一种应用于无尘车间环境监控的物联网语音交互装置的制作方法

本实用新型涉及传感技术领域，尤其涉及一种应用于无尘车间环境监控的物联网语音交互装置。

背景技术：

无尘车间在生物医药、医学药学、激光加工、半导体制造等众多领域中都起着至关重要的作用，无尘车间的洁净度作为最为重要的指标，关系着产品的安全和质量问题。随着智能制造、工业4.0的飞速发展，无尘车间逐渐走向数字化、信息化，环境的监测也是作为其中数字化过程的一项重要指标，包括无尘车间的洁净度、温湿度、有害气体、噪声等。

目前现在的无尘车间的环境监控装置还是单体的环境数据传感器，放置在不同的位置，相互之间没有联网，在设备交互上仍旧采用传统的显示屏显示，在交互上使用人手触摸键盘或者触摸屏，这样就会在无尘车间使用过程带入不必要的微尘、静电或者其他污染物。当前很多的无尘工厂环境监测设备利用各类传感器监测产品数据后，结果保存至本地计算机平台中，数据以线下使用为主，若非本地用户需要相关数据及分析结果，就需要监管人员将数据通过邮件或者其他通讯方式等发送，非本地用户不具备实时在线采集数据、远程实时查看分析结果的能力。设备也不能与无尘系统、空调、门窗、抽风机等实现联动。在工业4.0、语音智能飞速发展的今天，这种设备已经不能满足现代监测技术的发展要求。

技术实现要素：

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种应用于无尘车间环境监控的物联网语音交互装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种应用于无尘车间环境监控的物联网语音交互装置，包括有监测主机、云平台和移动终端，所述的监测主机包括有主控模块以及分别与主控模块连接的温湿度传感器、粉尘传感器、有害气体传感器、语音模块、设备控制模块、电源适配器、oled显示模块、扬声器和wifi模块，wifi模块通过路由器分别与云平台和移动终端连接，移动终端还与云平台通讯连接。

所述的主控模块使用stc12c5a60s2作为mcu。

所述的温湿度传感器采用am2302传感器；

粉尘传感器采用pm7003传感器；

有害气体传感器采用tgs2600传感器。

所述的wifi模块的型号为esp8266；

所述的语音模块采用xfm105-52-21-1麦克风阵列模块。

监测主机使用嵌入式单片微机，可对数据进无尘车间的环境数据进行采集、处理、显示，实现语音播报和设备控制，监测主机通过wifi模块将数据发送到云平台。移动终端通过互联网与云平台相连，实现多端访问，实现远程实时操作等功能。还有多种物联网通信的接入方式，操作简单。

本实用新型的优点是：本实用新型增加物联网云平台远程监测，主机具有多种功能，智能交互，稳定低耗，时效性强，多种物联网通信接入方式，可选择有线或者无线通信，电脑平台和移动终端操作简单，具有不同的系统访问权限，安全性高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为监测主机的原理框图。

图3为主控模块的硬件电路设计图。

图4为传感器硬件接口电路图。

图5为粉尘传感器硬件接口电路图。

图6为tgs2600传感器模块硬件接口电路图。

图7为wifi模块硬件接口电路图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种应用于无尘车间环境监控的物联网语音交互装置，包括有监测主机1、云平台2和移动终端3，所述的监测主机1包括有主控模块4以及分别与主控模块4连接的温湿度传感器5、粉尘传感器6、有害气体传感器7、语音模块8、设备控制模块9、电源适配器10、oled显示模块11、扬声器12和wifi模块13，wifi模块13通过路由器分别与云平台2和移动终端3连接，移动终端3还与云平台2通讯连接。

所述的主控模块4使用stc12c5a60s2作为mcu。

stc12c5a60s2单片机是宏晶科技生产的8位单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，内部集成max810专用复位电路,具有2路pwm信号输出以及8路高速10位a/d转换接口。主控模块的硬件电路设计如图3所示。单片机使用5v的直流电源设配器10为单片机供电。单片机使用11.0592mhz有源晶振，晶振两端需要接22pf的电容与地连接。rst接复位电路，使用一个轻触按键拉高复位。使用10k排阻对p0口进行上拉。

所述的温湿度传感器5采用am2302b传感器。am2302b湿敏电容数字温湿度是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器,传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。传感器具有极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。

传感器硬件接口电路如图4所示。传感器使用3.3v供电，单总线接口sda与r5串联后和单片机的io口相连，c4为滤波电容，可以抗干扰。

粉尘传感器6采用pm7003传感器。pms7003是一款基于激光散射原理的数字式通用颗粒物浓度传感器，可连续采集并计算单位体积内空气中不同粒径的悬浮颗粒物个数，即颗粒物浓度分布，进而换算成为质量浓度，并以通用串口输出。粉尘传感器硬件接口电路如图5所示。传感器使用5v供电，set和reset使用3.3v电压拉高，txd和rxd分别接stc12c5a60s2的p1.2和p1.3，即单片机的第二个串口。

有害气体传感器7采用tgs2600传感器模块。tgs2600是产自日本的空气质量传感器，对极其微弱的空气污染气体具有很高的灵敏度。气体的浓度越高传感器的电导率也会越高。仅用简单的电路就可以将电导率的变化转换成与该气体浓度相对应的信号输出。tgs2600非常小型化，加热器电流仅需42ma，外壳采用标准的to-5金属封装。tgs2600传感器模块硬件接口电路如图6所示。tgs2600传感器模块使用5v供电，其中aout模拟信号输出接单片机的p1.0接口进行a/d转换，转换速度可达250k/s(每秒钟25万次)。

所述的wifi模块13的型号为esp12f。esp-12fwifi模块是由安信可科技开发的，该模块核心处理器esp8266在较小尺寸封装中集成了业界领先的tensilical106超低功耗32位微型mcu，带有16位精简模式，主频支持80mhz和160mhz，支持rtos，集成wi-fimac/bb/rf/pa/lna以及板载天线。该模块支持标准的ieee802.11b/g/n协议，完整的tcp/ip协议栈。用户可以使用该模块为现有的设备添加联网功能，也可以构建独立的网络控制器。硬件接口电路如图7所示。esp12f使用3.3v供电，通信串口引脚esp_tx和esp_rx分别和单片机rxd和txd连接，从而实现相互通信。gpio0和gpio2需要拉高，使能gpio15串联4.7kω后接地拉低。

所述的语音模块8采用xfm10521麦克风阵列模块。科大讯飞模块xfm10521是一款基于5麦克风阵列的语音前端解决方案。模块利用麦克风阵列的空域滤波特性，通过对唤醒人的角度定位，形成定向拾音波束，并对波束以外的噪声进行抑制，提升远场拾音质量、保证识别效果。

使用usb转串口数据线与xfm10521麦克风阵列模块，并配置串口通信参数如下：波特率115200；数据位8；奇偶校验位无；停止位1；流控无。使用securecrt工具可以对语音唤醒、声源定位、噪声抑制等进行设置。由于麦克阵列的功能特性，唤醒后默认的音频采集方位定向为唤醒的角度，在非唤醒的方位语音和噪声会受到抑制。

监测主机能对监测端数据进行采集、处理、显示、查看，实现语音播报和预警，监测主机使用stc12c5a60s2作为主控模块的mcu，采集am2302温湿度传感器、pm7003粉尘传感器以及tgs2600有害气体传感器的数据，并通过oled进行显示。主机可以通过esp8266wifi模块与路由器连接从而与智能云平台（onenet）实现对接。主机由电源适配器直接提供5v电源。监测主机具有设备控制模块，使用继电器方式进行设备的控制。

该系统采用科大讯飞麦克风阵列模块xfm105-52-21-1，用户通过语音模块可以实现与主机的交互，包括主动询问无尘车间的实时环境状态，以及某些环境数据超过设定的数值时主机实现语音播报。主机可以实现语音设置，实现可选播报、自动播报等功能，极大增强用户体验。

用户将监测主机的wifi配置到路由器中，先与传感云云平台实现对接，可以把采集的数据上传到云平台上。

监测主机开机后可以采集数据，包括环境温湿度、粉尘数量、有害气体浓度，并在led显示屏中显示。如果数据发生异常或者超过阈值就会触发扬声器报警。数据通过wifi模块发送到智能云平台，用户使用平板电脑、手机等打开web网页或者app软件通过互联网查看无尘车间的环境信息。当然，用户也可以在局域网（lan）中查看数据。