基于移動互聯的實驗室安全智能防控系統設計

摘 要：針對實驗室安全存在的問題，設計了一套基于移動互聯的實驗室安全智能防控系統。該系統包含傳感器、傳輸單元、執行器和軟件APP，實現了對實驗室的防水、防火和防盜進行在線集中監測。實驗人員可通過智能終端對實驗室實時狀態進行監控。實驗證明，該系統穩定可靠，具有很強的實用價值

關鍵詞：實驗室安全；移動互聯；智能；監控

中圖分類號：TP311.52；TP277 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0171-03

Abstract：Aiming at the problem of laboratory safety，a set of laboratory security intelligent control system based on mobile interconnection is designed. The system includes sensor，transmission unit，actuator and software APP，and it implements the online centralized monitoring functions of waterproof，fireproof and antitheft of the laboratory. The laboratory can monitor the real-time status of the laboratory through intelligent terminals. The experimental results show that the system is stable and reliable，it has strong practical value.

Keywords：laboratory safety；mobile interconnection；intelligent；monitoring

0 引 言

2013年，教育部辦公廳發布了《教育部辦公廳關于進一步加強高等學校實驗室危險化學品安全管理工作的通知》（教技廳[2013]1號）文件[1]。2017年2月，教育部辦公廳又發布了《教育部辦公廳關于加強高校教學實驗室安全工作的通知》（教高廳[2017]2號）[2]。通知指出了實驗室的安全不僅要通過安全意識、建立安全責任體系、完善安全運行機制、推進安全宣傳教育、開展安全專項檢查等，還需要進行多方聯動，提高實驗室安全應急能力。由此不難看出，高校教學實驗室安全工作對于各高校來說都非常重要。

隨著信息技術快速發展，特別是移動互聯技術的發展，對實驗室進行實時、全天候進行監控成為了可能，用于實驗室防火、防盜、防水的相關檢測設備在國內外也已非常普遍，但是能夠將以上功能高度集成并通過APP來實現遠程的智能化系統還很少[3-6]。

為提高實驗室安全應急能力，本文設計一套能夠實現實驗室安全智能防控系統。通過使用該系統，可以實現對實驗室情況的實時遠程監控，節省人力物力，可提升實驗室安全管理的水平。

1 系統架構

如圖1所示，實驗室安全智能防控系統包含硬件和軟件APP，其中硬件主要包括傳感器（水浸傳感器、煙霧報警器、門磁傳感器、人體紅外探測器）、傳輸單元（ZigBee組網、藍牙通信、Wifi通信）和執行器（聲光報警）。

1.1 傳感器部分

用于感知外界信號，產生的信號通過RS485傳送到ZigBee節點。具體包括：

（1）水浸傳感器：由水浸探頭和檢測器組成，當水浸探頭被水浸濕時，檢測器會輸出開關量信號（精度為0.5mm），用于檢測實驗室是否發生漏水事故；

（2）煙霧報警器：采用煙霧中的顆粒折射紅外光的原理，當有煙霧進入時，由于散射作用，使接收光信號增強，當煙霧達到一定濃度時，探測器報警指示等閃爍，并發出報警聲，輸出開關量信號；

（3）門磁傳感器：用來探測門窗是否被非法打開或移動。平時處于工作守候狀態，一旦永久磁體離開干簧管一定距離后，傳感器的觸點端子處于開路狀態；

（4）人體紅外探測器：依靠探測人體發射的紅外線來進行工作。一旦有人入侵到實驗室，將轉換成電壓信號。

1.2 傳輸單元

本系統采用了北京神州祥升公司的移動互聯控制設備，該設備支持RS485有線和4種無線通信，分別是ZigBee、藍牙、433MHz通信、315MHz通信。

（1）RS485有線通信：主要用于ZigBee節點連接各繼電器；

（2）ZigBee組網：是一種低速、短距離的無線傳輸方式，具有低速、低成本、低功耗等特點，支持大量網絡節點、組網簡單、快速、安全。在本系統由于包含大量感知器件，采用ZigBee方式組網能夠很好的滿足系統的要求；

（3）藍牙通信：本系統采用藍牙實現移動h互聯控制器與平板APP之間進行通信；

（4）Wifi組網：通過使用Internet網，實現與其它移動終端的通信；

（5）RF315通信：人體紅外直接通過RF315與移動互聯控制器進行通信。

1.3 執行器

本系統執行器主要是指聲光報警器，如有其它需要，可增加排風扇，開燈查監控等執行操作。

軟件APP又包含平臺APP和智能手機端APP。其中，平板上的APP主要功能包括：

（1）布防/撤防功能：實驗管理人員或教師不在實驗室的時候布防，在的時候撤防；

（2）漏水報警：當實驗室發生漏水時，物業中心的報警器會響起，實驗室的智能終端會收到消息，并將消息及時通知到實驗人員手機上，同時記錄消息類型和時間；

（3）防火報警：一旦實驗室存在煙霧，物業中心的報警器會響起，實驗室的智能終端會收到消息，并將消息及時通知到實驗人員手機上，同時記錄消息類型和時間；

（4）防盜報警：通過安裝門磁傳感器和人體紅外探測器來檢測非法人員入侵，防止被盜，一旦存在非法入侵，物業中心的報警器會響起，實驗室的智能終端會收到消息，并將消息及時發送到實驗人員手機上，同時記錄消息類型和時間；

（5）可解除紅外聲光報警。

智能手機上的APP主要功能包括：

（1）接收平板發出的報警信息，并顯示、記錄報警信息；

（2）可解除紅外聲光報警。

2 軟件流程分析

如圖2所示，為本系統軟件流程圖，具體執行過程如下：

（1）當有報警消息到來時，將數據通過藍牙發送至平臺APP，平板APP將根據報警消息類型，確定響應具體的執行器，通過藍牙發送指令至移動互聯控制器，做出相應的執行動作；同時，彈出報警信息，并記錄消息至數據庫；最后，還將報警消息通過因特網發送至智能終端APP。

（2）智能終端APP收到來自因特網的報警消息后，也將彈出報警消息，并記錄消息至數據庫。

（3）手持智能終端和平板的用戶都可取消報警。當智能終端用戶取消報警時，通過因特網發送至平板APP，平板APP則先發送取消指令至移動互聯控制器，執行取消執行器動作操作，然后發送指令至智能終端APP，執行取消報警操作；平板用戶還可直接點擊取消報警，這時將發送取消指令至移動互聯控制器，執行取消執行器動作操作。

3 數據庫設計

本系統涉及到要記錄報警信息，因此需要涉及到數據庫設計。本文采用了輕型的數據庫SQLite。程序啟動時，判斷表是否存在，如果不存在則新建一個。

建表的SQL代碼為：

create table if not exists alerting_table（time varchar（10），news varchar（10））

在后續的編程中，當有報警信息時，則執行插入操作。當需要查看時，則執行查詢操作。

4 結 論

本文充分利用移動互聯技術，可對多傳感器數據進行融合、組網、傳輸、處理，還能將不同的報警信息集中在一個平臺上（APP）處理，實現對實驗室防水、防火和防盜進行在線集中監測，及時發送警報消息到實驗室管理人員手機（APP），可對實驗室安全狀態進行實時的遠程監控，具有很強的實用價值。

參考文獻：

[1] 教育部辦公廳.教育部辦公廳關于進一步加強高等學校實驗室危險化學品安全管理工作的通知[EB/OL].http：//old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7062/201305/152275.html，2013.

[2] 教育部辦公廳.教育部辦公廳關于加強高校教學實驗室安全工作的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A08/moe_736/moe_735/s5661/201703/t20170309_298727.html，2017.

[3] 王珍鳳，王建飛.基于Labview與無線網絡的多終端實驗室監控系統設計 [J].蚌埠學院學報，2017（6）：21-25.

[4] 付麗琴，金紅莉.基于物聯網的實驗室遠程監控系統設計 [J].電子測試，2017（23）：81-82+88.

[5] 王艷春，馬馳，石標.開放實驗室遠程實時監控系統應用研究 [J].高師理科學刊，2017（10）：80-82.

[6] 彭慶輝，齊永虎，謝東.互感器實驗室安全監控報警系統的應用 [J].科學技術創新，2017（28）：115-116.

作者簡介：梁博（1996-），男，江蘇鹽城人，常州紡織服裝職業技術學院學生，2017年國家獎學金獲得者，江蘇省高等職業院校技能大賽二等獎獲得者，主持2017年江蘇省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目。研究方向：計算機技術和移動互聯應用技術。