设备和人员有安全保障

系统调试阶段，涉及查线、接线及后期系统对量等工作，用户能够积极作好配合工作

系统调试阶段，涉及其它供货厂家的设备时，能够及时作好协调工作

小区环境：是否具备安装主机等设备的条件

系统通电情况，可否停电，可否上临时电，可否进行相关实验

设备到位、相关的设备的安装和调试已完成

所有相关敷线均已完成并已做过检查，相关修改部分已经通知调试人员配合培训及项目验收交接工作

用户应及时拟定相关的培训人员名单，并积极配合培训工作，在系统将进入培训阶段时，用户应提前通知组织相关人员参加，并且培训时至少有1名用户负责人参加。

用户应及时组织人员对系统进行相关验收及交接工作，在系统调试后的3天之内组织相关负责人员对系统进行验收及交接工作。

培训和交接

培训事项

现场调试人员负责对现场运行维护人员进行3天的现场培训，培训内容包括：
●系统的安装及调试的初步知识
●系统的工作原理
●系统的功能应用
●系统的操作使用
●系统常见问题的解决和处理

项目的交接和验收

项目交接和验收的书面形式为项目交接单或项目验收报告。
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