基于無線通信的實驗室環境溫濕度實時監測方法研究

摘要：為提高實驗室環境監測效果，開展基于無線通信的實時監測方法研究。先部署傳感網絡實現實驗室環境數據采集。然后基于無線通信模塊將采集的溫濕度信息發送至中央監控平臺，分析數據并實現監測預警，確保實驗環境處于最佳狀態。對比實驗證明，該方法不僅能夠提高溫濕度監測的準確性和時效性，還能夠降低因環境異常而導致的實驗誤差和安全隱患，為科研活動提供了堅實的環境保障。

關鍵詞：無線通信"實驗室環境"實時監測"溫濕度

Research"on"Real"Time"Monitoring"Method"of"Laboratory"Environment"Temperature"and"Humidity"Based"on"Wireless"Communication

ZHONG"Xueqin

Huangshi"City"Center"for"Disease"Control"and"Prevention，"Huangshi，"Hubei"Province，"435000"China

Abstract："To"improve"the"monitoring"effect"of"laboratory"environment，"research"on"real"time"monitoring"methods"based"on"wireless"communication"is"carried"out."Firstly，"it"deploys"sensornbsp;networks"to"achieve"laboratory"environment"data"collection."Then，"based"on"the"wireless"communication"module，"the"collected"temperature"and"humidity"information"is"sent"to"the"central"monitoring"platform"for"data"analysis"and"monitoring"warning，"ensuring"that"the"experimental"environment"is"in"the"best"condition."Comparative"experiments"have"shown"that"this"method"not"only"can"improve"the"accuracy"and"timeliness"of"temperature"and"humidity"monitoring，"but"also"reduces"experimental"errors"and"safety"hazards"caused"by"environmental"anomalies，"providing"a"solid"environmental"guarantee"for"scientific"research"activities.

Key"Words："Wireless"communication;"Laboratory"environment;"Real"time"monitoring;"Temperature"and"humidity

在實驗環境中，對溫濕度進行實時監測至關重要。精確的溫濕度控制能確保實驗數據的準確性和可靠性，提高實驗室的安全性。雖然傳統的有線監測系統能夠滿足基本需求，但其布線靈活性差、傳感器損壞不易更換、校準流程繁瑣等缺點限制了其在大范圍、多變環境的應用。薛義鵬等人[1]提供基于有線和無線混合通信的解決方案，該方案通過STM32微控制器來采集溫濕度數據，利用阿里云進行數據存儲。然而，盡管該方案具用云計算的優勢，但在無線通信方面并未深入探討。茅敏敏等人[2]提出基于NB-IoT技術的環境溫濕度監測系統，NB-IoT技術具有低功耗、廣覆蓋、低成本等優點，適合環境監測等物聯網應用。然而，NB-IoT技術適用于遠距離、低數據率的通信，對于實驗室需要高精度、實時數據傳輸的環境，通信性能和數據傳輸的實時性受到限制。為此，本研究提出基于無線通信技術的實驗室環境溫濕度實時監測方法。

1"實驗室環境數據采集

實驗室選擇以溫濕度傳感器作為采集設備，經多次測試，傳感器在該溫濕度范圍內性能優異"[3]，滿足國家實驗室標準要求的±2"℃濕度控制精度和±3%RH濕度控制精度【4】。

需要注意的是，信號線的黃色（485-A）和藍色（485-B）不可接反，其中，黃色線為濕度信號線，連接至數據采集卡的AI0通道；藍色線為溫度信號線，連接至A1通道。

完成接線后，按照以下步驟操作。首先，使用12～24"V的電源適配器為傳感器供電；其次，連接數據采集卡；最后，根據式（1）和（2）計算，并配置CH0（濕度通道）和CH1（溫度通道）的系數和零點。

采用YAV"USB"8AD高精度數據采集卡，通過通用串行總線（Universal"Serial"Bus，USB）供電，兼容Win10。左側設8個AI端子，其中2個專測溫濕度。配2個LED燈，指示電源、啟動與負載狀態。溫濕度測量需要電腦、上位機軟件與USB線。插入采集卡后，系統自動或手動識別新硬件，啟動上位機軟件采集數據。

2"基于無線通信的溫濕度實時監測與報警

利用無線通信技術，實現對實驗室環境溫濕度監控信息傳輸，達到遠程監測控制。以微信公眾號“數字氚云”作為依托，用戶關注“數字氚云”公眾號，點擊實驗室名稱，輸入賬號和密碼。圖1為數字氚云登錄界面圖。

用戶登錄溫濕度監測平臺后，通過“個人中心—綁定微信”輸入賬號密碼，接收報警信息和查看設備數據。點擊“溫濕度監測”，選擇環境監測或冷鏈監測設備，查看設備信息。然后點擊“查看數據”查看詳細記錄，“歷史數據”可以自定義時間段查看。可以修改設備備注，并查看本日、本周、本月的溫濕度監控記錄。灰色和紅色曲線分別代表濕度和溫度，數據點表示最高、最低值。點擊“報警配置”設定溫濕度閾值，若超限，則圖標變紅。同時，關注“數字氚云”公眾號查看報警情況，登錄疾控助手平臺處理警報。

3"對比實驗

3.1"實驗環境

以某項目為例，新實驗基地需長期同步監測最多50間實驗室的溫度。實驗室為重點實驗室（10間）、常規實驗室（30間）和普通實驗室（10間）。為評估溫濕度監控效能，以本文基于無線通信技術的監測方案為實驗組，STM32微控制器與阿里云平臺的監測方案為對照A組，NB-IoT技術的監測方案為對照B組。通過對比，驗證各方案在實驗室溫濕度監控方面的適用性。

3.2"實驗結果

應用實驗組監測方法，可以查看實驗室環境監測設備與冷鏈設備的監測數據，如圖1所示。

點擊“歷史數據”按鈕，查看溫度、濕度記錄表格。點擊“導出”按鈕，將監測信息以表格的形式導出，如圖2所示。

恒溫設備溫度的導出結果如圖3所示。

對比另外兩種監測方法，將監測結果與報警進行記錄，如表1所示。

根據表1可知，實驗組的溫度監測偏差控制在±0.5"°C以內、濕度監測偏差在±0.5%RH范圍內，高于對照A組和對照B組的監測結果。綜上所述，本文方法不僅在監測精度上表現優異，還能夠滿足實驗室環境監控需求，為科研工作提供支持。

4""結語

本研究設計了基于無線通信技術的實驗室環境溫濕度實時監測方法。實驗結果顯示，該方法提高了溫濕度監測的精度和實時性。當然，本研究也存在一些局限性。然而，局限性未影響該方法在實驗室環境溫濕度監測的實際應用效果。相信隨著技術的進步，問題將得到逐步解決。

參考文獻

[1]薛義鵬，"陳鑫，"孫馨瑤，"等."基于STM32和阿里云的棉紡車間環境溫濕度監測系統[J]."自動化與儀表，"2022，"37"（8）："67-70，86.

[2]茅敏敏，"居家奇，"歐陽玉玲，"等."基于NB-IoT技術的環境溫濕度監測系統的研制[J]."物聯網學報，"2021，"5"（4）："99-106.

[3]"劉雙雙，"高金良，"孫呈欣."卷煙廠空調環境溫濕度供能質量多維度綜合評估[J]."制冷，"2024，"43"（2）："31-34.

[4]于海琪."制藥企業溫濕度環境在線監測系統[J]."上海計量測試，"2023，"50"（1）："33-35.

[5]范李平，"李兵，"姚迪."一種智能變電站環境溫濕度在線監測系統[J]."電氣開關，"2022，"60"（4）："31-35.