一种基于互联网的实验室安全管理云系统及方法与流程

本发明涉及实验室管理技术领域，具体地，涉及一种基于物联网的实验室安全管理云系统及方法。

背景技术：

高校实验室是开展科学研究的重要场所，实验室的安全关系到广大师生的人身安全和高精密仪器等财产安全，至关重要。

随着实验室开放化程度的提高，实验室规模和进入实验室工作与学习的师生数量不断增大，人员进出难以控制而存在隐患。实验室仪器种类和数量大幅增加，借入借出难以统计，一旦仪器损坏，很难追究肇事者责任，而不易察觉的损坏也易造成实验室安全事故。实验仪器自身危险性、实验人员操作的合理性，长时间使用等都增大了实验室诸如火灾、有毒气体泄露等安全隐患。

随着物联网、rfid、人工智能等技术的出现和应用，为实验室管理提供了众多便利条件。

技术实现要素：

本发明提供一种基于互联网的实验室安全管理云系统及方法，利用多种传感器实时监测实验室环境安全；所有数据利用wifi技术传至云端，实现对实验室安全的精准实时、远程监控。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种基于物联网的实验室安全管理云系统，包括：单片机，wifi模块，云服务器，信息采集模块，读写模块，驱动装置和执行部件；

所述信息采集模块和读写模块均与单片机相连，所述信息采集模块用于采集实验室内环境信息，所述读写模块用于读取实验室人员和设备信息；

所述wifi模块与单片机相连，所述wifi模块用于将单片机获取的信息传输到云服务器；

所述云服务器用于存储实验室环境信息，以及实验室人员和设备信息，并进行展示；

所述驱动装置与单片机相连，所述驱动装置用于将单片机下发的控制指令传送给相应的执行部件；

所述执行部件与驱动装置相连，所述执行部件用于执行单片机下发的控制指令；

所述单片机用于根据获取的实验室内环境信息，以及实验室人员和设备信息下发控制指令。

进一步的，所述信息采集模块包括空气温湿度传感器、空气质量传感器、有毒气体传感器、火焰传感器和漏电检测模块；

所述空气温湿度传感器用于实时采集实验室内的空气温湿度信息，并将空气温湿度信息发送至所述单片机；

所述空气质量传感器用于实时采集实验室内的空气质量信息，并将空气质量信息发送至所述单片机；

所述有毒气体传感器用于实时采集实验室内有无有毒气体并发送至所述单片机；

所述火焰传感器用于实时采集实验室内有无火焰并发送至所述单片机；

所述漏电检测模块用于实时采集实验室设备的漏电信息，并将漏电信息发送至所述单片机。

进一步的，所述空气温湿度传感器为dht11数字温湿度传感器；所述空气温湿度信息传输格式为8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

进一步的，所述读写模块包括mfrc522读写模块和klm900srfid读写模块；

所述mfrc522读写模块用于人员ic卡和13.56mhz的射频钥匙模块信号的接收，获取实验室人员卡号信息，并发送至所述单片机；

所述klm900srfid读写模块用于读取实验室设备所粘贴rfid标签，获取实验室设备借入借出信息并发送至所述单片机。

进一步的，所述控制指令包括通灭火控制指令、通风控制指令、开断电控制指令以及门锁开关控制指令。

进一步的，所述执行部件包括：灭火装置、通风装置、开断电装置和门锁装置；

所述灭火装置接收所述驱动装置发送来的灭火控制指令，执行灭火操作；

所述通风装置接收所述驱动装置发送来的通风控制指令，进行开关和档位的调整；

所述开断电装置接收所述驱动装置发送来的开断电控制指令，对漏电仪器进行闭合或断开控制；

所述门锁装置接收所述驱动装置发送来的门锁开关控制指令，对门锁进行闭合或断开控制。

进一步的，所述云服务器配置数据库，javaweb后端和网页前端，所述数据库用于存储实验室环境信息、实验室人员进出信息和设备借入借出信息；

所述javaweb后端用于将数据库内的温湿度数据采用折线图的形式，以及将设备借入借出、人员进出数据和管理员相关信息采用表格的形式在网页中展示。

进一步的，所述单片机为龙芯1c单片机。

本发明另一方面提供一种基于物联网的实验室安全管理方法，包括：

单片机获取信息采集模块上送的实验室内环境信息，以及读写模块上送的实验室人员和设备信息；所述实验室内环境信息包括：实验室内温湿度信息、空气质量信息、有毒气体信息、火焰信息和设备漏电信息；所述实验室人员和设备信息包括：实验室人员卡号信息和实验室设备借入借出信息；

单片机根据获取的信息向驱动装置下发控制指令；

驱动装置将控制指令下发至相应的执行部件执行。

进一步的，所述单片机根据获取的信息向驱动装置下发控制指令，包括：

若实验室内温湿度信息超出预测范围，则向驱动装置下发启动通风装置的控制指令；

若有毒气体信息值为1，则向驱动装置下发启动通风装置的控制指令，同时利用短信通知管理员；

若火焰信息值为1，则向驱动装置下发启动灭火装置的控制指令，同时利用短信通知管理员；

若空气质量信息值为1，则向驱动装置下发启动通风装置的控制指令，同时利用短信通知管理员；

若实验室人员卡号信息存在于预设数据库，则向驱动装置下发启动继电器模块开启门锁的控制指令。

进一步的，还包括：

单片机将获取的信息通过wifi模块上传至云服务器；

云服务器将接收的信息进行预处理后存储至mysql数据库；

云服务器的javaweb后端将mysql数据库内的信息进行分析、处理通过网页形式进行展示；展示内容包括：实验室内温湿度数据，实验室人员进出统计和实验室设备借入借出统计。

本发明达到的有益效果为：

（1）本发明系统利用多种传感器对实验室内各方面数据进行实时测量，保证实验室安全性。

（2）本发明系统利用rfid技术对实验室人员以及仪器进行实时监控，防止实验室仪器丢失。

（3）本发明系统还利用wifi将数据传输至云服务器进行数据入库、分析、处理，以及通过网页的形式展示，使得控制机制更加安全、灵活、个性，方便管理员的管理。

附图说明

图1是本发明的基于物联网的实验室安全管理云系统结构示意图；

图2是本发明的基于物联网的实验室安全管理方法流程图；

图3是本发明的基于物联网的实验室安全管理云系统网页设计图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种基于物联网的实验室安全管理云系统，包括：单片机，wifi模块，云服务器，信息采集模块，读写模块，驱动装置和执行部件；

所述信息采集模块和读写模块均与单片机相连，所述信息采集模块用于采集实验室内环境信息，所述读写模块用于读取实验室人员和设备信息；

所述wifi模块与单片机相连，所述wifi模块用于将单片机获取的信息传输到云服务器；

所述云服务器用于存储实验室环境信息，以及实验室人员和设备信息，并进行展示；

所述驱动装置与单片机相连，所述驱动装置用于将单片机下发的控制指令传送给相应的执行部件；

所述执行部件与驱动装置相连，所述执行部件用于执行单片机下发的控制指令；

所述单片机用于根据获取的实验室内环境信息，以及实验室人员和设备信息下发控制指令。

实施例1

本发明实施例提供一种基于物联网的实验室安全管理云系统，如图1所示，包括龙芯1c单片机，wifi模块，云服务器，用于采集实验室环境信息的数据采集模块包括：温湿度传感器、空气质量传感器、有毒气体传感器、火焰传感器和漏电检测模块，用于实验室安全信息记录的读取模块包括：mfrc522读写模块和klm900srfid读写模块，用于调节实验室环境的驱动装置，以及灭火装置、通风装置、开断电装置、门锁装置等执行部件。

具体的，空气温湿度传感器用于实时采集实验室的空气温湿度信息，并将空气温湿度信息发送至所述龙芯1c单片机中。

优选的，空气温湿度传感器为dht11数字温湿度传感器。数据传输格式为8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

有毒气体传感器用于实时采集实验室内是否有有毒气体，并将其发送至所述龙芯1c单片机中。

优选的，所述有毒气体传感器为mq-2烟雾传感器。

具体的，火焰传感器用于实时采集实验室内有无火焰信息，并将其发送至所述龙芯1c单片机中。

优选的，所述火焰传感器为yl-38火焰传感器。

空气质量传感器用于实时采集实验室内的空气质量是否优良，并将其发送至所述龙芯1c单片机中。

优选的，所述空气质量传感器为mq135空气质量传感器。

具体的，漏电检测模块用于实时采集实验室设备是否有漏电情况，并将漏电信息发送至所述龙芯1c单片机中。每台实验室设备均配置漏电检测模块。

具体的，所述mfrc522读写模块用于人员ic卡、13.56mhz的射频钥匙模块信号的接收，并将信号发送至所述龙芯1c单片机中。

具体的，所述klm900srfid读写模块用于读取实验室设备所粘贴rfid标签，并将rfid标签信息发送至所述龙芯1c单片机中。

具体的，所述龙芯1c单片机用于根据采集到的实验室内的温湿度信息、空气质量信息、有毒气体信息、火焰信息、漏电信息以及mfrc522接收信号，向所述驱动装置输出控制指令。

具体的，所述控制指令包括灭火控制指令、通风控制指令、开断电控制指令以及门锁开关控制指令。

具体的，所述驱动装置用于将龙芯1c单片机下发的控制指令分别传送给灭火装置、通风装置、开断电装置和门锁装置。

优选的，驱动装置包括固态继电器和弱电控制强电，固态继电器用于实现对门锁装置的控制，弱电控制强电用于实现对通风装置、开断电装置的控制。

灭火装置接收所述驱动装置发送来的灭火控制指令，执行灭火操作；

通风装置接收所述驱动装置发送来的通风控制指令，进行开关和档位的调整，进而调节实验室内空气温湿度以及空气质量；

开断电装置接收所述驱动装置发送来的开断电控制指令，进行闭合或断开控制，进而实现对漏电仪器的断电操作。

门锁装置接收所述驱动装置发送来的门锁开关控制指令，进行闭合或断开控制，进而实现门锁打开与关断。

具体的，wifi模块用于将龙芯1c单片机获取的信息传输到云服务器。

具体的，云服务器配置数据库，javaweb后端和网页前端，数据库用于存储实验室环境信息、仪器借入借出信息以及人员进出信息，javaweb后端用于将数据库存储信息进行分析、处理通过网页形式呈现出来，如果出现火焰信号、有毒气体信号或者空气质量信息时，将自动发送给管理员报警信息。

实施例2

参见图2，本发明实施例提供一种基于物联网的实验室安全管理方法，包括：

（1）基于龙芯1c单片机，运用keil软件进行编程调试，使温湿度传感器、空气质量传感器、有毒气体传感器、火焰传感器、漏电检测模块、mfrc522读写模块、klm900srfid读写模块、wifi模块能够正常工作；

（2）龙芯1c单片机获取各模块的采集数据通过wifi模块上传至云服务器，存储当前实验室内温湿度信息、空气质量信息、有毒气体信息、火焰信息、仪器漏电情况、人员进入实验室情况、以及仪器的借入借出情况；

龙芯1c单片机基于所获取的数据进行判断：

若温湿度信息超出预测范围，则向驱动装置下发启动通风装置的控制指令；若有毒气体信息值为1，则向驱动装置下发启动通风装置的控制指令，同时利用短信通知管理员；若火焰信息值为1，则向驱动装置下发启动灭火装置的控制指令，同时利用短信通知管理员；若空气质量信息值为1，则向驱动装置下发启动通风装置的控制指令，同时利用短信通知管理员；若mfrc522对比数据库存在已有卡号，则向驱动装置下发启动继电器模块开启门锁的控制指令。

（3）云服务器将接收的数据进行预处理后存储至mysql数据库。

（4）javaweb后端将mysql数据库内的温湿度数据使用折线图，仪器的借入借出、人员进出数据、管理员相关信息通过表格形式在网页呈现出来。整个网页搭建在tormacat服务器，依托于ubuntuserver实现。如图3所示，网页呈现内容包括登录界面，控制台界面，人员进出统计界面，环境管理界面，仪器借入借出界面和用户管理界面。

本发明实施例中划分不同危险级别的环境参数，在特定级别发生后，龙芯1c和云服务器作出以下反应：

a、开启灭火装置、通风装置

b、关闭实验室电源

c、发送示警短信给管理员，提示何处发生火灾。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。