一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置论文和设计-陈红岩

全文摘要

本实用新型公开了一种基于NB‑IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，包括箱体、两对结构相同的万向轮以及一对结构相同的推手，两对所述万向轮上方安置于箱体下方，一对所述推手安置于箱体侧壁面，所述箱体内安装有升降旋转结构，所述升降旋转结构上方安装有甲烷检测结构，本实用新型涉及智能检测技术领域，解决了现有甲烷检测装置组网计算能力有限、电池消耗大的缺陷，以及难以大范围普及应用的问题。

主设计要求

1.一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，包括箱体(1)、两对结构相同的万向轮(2)以及一对结构相同的推手(3)，其特征在于，两对所述万向轮(2)上方安置于箱体(1)下方，一对所述推手(3)安置于箱体(1)侧壁面，所述箱体(1)内安装有升降旋转结构，所述升降旋转结构上方安装有甲烷检测结构；所述升降旋转结构包括：伺服电机(4)、螺纹杆(5)、套筒(6)、一对结构相同的滑轨(7)、一对结构相同的连杆(8)、一对结构相同的滑块(9)、放置板(10)以及驱动电机(11)；所述伺服电机(4)安置于箱体(1)内下壁面，所述螺纹杆(5)安置于伺服电机(4)驱动端，所述套筒(6)旋接于螺纹杆(5)上，一对所述滑轨(7)安置于箱体(1)内侧壁面，且位于套筒(6)两侧，一对所述连杆(8)安置于套筒(6)两侧，一对所述滑块(9)安置于一对所述连杆(8)上，且与一对所述滑轨(7)滑动配合，所述放置板(10)安置于套筒(6)上端，所述驱动电机(11)安置于放置板(10)上方；所述甲烷检测结构包括：承载板(12)、检测盒(13)、不分光红外甲烷传感器(14)、导流罩(15)以及风机(16)；所述承载板(12)安置于驱动电机(11)驱动端，所述检测盒(13)安置于承载板(12)上方，所述检测盒(13)侧壁面开设有通孔，所述不分光红外甲烷传感器(14)安置于检测盒(13)内，且不分光红外甲烷传感器(14)的探头穿过检测盒(13)通孔位于外部，所述导流罩(15)安置于检测盒(13)侧壁面，且位于不分光红外甲烷传感器(14)外侧，所述风机(16)嵌装于导流罩(15)内。

设计方案

所述升降旋转结构包括：伺服电机(4)、螺纹杆(5)、套筒(6)、一对结构相同的滑轨(7)、一对结构相同的连杆(8)、一对结构相同的滑块(9)、放置板(10)以及驱动电机(11)；

所述伺服电机(4)安置于箱体(1)内下壁面，所述螺纹杆(5)安置于伺服电机(4)驱动端，所述套筒(6)旋接于螺纹杆(5)上，一对所述滑轨(7)安置于箱体(1)内侧壁面，且位于套筒(6)两侧，一对所述连杆(8)安置于套筒(6)两侧，一对所述滑块(9)安置于一对所述连杆(8)上，且与一对所述滑轨(7)滑动配合，所述放置板(10)安置于套筒(6)上端，所述驱动电机(11)安置于放置板(10)上方；

所述甲烷检测结构包括：承载板(12)、检测盒(13)、不分光红外甲烷传感器(14)、导流罩(15)以及风机(16)；

所述承载板(12)安置于驱动电机(11)驱动端，所述检测盒(13)安置于承载板(12)上方，所述检测盒(13)侧壁面开设有通孔，所述不分光红外甲烷传感器(14)安置于检测盒(13)内，且不分光红外甲烷传感器(14)的探头穿过检测盒(13)通孔位于外部，所述导流罩(15)安置于检测盒(13)侧壁面，且位于不分光红外甲烷传感器(14)外侧，所述风机(16)嵌装于导流罩(15)内。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，其特征在于，所述检测盒(13)内部由主控MCU、NB-IoT模块、GPS芯片及声光报警模块组成，且不分光红外甲烷传感器(14)和主控MCU、GPS芯片和主控MCU、NB-IoT模块和主控MCU、声光报警模块和主控MCU均通过串口进行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，其特征在于，所述检测盒(13)上方安装有液晶显示器(17)：该液晶显示器(17)用于实时显示甲烷浓度。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，其特征在于，所述导流罩(15)内安装有滤网(18)；该滤网(18)用于过滤空气中的粉尘。

5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，其特征在于，所述驱动电机(11)与放置板(10)之间安装有底座(19)；该底座(19)用于固定驱动电机(11)。

6.根据权利要求2所述的一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，其特征在于，所述检测盒(13)内的主控MCU接收甲烷传感器监测待测环境得到的甲烷浓度，控制GPS芯片获取所述待测环境的位置信息，控制NB-IoT模块将所述甲烷浓度及所述位置信息通过传输网络传输至物联网云平台上的数据及服务中心；主控MCU在甲烷浓度达到预设阈值时控制声光报警模块发出警报；便于第三方管理平台和用户APP查看所述物联网云平台上数据及服务中心记录的甲烷浓度和位置信息。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及智能检测领域，尤其涉及一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，工业的飞速发展，涉及到甲烷气体的安全问题也随之越来越多。当甲烷浓度过高时,易导致人体窒息死亡。并且，甲烷气体的危险还在于它是易燃易爆气体,当遇有热源和明火时极易爆炸。因此，对甲烷气体的监测一直是人们十分关注的问题，市场上有各类监测仪器、装置等，但这些主要采用的是电化学类的甲烷传感器，使用寿命短，精度低。

在相关技术中，远程无线甲烷浓度监测系统一般都是基于蓝牙、ZigBee、WiFi等通信技术来传输数据，但是由于数据流量大、组网计算能力有限、电池消耗大的缺陷，难以大范围的普及应用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，解决了现有甲烷检测装置组网计算能力有限、电池消耗大的缺陷，以及难以大范围普及应用的问题，使用方便。

为实现上述目的，本实用新型一个或多个实施例提供技术方案如下：

一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，包括箱体、两对结构相同的万向轮以及一对结构相同的推手，两对所述万向轮上方安置于箱体下方，一对所述推手安置于箱体侧壁面，所述箱体内安装有升降旋转结构，所述升降旋转结构上方安装有甲烷检测结构；

所述升降旋转结构包括：伺服电机、螺纹杆、套筒、一对结构相同的滑轨、一对结构相同的连杆、一对结构相同的滑块、放置板以及驱动电机；

所述伺服电机安置于箱体内下壁面，所述螺纹杆安置于伺服电机驱动端，所述套筒旋接于螺纹杆上，一对所述滑轨安置于箱体内侧壁面，且位于套筒两侧，一对所述连杆安置于套筒两侧，一对所述滑块安置于一对所述连杆上，且与一对所述滑轨滑动配合，所述放置板安置于套筒上段＝端，所述驱动电机安置于放置板上方；

所述甲烷检测结构包括：承载板、检测盒、不分光红外甲烷传感器、导流罩以及风机；

所述承载板安置于驱动电机驱动端，所述检测盒安置于承载板上方，所述检测盒侧壁面开设有通孔，所述不分光红外甲烷传感器安置于检测盒内，且不分光红外甲烷传感器的探头穿过检测盒通孔位于外部，所述导流罩安置于检测盒侧壁面，且位于不分光红外甲烷传感器外侧，所述风机嵌装于导流罩内。

优选的，所述检测盒内部由MCU、NB-IoT模块、不分光红外甲烷传感器、GPS芯片及声光报警模块组成，且不分光红外甲烷传感器和MCU、GPS芯片和MCU、NB-IoT模块和MCU、声光报警模块和MCU均通过串口进行通讯。

优选的，所述检测盒上方安装有液晶显示器：该液晶显示器用于实时显示甲烷浓度。

优选的，所述导流罩内安装有滤网：该滤网用于过滤空气中的粉尘。

优选的，所述驱动电机与放置板之间安装有底座：该底座用于固定驱动电机。

优选的，所述检测盒内的主控MCU接收甲烷传感器监测待测环境得到的甲烷浓度，控制GPS芯片获取所述待测环境的位置信息，控制NB-IoT模块将所述甲烷浓度及所述位置信息通过传输网络传输至物联网云平台上的数据及服务中心；主控MCU在甲烷浓度达到预设阈值时控制声光报警模块发出警报；便于第三方管理平台和用户APP查看所述物联网云平台上数据及服务中心记录的甲烷浓度和位置信息。

由上述实施例可见，本实用新型提供了一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置，具备以下有益效果:本装置结构紧凑，成本低，在使用中，可通过推动推手使本装置移动携带更为便捷，升降旋转功能可以作为辅助，快速更好的测量所检测区域的甲烷浓度，并通过甲烷检测结构，通过风机将空气吸入，然后通过检测盒内的不分光红外甲烷传感器将测得的数据，通过串口将数据传输到NB-IoT模块，再将数据通过NB-IoT基站传输至物联网云平台，云平台再通过通信基站将数据传输至第三方管理平台和用户APP来随时查看甲烷气体的实时情况，当服务器收到甲烷气体浓度达到一定阈值时，能够自动启动报警和预防装置等来实现对甲烷气体的智能监管，还可基于用户大数据的收集和深度学习来分析检测用户行为，具有更多的潜在商业价值，这种智能无线传感器产品不仅覆盖广、功耗小、成本低、使用寿命长，而且可以广泛应用于各种客户端，给人们的生命财产安全提供了有力保障。

附图说明

图1是本实用新型所述一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型所述一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置的局部侧视结构示意图；

图3是本实用新型图1所述一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置的俯视结构示意图；

图4是本实用新型图1所述一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置局部放大结构示意图；

图中，1、箱体；2、万向轮；3、推手；4、伺服电机；5、螺纹杆；6、套筒；7、滑轨；8、连杆；9、滑块；10、放置板；11、驱动电机；12、承载板；13、检测盒；14、不分光红外甲烷传感器；15、导流罩；16、风机；17、液晶显示器；18、滤网；19、底座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种基于NB-IoT(Narrow BandInternet of Things，窄带物联网)具有升降转动功能的甲烷检测装置，包括箱体1、两对结构相同的万向轮2以及一对结构相同的推手3，两对所述万向轮2上方安置于箱体1下方，一对所述推手3安置于箱体1侧壁面，所述箱体1内安装有升降旋转结构，所述升降旋转结构上方安装有甲烷检测结构；所述升降旋转结构包括：伺服电机4、螺纹杆5、套筒6、一对结构相同的滑轨7、一对结构相同的连杆8、一对结构相同的滑块9、放置板10以及驱动电机11；所述伺服电机4安置于箱体1内下壁面，所述螺纹杆5安置于伺服电机4驱动端，所述套筒6旋接于螺纹杆5上，一对所述滑轨7安置于箱体1内侧壁面，且位于套筒6两侧，一对所述连杆8安置于套筒6两侧，一对所述滑块9安置于一对所述连杆8上，且与一对所述滑轨7滑动配合，所述放置板10安置于套筒6上端，所述驱动电机11安置于放置板10上方；所述甲烷检测结构包括：承载板12、检测盒13、不分光红外甲烷传感器14、导流罩15以及风机16；所述承载板12安置于驱动电机11驱动端，所述检测盒13安置于承载板12上方，所述检测盒13侧壁面开设有通孔，所述不分光红外甲烷传感器14安置于检测盒13内，且不分光红外甲烷传感器14的探头穿过检测盒13通孔位于外部，所述导流罩15安置于检测盒13侧壁面，且位于不分光红外甲烷传感器14外侧，所述风机16嵌装于导流罩15内；所述检测盒13内部由MCU(MicroController Unit，微控制单元)、NB-IoT模块、不分光红外甲烷传感器14、GPS(GlobalPosition System，全球定位系统)芯片及声光报警模块组成，且不分光红外甲烷传感器14和MCU、GPS芯片和MCU、NB-IoT模块和MCU、声光报警模块和MCU都是通过串口进行通讯；所述检测盒13上方安装有液晶显示器17：该液晶显示器17用于实时显示甲烷浓度；所述导流罩15内安装有滤网18；该滤网18用于过滤空气中的粉尘；所述驱动电机11与放置板10之间安装有底座19：该底座19用于固定驱动电机11；所述检测盒13内的主控MCU接收甲烷传感器监测待测环境得到的甲烷浓度，控制GPS芯片获取所述待测环境的位置信息，控制NB-IoT模块将所述甲烷浓度及所述位置信息通过传输网络传输至物联网云平台上的数据及服务中心；主控MCU在甲烷浓度达到预设阈值时控制声光报警模块发出警报；便于第三方管理平台和用户APP查看所述物联网云平台上数据及服务中心记录的甲烷浓度和位置信息。

本领域技术人员通过将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。

下列为本案中的电气件采用的种类以及作用：

电机驱动器：选用科尔摩根伺服驱动器的S700系列驱动器，驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

伺服电机：选用110AEA12020-SH3型号的伺服电机，伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类。

驱动电机：选用GMD3型号的直驱电机，直驱电机是直接驱动式电机的简称，主要指电机在驱动负载时，不需经过传动装置(如传动皮带等)，直驱电机适合用于多类场合，主要利益点包括静音、节能、平稳、动力强劲。

MCU：主控MCU选用ST(意法)32位Cortex-M4内核超低功耗STM32L4系列处理器。超低的8nA掉电模式和超低的28nA待机模式，待机模式下启动RTC时功耗仅有280nA；掉电模式唤醒仅需4us。

GPS芯片：选用ATGM336H-5N系列模块。该系列模块支持多种卫星导航系统，包括中国的BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)，美国的GPS等导航系统。且该模块具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势,可广泛应用于各种场景。

不分光红外甲烷传感器：基于不分光红外检测原理，敏感元件选取钽酸锂晶体薄片，并采用铣磨键合减薄工艺。该传感器针对红外探测器输出的特性设计了微弱信号放大电路，使用AD8552对红外热探测器输出的微弱信号进行放大、AD7190对滤波放大后的信号进行采样转化，采用软硬件相结合的方法来减少噪声干扰的影响，以及通过对不同浓度范围的标准甲烷气体进行实验测量，拟合得到探测器输出的电压差值之比和气体浓度之间的关系，根据得到的曲线和数据分析选择分段插值的浓度计算方法，实现了对甲烷气体进行实时测量的功能。

NB-IoT模块：选用已获得进网许可的BC95模组，模组型号为BC95-HB,为适用低功耗场景而设计，PSM模式下耗电仅为5uA，寻呼模式下功耗可低至1mA,能够适合长期工作在无需替换、充电等的设备应用的场景下。

声光报警模块：包括发光二极管、有源蜂鸣器以及它们的驱动电路,当甲烷浓度达到预设阈值时，主控MCU控制声光报警模块发出警报。例如，预设阈值可以设定为甲烷的危险阈值、或者爆炸下限值等；当然，本实用新型并不对该预设阈值的具体取值进行限定，用户可根据实际需求灵活设定。

物联网云平台：选用的物联网云平台为Huawei IoT云平台，其提供了连接管理、设备管理、数据分析、API开放等基础功能。

第三方应用：为可对监测数据进行计算分析，实现预测性维护、预警服务功能的第三方管理平台和\/或用户APP，通过调用云网关的业务API，进行对智能无线甲烷传感器的管理、数据采集、命令下发，从而实现智能无线甲烷传感器所处环境的甲烷浓度的实时监测，可以实现位置定位、设备管理、消息分发、远程升级预测性维护、预警等服务功能，同时高扩展的数据库、实时数据处理、智能预测离线数据分析、数据可视化展示等可以为客户提供多维度的业务运营服务。

下列为本案中的箱体以及放置板形状以及材质的说明；

箱体：为聚苯乙烯材质的矩形无盖台体，用于存放检测装置。

放置板：为聚苯乙烯材质的矩形板材，用于安装驱动电机。

实施例：在使用时，接通电源，根据图1-3可知，工作人员推动推手3将本装置推到指定地点后，按下启动按钮，安置于箱体1内的伺服电机4接收到电机驱动器发出的信号，驱动端开始顺时针转动，同步带动螺纹杆5进行转动，旋接于螺纹杆5上的套筒6由于两侧的连杆8固定作用无法进行转动，因此会作向上的运动，同时通过一对连杆8带动一对滑块9在一对滑轨7上向上运动，上升到指定高度时，安置于放置板10上的驱动电机11驱动端开始转动，带动检测盒13以及导流罩15进行转动，嵌装于导流罩15内的风机16启动，将空气吸入，过滤网18可以将空气中的粉尘阻挡，空气进入导流罩15后与不分光红外甲烷传感器14接触继而检测甲烷浓度，将浓度数据和位置信息传送给主控MCU，主控MCU将数据通过NB-IoT模块发送出去，经过NB-IoT基站上传到云平台，用户可以通过第三方管理平台和用户APP来实时监测甲烷浓度的变化，检测盒13通过CoAP协议，实现与物联网云平台的数据交互,通过NB-IoT网络，连接到物联网云平台，上报智能无线甲烷传感器所处环境的甲烷浓度信息和位置信息，并可以响应平台的指令。

作为优选方案，更进一步的，检测盒13内部由MCU、NB-IoT模块、不分光红外甲烷传感器14、GPS芯片及声光报警模块组成，且不分光红外甲烷传感器14和MCU、GPS芯片和MCU、NB-IoT模块和MCU、声光报警模块和MCU都是通过串口进行通讯。

作为优选方案，更进一步的，检测盒13上方安装有液晶显示器17：该液晶显示器17用于实时显示甲烷浓度。

作为优选方案，更进一步的，风筒内安装有滤网18；该滤网18用于过滤空气中的粉尘。

作为优选方案，更进一步的，驱动电机11与放置板10之间安装有底座19：该底座19用于固定驱动电机11。

作为优选方案，更进一步的，检测盒13内的主控MCU接收甲烷传感器监测待测环境得到的甲烷浓度，控制GPS芯片获取待测环境的位置信息，控制NB-IoT模块将甲烷浓度及位置信息通过传输网络传输至物联网云平台上的数据及服务中心；主控MCU在甲烷浓度达到预设阈值时控制声光报警模块发出警报；便于第三方管理平台和用户APP查看物联网云平台上数据及服务中心记录的甲烷浓度和位置信息。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

设计图

一种基于NB-IoT具有升降转动功能的甲烷检测装置论文和设计

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主设计要求

设计方案

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