基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，包括安裝于高校實驗室內(nèi)的安全監(jiān)控終端和遠程設(shè)置的監(jiān)控中心，所述安全監(jiān)控終端和監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)連接；該安全監(jiān)控終端包括微控制器、門禁模塊、以太網(wǎng)接口、GPRS模塊、報警模塊和傳感模塊，該門禁模塊、以太網(wǎng)接口、GPRS模塊、報警模塊和傳感模塊均與微控制器相連接；該監(jiān)控中心包括實時相連接的實驗室管理人員監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器，還包括用于實驗室管理人員使用的手機終端，數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器與門禁模塊通過校園網(wǎng)相連接；所述GPRS模塊還與手機終端信號連接?；谖锫?lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)相結(jié)合能夠?qū)嵤┍O(jiān)測、且可擴展。
【專利說明】
基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高校實驗室是學(xué)校開展實踐教學(xué)，進行人才培養(yǎng)的必備場所。隨著我國高等教育的飛速發(fā)展，高校對實驗室建設(shè)力度都相對加強，實驗室的規(guī)模和設(shè)備的購置等各方面的幅度均有很大提高，隨之而來實驗室的安全隱患也不斷增加和升級。在高校眾多的實驗室內(nèi)使用了種類繁多的化學(xué)藥品，易燃易爆物品。有的實驗需要在高溫高壓或者高轉(zhuǎn)速等特殊環(huán)境下或條件下進行，有的實驗會排放有毒物質(zhì)。加之實驗室對外開放的程度不斷增加，使得實驗的安全隱患累加，為保障實驗室工作和學(xué)習(xí)的健康與安全，減少財產(chǎn)損失，建立完善的高校實驗室安全管理系統(tǒng)是十分必要的。
[0003]目前高校實驗室安全管理系統(tǒng)主要存在以下不足和缺陷:(I)缺乏智能化。實驗室安全隱患主要依賴實驗教師人力排查，管理效率低下。安全實時報警信息無法遠程監(jiān)控。
(2)缺乏統(tǒng)一的信息平臺。對于實驗室門禁管理、安全預(yù)警、報警及監(jiān)控的功能完全獨立，不能統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，影響實驗室的安全和資源利用率。(3)安全管理裝置功能設(shè)計單一。傳統(tǒng)的安全管理裝置主要針對失竊性隱患、火災(zāi)性隱患，而沒有考慮實驗室的有毒有害物質(zhì)及機電等的安全隱患，不能滿足當前高校實驗室安全管理的多樣需求性。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)相結(jié)合的基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，能夠?qū)嵤┍O(jiān)測、且可擴展。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是，基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，包括安裝于高校實驗室內(nèi)的安全監(jiān)控終端和遠程設(shè)置的監(jiān)控中心，所述安全監(jiān)控終端和監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)連接；
[0006]該安全監(jiān)控終端包括微控制器、門禁模塊、以太網(wǎng)接口、GPRS模塊、報警模塊和傳感模塊，該門禁模塊、以太網(wǎng)接口、GPRS模塊、報警模塊和傳感模塊均與微控制器相連接;傳感模塊包括設(shè)置于實驗室內(nèi)的多個傳感器；
[0007]該監(jiān)控中心包括實時相連接的實驗室管理人員監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器，還包括用于實驗室管理人員使用的手機終端，所述數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器與門禁模塊通過校園網(wǎng)相連接;所述GPRS模塊還與手機終端信號連接。
[0008]進一步地，該安全監(jiān)控終端還包括IXD模塊，所述IXD模塊與微控制器相連接。
[0009]進一步地，該傳感模塊包括電壓傳感器、煙霧傳感器和溫濕度傳感器。
[0010]進一步地，該報警模塊包括BUZZER蜂鳴器和LED燈。
[0011]進一步地，該門禁模塊包括單片機、RF讀寫模塊、鍵盤、串口、時鐘電路、液晶顯示模塊、蜂鳴器和電磁鎖，所述RF讀寫模塊、鍵盤、串口、時鐘電路、液晶顯示模塊、蜂鳴器和電磁鎖均與單片機相連接，所述電磁鎖和單片機間連接有電子鎖門禁繼電器驅(qū)動。
[0012]本實用新基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置具有如下優(yōu)點:本系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)相結(jié)合設(shè)計出能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠距離監(jiān)控的開放性實驗室安全管理系統(tǒng)，并將GPRS網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)結(jié)合，使用Cortex-A9嵌入式物聯(lián)網(wǎng)終端完成實驗室的安全預(yù)警、安全報警及智能門禁的功能。系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于高校實驗室安全監(jiān)控，實現(xiàn)了終端電腦、平板或智能手機與實驗室監(jiān)控點的數(shù)據(jù)交互和控制，有效提高了實驗室的智能化管理水平，滿足了實驗室安全管理對實時性和高效化的要求。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本實用新型中門禁模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]其中:1.監(jiān)控中心，1-1.實驗室管理人員監(jiān)控終端；1-2.數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器；1-3.手機終端;2.安全監(jiān)控終端;2-1.微控制器;2-2.門禁模塊;2-3.以太網(wǎng)接口； 2-4.GPRS模塊;2-5.報警模塊;2-6.傳感模塊;2-7.電源電路;2-21.單片機;2-22.RF讀寫模塊;2-23.鍵盤；2-24 ?串口; 2-25.時鐘電路；2-26.液晶顯示模塊；2-27.蜂鳴器；2-28.電磁鎖；2-29電子鎖門禁繼電器驅(qū)動。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，如圖1所示，包括安裝于高校實驗室內(nèi)的安全監(jiān)控終端2和遠程設(shè)置的監(jiān)控中心I，安全監(jiān)控終端2和監(jiān)控中心I網(wǎng)絡(luò)連接;安全監(jiān)控終端2包括微控制器2-1、門禁模塊2-2、以太網(wǎng)接口 2-3、GPRS模塊2-4、報警模塊2-5、傳感模塊2-6和電源電路2-7，門禁模塊2-2、以太網(wǎng)接口 2_3、GPRS模塊2_4、報警模塊2-5、傳感模塊2-6和電源電路2-7均與微控制器2-1相連接;傳感模塊2-6包括設(shè)置于實驗室內(nèi)的多個傳感器，該傳感模塊2-6包括電壓傳感器、煙霧傳感器和溫濕度傳感器，所述電壓傳感器、煙霧傳感器和溫濕度傳感器器用于采集實驗室化學(xué)藥品存儲監(jiān)控信號和實驗過程中對儀器設(shè)備火災(zāi)以及危害人身健康異常狀態(tài)信號；監(jiān)控中心I包括實時相連接的實驗室管理人員監(jiān)控平臺1-1和數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器1-2，還包括用于實驗室管理人員使用的手機終端1-3，數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器1-2與門禁模塊2-2通過校園網(wǎng)相連接;GPRS模塊2-4還與手機終端1-3信號連接。安全監(jiān)控終端2還包括LCD模塊，LCD模塊與微控制器2-1相連接。報警模塊2-5包括BUZZER蜂鳴器和LED燈。
[0017]本實用新型基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，如圖2所示，門禁模塊2-2包括單片機2-21、RF讀寫模塊2-22、鍵盤2-23、串口 2-24、時鐘電路2-25、液晶顯示模塊2-26、蜂鳴器2-27和電磁鎖2-28，RF讀寫模塊2-22、鍵盤2-23、串口 2-24、時鐘電路2-25、液晶顯示模塊2-26、蜂鳴器2-27和電磁鎖2-28均與單片機2-21相連接，電磁鎖2-28和單片機2-21間連接有電子鎖門禁繼電器驅(qū)動2-29。
[0018]本實用新型基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，實驗室安全監(jiān)控終端主要由ARM Cortex_A9嵌入式終端組成，微控制器2-1選用Samsung公司的Exynos4412Cortex_A9四核嵌入式處理器，主頻高達1.6GHz，該CPU采用采用最新的32nm HKMG工藝，性能強大，支持32k—級緩存，IMB二級緩存，增強的VFP浮點體系結(jié)構(gòu)內(nèi)存控制器是新一代的規(guī)格DDR3/LPDDR3 1600MHZ雙端口，可提供12.8GB/S高帶寬，高分辨率下的高清視頻解碼、3D圖形顯示、高分辨率圖形信號等，支持多種格式視頻硬解碼，1080P，支持MEPG-4/H.263/H.264編解碼，3D圖形核心整合了ARM新一代的Mal 1-400，支持大量API，支持OpenG2.0，OpenVG I.I和OpenCL 1.1 Full Profile。通過校園網(wǎng)與Web服務(wù)器進行通信，實現(xiàn)實驗室的安全門禁及安全報警功能，Web服務(wù)器是一臺連接到實驗室安全監(jiān)控終端或網(wǎng)絡(luò)的PC機，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)實驗室安全監(jiān)控現(xiàn)場信息采集的分析和處理，并發(fā)送控制指令，實現(xiàn)與瀏覽器的交互及對相應(yīng)的軟件管理，為實驗室管理人員提供監(jiān)控平臺。
[0019]傳感模塊2-6主要由各類傳感器組成，用于采集實驗室化學(xué)藥品存儲監(jiān)控信號和實驗過程中對儀器設(shè)備火災(zāi)以及危害人身健康異常狀態(tài)信號。
[0020]電壓傳感器由瑞士LEM公司的霍爾電壓傳感器LV25-P完成，此傳感器采用反饋控制原理，以霍爾原件為基本檢測單元?？雇饨珉姶鸥蓴_，原邊電路具有高過載能力，原邊電路和副邊電路之間有很好的電絕緣性。供電電壓± 12-15V，精確度± 0.9 %，溫度范圍為O0C -70 0C，具有很高的靈敏度，響應(yīng)時間小于40ys。耐壓4.1KV，輸出25mA。
[0021]煙霧傳感器選用MQ-2半導(dǎo)體離子式氣體傳感器。此傳感器驅(qū)動電路簡單，靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強，可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息；其檢測可燃氣體與煙霧的范圍是100-20000ppm，在廣泛的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度，尤其對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高。工作溫度為-10°C-+50°C，工作濕度為10—90%，工作電源為 220Vac/9VDC。
[0022]溫濕度傳感器采用瑞士公司生產(chǎn)的基于CMOSens TM技術(shù)數(shù)字溫濕度傳感器，型號為SHTll。該傳感器將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口全部集成于一芯片；帶有工業(yè)標準的I2C總線數(shù)字輸出接口；具有卓越的長期穩(wěn)定性;濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位;具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能；電源電壓范圍為2.4?5.5V;電流消耗，測量時為550μΑ，平均為28μΑ，休眠時為3μΑ。
[0023]電化學(xué)感器主要是對有毒有害化學(xué)物質(zhì)易燃易爆物質(zhì)的監(jiān)控。選用蔚盛科技的ΜΕ2-02型電化學(xué)氣體傳感器，該傳感器利用被測氣體在傳感器工作電極和對電極上發(fā)生相應(yīng)的氧化還原反應(yīng)并釋放電荷，通過外電路形成電流，電流大小與氣體濃度成正比，從而實現(xiàn)對目標氣體的定量測量。具有低功耗、高精度、高靈敏度、抗干擾能力強和優(yōu)異的重復(fù)性和穩(wěn)定性。量程為O—25%￥01，最大量程達到30%￥01，靈敏度:0.10?0.1611^(空氣中)，響應(yīng)時間(Τ90) < 15S，溫度范圍-20 0C?+50 °C，壓力范圍為標準大氣壓±10%。
[0024]GPRS模塊:采用SMCOM公司的SM800H，其工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，同時支持GPRS mult1-slot class 12/10和GPRS mobile stat1n class B，其GPRS class 12傳輸速率最大可達85.6kbps(下行/下行)，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。模塊尺寸為15.8* 17.8*2.4mm，可滿足用戶應(yīng)用對空間尺寸的需求。超低功耗，待機電流小于0.7mA。此外，S頂800H支持串行接口、USB接口及SM卡接口。供應(yīng)電壓范圍3.4-4.3v，操作溫度范圍:-40?+85°C。
[0025]報警模塊2-5由BUZZER蜂鳴器和LED燈組成，系統(tǒng)正常工作時，蜂鳴器不響且LED保持不亮的狀態(tài)；當有警情發(fā)生時，蜂鳴器發(fā)出報警聲音，同時LED不斷漸明漸暗的閃爍發(fā)出警報。
[0026]IXD模塊選用日本SEIK0PS0N公司的SED1336的液晶顯示控制器。有較強功能的1緩沖器;指令功能豐富;4位數(shù)據(jù)并行發(fā)送；圖形和文本方式混合顯示。SED1336圖形點陣LCD模塊，顯示格式為128(列)X64(行)，可以采用串行方式或并行方式很容易與16位的單片機相連。
[0027]門禁模塊采用獨立的MCU控制，控制信號可來源于RF模塊的輸出，又帶有自身的控制信息，以實現(xiàn)非常規(guī)情況下的開啟，保證門禁系統(tǒng)的安全。
[0028]門禁模塊2-2中的主控芯片選用STC公司STC89C52單片機，該單片機使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，具有以下標準功能:8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)部自帶4KB的EEPROM閃存，MAX810復(fù)位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。
[0029]RF讀寫卡用于讀取校園一卡通上的學(xué)生信息。選用PHILIPS公司的非接觸技術(shù)設(shè)計的微型嵌入式非接觸式IC卡讀寫模塊MF RC522，該模塊是專門針對Mifare One(13.56MHz)射頻卡，帶有自動默認尋卡功能。內(nèi)嵌MF RC500射頻基站，通過選定的IIC和UART接口發(fā)送命令就可以對卡片進行所有的操作;供電電壓+5V，電流小于30mA，讀卡距離5-10cmo電子鎖門禁驅(qū)動電路的選擇L298N芯片。電磁鎖:在主控芯片的控制下實現(xiàn)門的開啟和閉合。
[0030]本實用新型基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，(I)門禁安全管理采用13.56MHz的RFID射頻卡，使用校園一卡通刷卡開啟實驗室門禁，控制不同的使用者允許進出的時間及允許進出的實驗室，有效管理實驗室，保障實驗室的使用安全。
[0031](2)實時性:本實用新型采用全天候24h實時動態(tài)監(jiān)控實驗異常情況，通過GPRS模塊可以在第一時間向相關(guān)管理人員發(fā)送遠程報警信息，使實驗室安全管理提升到一個全新的管理模式。
[0032](3)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新:實驗室各監(jiān)控點均可通過監(jiān)控中心電腦和移動智能手機進行監(jiān)控，實現(xiàn)了終端電腦和智能手機與實驗室監(jiān)控點的數(shù)據(jù)交互和控制，系統(tǒng)是一個典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
[0033](4)可擴展性:本裝置可將滿足標準規(guī)范的傳感器接入監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對不同安全監(jiān)控類型及多個監(jiān)控點的擴展，配置靈活，是一個可重組的具有高擴展性監(jiān)控裝置。
【主權(quán)項】
1.基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，其特征在于，包括安裝于高校實驗室內(nèi)的安全監(jiān)控終端(2)和遠程設(shè)置的監(jiān)控中心(I)，所述安全監(jiān)控終端(2)和監(jiān)控中心(I)網(wǎng)絡(luò)連接； 所述安全監(jiān)控終端(2)包括微控制器(2-1),門禁模塊(2-2)、以太網(wǎng)接口( 2-3)、GPRS模塊(2-4)、報警模塊(2-5)、傳感模塊(2-6)和電源電路(2-7)，所述門禁模塊(2_2)、以太網(wǎng)接口( 2-3)、GPRS模塊(2-4)、報警模塊(2_5)、傳感模塊(2-6)和電源電路(2-7)均與微控制器(2-1)相連接;所述傳感模塊(2-6)包括設(shè)置于實驗室內(nèi)的多個傳感器； 所述監(jiān)控中心(I)包括實時相連接的實驗室管理人員監(jiān)控終端(1-1)和數(shù)據(jù)庫/WEB月艮務(wù)器(1-2)，還包括用于實驗室管理人員使用的手機終端(1-3)，所述數(shù)據(jù)庫/WEB服務(wù)器(1-2)與門禁模塊(2-2)通過校園網(wǎng)相連接;所述GPRS模塊(2-4)還與手機終端(1-3)信號連接。2.按照權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，其特征在于，所述安全監(jiān)控終端(2)還包括IXD模塊，所述IXD模塊與微控制器(2-1)相連接。3.按照權(quán)利要求1或2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，其特征在于，所述傳感模塊(2-6)包括電壓傳感器、煙霧傳感器和溫濕度傳感器。4.按照權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，其特征在于，所述報警模塊(2-5)包括BUZZER蜂鳴器和LED燈。5.按照權(quán)利要求4所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室安全管理裝置，其特征在于，所述門禁模塊(2-2)包括單片機(2-21)、RF讀寫模塊(2-22)、鍵盤(2_23)、串口( 2-24)、時鐘電路(2-25),液晶顯示模塊(2-26 )、蜂鳴器(2-27)和電磁鎖(2_28)，所述RF讀寫模塊(2_22)、鍵盤(2-23)、串口( 2-24)、時鐘電路(2-25)、液晶顯示模塊(2-26)、蜂鳴器(2-27)和電磁鎖(2-28)均與單片機(2-21)相連接，所述電磁鎖(2-28)和單片機(2-21)間連接有電子鎖門禁繼電器驅(qū)動(2-29)。
【文檔編號】G08C17/02GK205679988SQ201620617912
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日 公開號201620617912.8, CN 201620617912, CN 205679988 U, CN 205679988U, CN-U-205679988, CN201620617912, CN201620617912.8, CN205679988 U, CN205679988U
【發(fā)明人】強云霄, 樊子民
【申請人】西安科技大學(xué)