基于移动互联的实验室安全智能防控系统设计

摘 要：针对实验室安全存在的问题，设计了一套基于移动互联的实验室安全智能防控系统。该系统包含传感器、传输单元、执行器和软件APP，实现了对实验室的防水、防火和防盗进行在线集中监测。实验人员可通过智能终端对实验室实时状态进行监控。实验证明，该系统稳定可靠，具有很强的实用价值

关键词：实验室安全；移动互联；智能；监控

中图分類号：TP311.52；TP277 文献标识码：A文章编号：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，教育部办公厅发布了《教育部办公厅关于进一步加强高等学校实验室危险化学品安全管理工作的通知》（教技厅[2013]1号）文件[1]。2017年2月，教育部办公厅又发布了《教育部办公厅关于加强高校教学实验室安全工作的通知》（教高厅[2017]2号）[2]。通知指出了实验室的安全不仅要通过安全意识、建立安全责任体系、完善安全运行机制、推进安全宣传教育、开展安全专项检查等，还需要进行多方联动，提高实验室安全应急能力。由此不难看出，高校教学实验室安全工作对于各高校来说都非常重要。

随着信息技术快速发展，特别是移动互联技术的发展，对实验室进行实时、全天候进行监控成为了可能，用于实验室防火、防盗、防水的相关检测设备在国内外也已非常普遍，但是能够将以上功能高度集成并通过APP来实现远程的智能化系统还很少[3-6]。

为提高实验室安全应急能力，本文设计一套能够实现实验室安全智能防控系统。通过使用该系统，可以实现对实验室情况的实时远程监控，节省人力物力，可提升实验室安全管理的水平。

1 系统架构

如图1所示，实验室安全智能防控系统包含硬件和软件APP，其中硬件主要包括传感器（水浸传感器、烟雾报警器、门磁传感器、人体红外探测器）、传输单元（ZigBee组网、蓝牙通信、Wifi通信）和执行器（声光报警）。

1.1 传感器部分

用于感知外界信号，产生的信号通过RS485传送到ZigBee节点。具体包括：

（1）水浸传感器：由水浸探头和检测器组成，当水浸探头被水浸湿时，检测器会输出开关量信号（精度为0.5mm），用于检测实验室是否发生漏水事故；

（2）烟雾报警器：采用烟雾中的颗粒折射红外光的原理，当有烟雾进入时，由于散射作用，使接收光信号增强，当烟雾达到一定浓度时，探测器报警指示等闪烁，并发出报警声，输出开关量信号；

（3）门磁传感器：用来探测门窗是否被非法打开或移动。平时处于工作守候状态，一旦永久磁体离开干簧管一定距离后，传感器的触点端子处于开路状态；

（4）人体红外探测器：依靠探测人体发射的红外线来进行工作。一旦有人入侵到实验室，将转换成电压信号。

1.2 传输单元

本系统采用了北京神州祥升公司的移动互联控制设备，该设备支持RS485有线和4种无线通信，分别是ZigBee、蓝牙、433MHz通信、315MHz通信。

（1）RS485有线通信：主要用于ZigBee节点连接各继电器；

（2）ZigBee组网：是一种低速、短距离的无线传输方式，具有低速、低成本、低功耗等特点，支持大量网络节点、组网简单、快速、安全。在本系统由于包含大量感知器件，采用ZigBee方式组网能够很好的满足系统的要求；

（3）蓝牙通信：本系统采用蓝牙实现移动h互联控制器与平板APP之间进行通信；

（4）Wifi组网：通过使用Internet网，实现与其它移动终端的通信；

（5）RF315通信：人体红外直接通过RF315与移动互联控制器进行通信。

1.3 执行器

本系统执行器主要是指声光报警器，如有其它需要，可增加排风扇，开灯查监控等执行操作。

软件APP又包含平台APP和智能手机端APP。其中，平板上的APP主要功能包括：

（1）布防/撤防功能：实验管理人员或教师不在实验室的时候布防，在的时候撤防；

（2）漏水报警：当实验室发生漏水时，物业中心的报警器会响起，实验室的智能终端会收到消息，并将消息及时通知到实验人员手机上，同时记录消息类型和时间；

（3）防火报警：一旦实验室存在烟雾，物业中心的报警器会响起，实验室的智能终端会收到消息，并将消息及时通知到实验人员手机上，同时记录消息类型和时间；

（4）防盗报警：通过安装门磁传感器和人体红外探测器来检测非法人员入侵，防止被盗，一旦存在非法入侵，物业中心的报警器会响起，实验室的智能终端会收到消息，并将消息及时发送到实验人员手机上，同时记录消息类型和时间；

（5）可解除红外声光报警。

智能手机上的APP主要功能包括：

（1）接收平板发出的报警信息，并显示、记录报警信息；

（2）可解除红外声光报警。

2 软件流程分析

如图2所示，为本系统软件流程图，具体执行过程如下：

（1）当有报警消息到来时，将数据通过蓝牙发送至平台APP，平板APP将根据报警消息类型，确定响应具体的执行器，通过蓝牙发送指令至移动互联控制器，做出相应的执行动作；同时，弹出报警信息，并记录消息至数据库；最后，还将报警消息通过因特网发送至智能终端APP。

（2）智能终端APP收到来自因特网的报警消息后，也将弹出报警消息，并记录消息至数据库。

（3）手持智能终端和平板的用户都可取消报警。当智能终端用户取消报警时，通过因特网发送至平板APP，平板APP则先发送取消指令至移动互联控制器，执行取消执行器动作操作，然后发送指令至智能终端APP，执行取消报警操作；平板用户还可直接点击取消报警，这时将发送取消指令至移动互联控制器，执行取消执行器动作操作。

3 数据库设计

本系统涉及到要记录报警信息，因此需要涉及到数据库设计。本文采用了轻型的数据库SQLite。程序启动时，判断表是否存在，如果不存在则新建一个。

建表的SQL代码为：

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

在后續的编程中，当有报警信息时，则执行插入操作。当需要查看时，则执行查询操作。

4 结 论

本文充分利用移动互联技术，可对多传感器数据进行融合、组网、传输、处理，还能将不同的报警信息集中在一个平台上（APP）处理，实现对实验室防水、防火和防盗进行在线集中监测，及时发送警报消息到实验室管理人员手机（APP），可对实验室安全状态进行实时的远程监控，具有很强的实用价值。

参考文献：

[1] 教育部办公厅.教育部办公厅关于进一步加强高等学校实验室危险化学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] 教育部办公厅.教育部办公厅关于加强高校教学实验室安全工作的通知[EB/OL].http：///srcsite/A08/moe_736/moe_735/s5661/201703/t20170309_298727.html，2017.

[3] 王珍凤，王建飞.基于Labview与无线网络的多终端实验室监控系统设计 [J].蚌埠学院学报，2017（6）：21-25.

[4] 付丽琴，金红莉.基于物联网的实验室远程监控系统设计 [J].电子测试，2017（23）：81-82+88.

[5] 王艳春，马驰，石标.开放实验室远程实时监控系统应用研究 [J].高师理科学刊，2017（10）：80-82.

[6] 彭庆辉，齐永虎，谢东.互感器实验室安全监控报警系统的应用 [J].科学技术创新，2017（28）：115-116.

作者简介：梁博（1996-），男，江苏盐城人，常州纺织服装职业技术学院学生，2017年国家奖学金获得者，江苏省高等职业院校技能大赛二等奖获得者，主持2017年江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目。研究方向：计算机技术和移动互联应用技术。