基于物联网的自动氮吹仪

摘要：介绍基于物联网的自动氮吹风机、硬件组成、软件框架和原型机的工作原理。关键词：物联网平台；氮吹风机；原型机Auto tic Termovap Sample Concentrator Based on Internet of thingsAbstract： In this paper,theauto tic termovap sample concentrator based on internet of things（IoT）was presented,whichinclued its theory,hardware ,software,and prototype.Key words: Internet of things; Termovap SampleConcentrator；Prototype氮气吹干仪（Termovap Sample Concentrator），氮气吹风机。氮气通常吹入加热样品表面，使溶剂快速分离，实现无氧浓缩。氮气吹风机操作简单，可同时处理多个样品，广泛应用于农业残留分析、食品、环境监测等行业的样品制备[1、2]。(Internet of Things)它是一个基于互联网、传统电信网络和其他信息载体的网络，允许所有可以独立找到的普通物理对象实现互联。它具有三个重要特点：普通对象设备、自主终端互联和智能普通服务[3]。本文介绍了基于物联网的自动氮吹器，智能云采用物联网智能硬件自助开发和云服务平台GoKit 3.开发套件[4]。氮吹仪的液位传感器通过物联网平台智能云开发套件与互联网或局域网连接，实现氮吹仪的自动控制和智能管理。自动氮吹仪的工作原理图（图1）。高压氮通过双涡流装置产生双涡流气流，涡流气流作用于试管样品表面，溶剂蒸发在试管中部通过顶部排出，浓缩过程通过液位传感器自动控制。氮气流量0.6-1.2L/min,在浓缩管中形成双螺旋气流后，根据目标和氮吹时间选择不同的流量，根据流量调整气流吹向溶剂表面的切入角，使溶剂蒸发均匀，冲洗管壁，减少目标损失，提高目标回收率。

2.自动氮吹器的硬件组成如图2所示：主要包括主控制器、流量控制模块、双漩涡装置、液位传感器模块、电源模块和APP终端。流量控制模块负责控制氮气的压力和流量。双涡旋装置负责将氮气转换为双涡旋气流，并控制吹向液位的切入角。液位传感器负责向主控制器发送液位信号。电源模块主要负责电压转换和电流驱动。APP终端负责软件操作，显示氮吹器状态。主控器采用智能云GoKit 3，底层为Arduino平台，通过ESP8266接入网络。根据主控器APP终端指令和液位传感器模块信号控制流量控制模块，并将流量控制模块和传感器模块的状态发送到APP终端显示。

3.软件架自动氮吹仪软件架如图3所示，主要包括设备端和客户端[5]。设备端基于Arduino平台、网络通信采用机智云GAgent，MCU自动生成代码；客户端用于客户端；APP开源框架，包装Android SDK。设备端和客户端通过智能云远程交互或局域网直接交互。

4.原型机原型机开发流程如图4所示：首先注册智能云开发人员账户，点击物联网平台智能云开发人员中心创建新产品，输入自动氮吹机，选择自动氮吹机接入方案MCU Arduino，完成新产品的创建。然后创建自动氮吹器的数据点。数据点是产品的重要属性很明显，产品功能是产品智能化的第一步。自动氮吹器定义了两个数据点：继电器控制和传感器状态。然后根据创建的数据点自动生成Arduino开发的MCU协议。根据自动生成的协议，设备端，加入对传感器状态的读入和对继电器的控制，即可完成智能设备的开发。智能硬件上嵌入写好机智云连接协议GAgent通过连网和智能化可以通过智能云平台实现。原型机连网模块采用Wifi接入网络方案。应用端，氮吹仪APP内集成机智云提供APP SDK，可以连接到智能智能平台APP在产品调试过程中，开发调试设备将连接智能云Sandbox服务器（服务器）为开发者提供了一个完整的环境。虚拟设备是一种模拟智能硬件，可以模拟要开发或正在开发的智能硬件来控制云设备和移动电话APP控制、报告数据等需求。首先，通过虚拟设备产品的功能是否可行，APP软件功能是否完整。设备开发和应用开发可以同时独立进行，最后将设备与应用统一调试，形成原型机。

硬件方面，原型机主控器采用物联网硬件机智云Git 3.0模块，液位传感器采用电容传感器，一种是贴片电容传感器，另一种是柱式电容传感器，静态试验后采用贴片电容传感器。贴片电容传感器型号为XXC-Y26-V，输入为5-24V，输出为高低电平；节流阀和电磁阀用于流量控制。节流阀调节流量。电磁阀与继电器驱动模块相结合，控制气路的开闭。继电器空气模块采用光电隔离，避免主控制器和电磁阀之间的电信号相互影响。空气压缩机用于静态。双漩涡装置为6mm快速鲁尔接头配19g不锈钢针，180度双向配置。所有零件和机器加工都来自互联网。在软件方面，原型氮吹仪APP采用智能云开源框架生成相应的APK安装文件。氮吹器APP如图5所示，包括配置入网、设备绑定和登录，设备搜索、设备远程控制和局域控制、设备状态更新显示。Arduino按键配置入网修改为默认Wifi自动入网模式，首次启动自动氮吹器，ESP通过路由器和氮吹66APP这样建立连接APP的ID还有氮吹仪的设备ID就互联互通而言，设备发现和绑定只需一次配置即可实现。只要设备启动，网络畅通，氮吹仪APP可以找到设备，并发送相关指令与设备互动。本地和远程控制开关仅取决于连接到设备端的路由器是否接入互联网。如果路由器接入互联网，自动氮吹器可以接受远程控制和局域网控制；如果路由器不接入互联网，则设备只接受局域网控制。

5.结语原型机采用机智云Git3.0硬件开发套装和贴片电容传感器基本可实现自动浓缩功能。贴片电容传感器抗干扰能力差，原型机无加热装置，浓缩过程管壁产生冷凝水，静态判断终点1mL在此范围内，动态效果不佳。下一步，考虑使用机器视觉控制液位[6、7]，增加加热装置和废气回收装置，并计划使用智能云Git 3.二次开发硬件和软件。参考文献:[1]于洪帅. 氮气吹扫浓缩器自动液位跟踪研发创新[A]. 中国化学会.第七届全国仪器分析与样品预处理研讨会论文集[C].中国化学会：，2013:2.[2].氮吹仪的原理及应用[J].2010(12)食品安全导刊54-55.[3].物联网的概念.https://baike.baidu.com/item2048181[4]. GoKit 3 硬件手册[EB/OL].硬件手册.html.2018.5.14.[5].智能云平台概述[EB/OL].http://docs.gizwits.com/zh-cn/overview/overview.html.2018.5.14[6]黄志煌.研究基于相机技术的液位自动识别系统[J].测量与技术，2014,41(07):4-5 9.[7]黄玲、张叶林、胡波、马兆敏.基于机器视觉的透明瓶装液位自动检测[J].2012年27日(02)自动化与仪表:57-60.

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