基于物聯網的實驗室安全智能預警系統

摘 要：基于物聯網技術和ZigBee無線傳感技術的飛速發展，為解決高校實驗室安全問題，現提出一種基于傳感器、無線通信模塊的實驗室安全預警系統。該系統以ZigBee為基礎，利用溫濕度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等實現對實驗室環境溫度、濕度、煙霧濃度、人體紅外等的實時監測，一旦環境參數異常，系統將通過短信的方式通知管理員，同時用戶可以通過Web查看實驗室的環境參數。系統實際運行結果表明，設計方案切實有效，具有一定的實用價值。

關鍵詞：實驗室；安全預警；物聯網

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）05-0197-02

Laboratory Security Intelligent Warning System Based on the Internet of Things

LIN Cailing，BAO Jiaqi，XU Jianguo

（Yangtze University College of Technology Engineering，Jingzhou 434020，China）

Abstract：Based on internet of things technology and the rapid development of ZigBee wireless sensor technology，to solve the problem of laboratory safety in colleges and universities，a laboratory safety early warning system based on sensor and wireless communication module is put forward. The system based on ZigBee，the use of temperature and humidity sensor，smoke sensor，infrared sensor for the laboratory environments such as temperature，humidity，smoke concentration，the human body infrared，such as real-time monitoring，once the abnormal environment parameters，system through text messages to inform the administrator，at the same time，the user can through the web to check the lab environment parameters. The actual operation results show that the design scheme is effective and has practical value.

Keywords：laboratory；security warning；internet of things

1 研究背景

隨著實驗室建設步伐逐步加快，從學生到教師和實驗人員，其操作技能及安全意識參差不齊，使得安全工作面臨越來越多的問題。而學校安排監管人工模式定期檢查實驗室安全的方式，并不能從根本上解決實驗室存在的安全問題。而隨著物聯網技術和計算機技術的飛速發展，在人員配置不變甚至適當減少的情況下，完全可以引入智能化管理理念，研發低成本、高效率而且簡單易用的實驗室智能安全預警系統。

2 系統功能設計

2.1 系統架構

本系統硬件部分由ZigBee傳感器模塊、協調器模塊、服務器、瀏覽器等部分組成。系統將ZigBee傳感器模塊放置在實驗的多個角落，傳感器模塊搭載有溫濕度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等，協調器模塊在組網成功后采用輪詢的方式依次獲取實驗室的溫度、濕度、煙霧濃度、紅外等多種環境數據，并將數據庫上傳到服務器，利用數據庫進行數據的錄入和整理，建立對應的關系圖，形成關系之間的網絡圖。最后通過Web對應的框圖對數據進行展示，當某項數據超過由系統設定的臨界值時，通過短信的方式提醒用戶，起到預警作用。用戶也可以通過Web實時查看各項相關數據值，以對環境進行實時監控。

2.2 ZigBee模塊設計

ZigBee模塊分為協調器和終端節點兩部分，終端節點可以搭載溫濕度、紅外、煙霧等各類傳感器，終端節點放置于實驗室內的各個角落，用于實現多點的相關的各類環境信息采集，而協調器組網成功后將通過輪詢的方式獲取各類傳感器采集到的環境數據，最后通過USB接口傳至服務器。

該系統服務端根據設置的COM端口和波特率、校檢位、停止位等打開串口，等待接收由ZigBee協調器傳遞的十六進制數據。在系統確定接收到十六進制數據后，再利用循環語句判斷數據屬于哪種環境類型，最后對數據進行解析、處理后送至服務器，經過服務器請求存儲至數據庫對應的表中。

2.3 系統軟件設計

本系統主要采用WebForm模式設計Web代碼，后臺管理人員登錄后進入系統后臺管理頁面，用戶通過瀏覽器利用Http協議向服務器發送請求，等待服務器響應將結果返回給客戶端，最后由客戶端展示動態的Web頁面以顯示環境信息的變化情況，以便管理員能夠及時作出反應。若是環境參數超過設置值，則觸發報警程序，以短信方式告知管理員，并反饋數據到主機。

數據庫作為組織、存儲和管理數據的倉庫，為后臺程序提供強有力的支持。因為篇幅所限，此處給出本系統的兩張主要數據表，分別是表1用戶賬號表和表2環境信息表。

Account表主要用于用戶個人的相關信息管理，如登錄、注冊和修改個人信息。Env表主要存放由硬件Zigbee模塊讀出后被解析的多種數據及當前時間。

3 系統功能實現

系統開發采用C#語言，ASP.NET服務端腳本技術，基于Visual Studio2012，SqlServer 2008數據庫搭建程序的運行環境，使用瀏覽器對客戶端進行訪問。

系統將從串口緩沖區接收字符信息存放在byte型16進制的數組中，將該數據解析成字符串，再存放在自定義的一個變量中。利用Sql編程提供的SqlConnection類與后臺數據庫建立連接，用SqlCommand的ExecuteNonQuery方法把對應的數據插入數據庫表中。

管理人員通過登錄頁驗證賬號和填寫密碼進入主界面，如圖2所示。在主界面中，管理人員可以進行相關的操作，完成對環境的實時監控，查看環境異常觸發報警過程已經在個人中心實現對部分相關信息的查改。

4 結 論

此次設計的實驗室安全預警系統利用了ZigBee無線網絡的特點，在一定程度上提高了實驗室安全保護的效率，能夠對實驗室的各項環境參數進行實時多點監測，實現了智能化網絡安全監控的功能。系統實際運行結果表明，設計方案切實有效，具有一定的實用價值。

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作者簡介：林彩玲（1997-），女，漢族，湖北黃岡人，本科。研究方向：計算機應用。