基于物联网技术的实训室监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于物联网技术的实训室监控系统，包括远程管理中心、网络协调器、ZigBee路由模块和多个设备管理控制模块，设备管理控制模块通过无线方式与ZigBee路由模块进行通信；ZigBee路由模块利用网络协调器将数据通过无线网络发送至远程管理中心；RFID读卡器、环境数据采集模块和继电器控制模块分别连接ZigBee单片机，继电器控制模块的常开触点分别串联在各个实验仪器及空调的供电电路上。本实用新型通过ZigBee路由模块和多个设备管理控制模块组成ZigBee网络，并通过网络协调器利用无线网络与远程管理中心相互通讯，最终实现实训室高效实时的全面监控，杜绝安全隐患。
【专利说明】基于物联网技术的实训室监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种监控系统，尤其涉及一种基于物联网技术的实训室监控系统。
【背景技术】
[0002]实训教学是专业课教学中的一个重要组成部分，实训室内设置有各类实验仪器，学生利用实验仪器结合专业理论与实际操作完成实训教学任务，实训教学对提高学生动手和实践创新能力起着至关重要的作用。
[0003]出于实验环境要求及实验仪器安全存放要求，实训室内均设置有空调等贵重设备，且实训室的实验仪器大多价格昂贵，一旦发生意外事故，将引起巨大的经济损失，因此对实训室监控尤为重要。而现有的实训室监控方法大多采用人工或有线监控，反应速度低，监控效果差，监控盲点多，存在巨大的安全隐患。
[0004]随着物联网及ZigBee技术的发展，为我们提供了一种远程监控的思路，能够实现实训室高效实时的全面监控，既能完成对实验仪器的使用控制，同时还能对实训室环境安全进行24小时全面监控。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种基于物联网技术的实训室监控系统，能够实现实训室高效实时的全面监控，杜绝安全隐患。
[0006]本实用新型采用下述技术方案:
[0007]一种基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:包括远程管理中心、网络协调器、ZigBee路由模块和多个设备管理控制模块，设备管理控制模块通过无线方式与ZigBee路由模块进行通信；ZigBee路由模块利用网络协调器将数据通过无线网络发送至远程管理中心；所述的设备管理控制模块包括RFID读卡器、环境数据采集模块和ZigBee单片机，RFID读卡器和环境数据采集模块的信号输出端分别连接ZigBee单片机的信号输入端，ZigBee单片机的信号输出端连接继电器控制模块的信号输入端，继电器控制模块的常开触点分别串联在各个实验仪器及空调的供电电路上。
[0008]所述的ZigBee路由模块采用ZigBee路由器。
[0009]所述的环境数据采集模块包括温湿度传感器、烟雾传感器和/或红外线传感器。
[0010]所述的RFID读卡器通过RS232接口与ZigBee单片机连接。
[0011]所述的ZigBee单片机包括处理器和收发器，收发器通过SPI接口连接单片机。
[0012]所述的单片机采用MSP430F149处理器；收发器采用ZF收发器CC2430。
[0013]所述的温湿度传感器通过I2C总线与ZigBee单片机连接。
[0014]所述的烟雾传感器通过I/O接口与ZigBee单片机连接。
[0015]所述的红外线传感器通过数模转换器与ZigBee单片机连接。
[0016]本实用新型通过ZigBee路由模块和多个设备管理控制模块组成ZigBee网络，并通过网络协调器利用无线网络与远程管理中心相互通讯，最终实现实训室高效实时的全面监控，杜绝安全隐患。
[0017]本实用新型中的环境数据采集模块能够实时采集实训室内的环境数据，极大地提高了监控效果，能够避免意外事故的发生；
[0018]本实用新型中的RFID读卡器能够实现使用者的身份验证，完成对实验仪器使用的安全控制，并完成使用情况记录，实现使用信息的详细记录；
[0019]本实用新型通过构建的ZigBee实现数据无线通信，具有通信质量高、功耗低、监控范围大、网络稳定性好的优点，极大地改善了现有监控系统信息采集单一、部署安装较为复杂，鲁棒性差的缺点。同时，本实用新型前期安装和后期维护简单方便，无需大规模布线，极大地降低了施工成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的原理框图；
[0021]图2为本实用新型所述设备管理控制模块的原理框图。
【具体实施方式】
[0022]如图1和图2所示，本实用新型包括远程管理中心、网络协调器、ZigBee路由模块和多个设备管理控制模块，多个设备管理控制模块分别设置在各个实训室内，用于检测实训室内的环境参数并对实训室内的设备进行控制管理；设备管理控制模块通过无线方式与ZigBee路由模块进行相互通信；ZigBee路由模块通过网络协调器利用无线网络与远程管理中心进行相互通信。
[0023]所述的设备管理控制模块包括RFID读卡器、环境数据采集模块和ZigBee单片机，RFID读卡器和环境数据采集模块的信号输出端分别连接ZigBee单片机的信号输入端。RFID读卡器通过RS232接口与ZigBee单片机连接，RFID读卡器用于读取使用者所佩戴的IC卡信息，并将IC卡信息发送至ZigBee单片机。环境数据采集模块包括温湿度传感器、烟雾传感器和/或红外线传感器，分别用于检测实训室内的温湿度、是否出现火灾及是否有人员活动，并将采集到的信息发送至ZigBee单片机。ZigBee单片机包括处理器和收发器，收发器通过SPI接口连接单片机。ZigBee单片机可将RFID读卡器发送的IC卡信息和环境数据采集模块采集到的实训室环境信息，通过ZigBee路由模块、网络协调器利用无线网络发送至远程管理中心进行验证，并接收远程管理中心发送的命令。ZigBee路由模块采用ZigBee路由器。本实用新型还增设有继电器控制模块，ZigBee单片机的信号输出端连接继电器控制模块的信号输入端，继电器控制模块的常开触点分别串联在各个实验仪器及空调的供电电路上。因此，ZigBee单片机可通过继电器控制模块控制各个实验仪器及空调的运行。
[0024]本实用新型利用多个设备管理控制模块构建ZigBee网络，设备管理控制模块中的环境数据采集模块所采集到的信息数据通过ZigBee网络传送至远程管理中心，远程管理中心发送的命令通过ZigBee网络传送至对应的设备管理控制模块，并通过继电器控制模块实现对各个实验仪器及空调的控制。多个设备管理控制节点与协调器组成ZigBee网络，实现管理节点与管理控制中心管理服务器之间无线通信[0025]本实施例中，RFID读卡器采用非接触式飞利浦MFRC52读卡器，具有以下优点:低电压、小尺寸、低成本、低功耗读写基站芯片的优点，自带灵活高速的串行接口 I2C、SP1、Serial UART，便于连接到各种控制器上；完全支持IS014443A协议，传输速度最高，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近距离天线，而且缓冲器输出接收部分提供了一个坚固而有效的解调和解码电路，用于接收IS014443A兼容的应答信号。
[0026]ZigBee单片机中，处理器采用16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号的MSP430F149处理器，集成了丰富的片内外设，具有高达片内资源丰富、较高的运算速度、超低功耗和开发环境方便高效的优点。收发器采用高性能ZF收发器CC2430，能够满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用。ZF收发器CC2430通过SPI接口与MSP430F149处理器连接，MSP430通过SPI接口访问CC2430的寄存器和存储器。在访问过程中，CC2430是SPI接口的从设备，接收来自处理器的时钟信号和片选信号，并在处理器的控制下执行输入/输出操作。
[0027]温湿度传感器采用数字温湿度传感器SHT11，用于检测实训室内相对湿度、温度参数，具有数字式输出、免调试、免外围电路及全互换等特点。数字温湿度传感器SHTll通过I2C总线与ZigBee单片机连接。
[0028]烟雾传感器采用MQ-2气体传感器，用于检测实训室内可燃气体和烟雾数据。MQ-2气体传感器通过I/O接口与ZigBee单片机连接，采集到的模拟电压可以直接输入ZigBee模块。
[0029]红外线传感器采用LHI878型红外线传感器，能以非接触形式检测出物体所放射出的红外线能量变化，并将其转换成电信号输出，用于检测实训室内是否有人员活动。LHI878型红外线传感器具有高敏感度、共同执行模式较好的优点，LHI878型红外线传感器通过数模转换器与ZigBee单片机连接。
[0030]本实用新型在使用时，RFID读卡器读取使用者所佩戴的IC卡信息，并将IC卡信息发送至ZigBee单片机，ZigBee单片机再通过ZigBee路由模块、网络协调器利用无线网络发送至远程管理中心进行验证，若使用者有权限使用此设备，则远程管理中心的发送命令至ZigBee单片机,ZigBee单片机通过控制对应的继电器控制模块常开触点闭合,使此实验仪器得电正常工作。
[0031]温湿度传感器、烟雾传感器和红外线传感器可实时检测实训室内的温湿度、是否出现火灾及是否有人员活动，若发生异常情况，ZigBee单片机可迅速发送信号至远程管理中心，提醒监控人员立即处理。监控人员也可通过远程管理中心控制实训室内空调等设备的工作状态。本实用新型通过以上技术方案，最终实现对实训室高效实时的全面监控，杜绝安全隐患。
【权利要求】
1.一种基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:包括远程管理中心、网络协调器、ZigBee路由模块和多个设备管理控制模块，设备管理控制模块通过无线方式与ZigBee路由模块进行通信；ZigBee路由模块利用网络协调器将数据通过无线网络发送至远程管理中心；所述的设备管理控制模块包括RFID读卡器、环境数据采集模块和ZigBee单片机，RFID读卡器和环境数据采集模块的信号输出端分别连接ZigBee单片机的信号输入端，ZigBee单片机的信号输出端连接继电器控制模块的信号输入端，继电器控制模块的常开触点分别串联在各个实验仪器及空调的供电电路上。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的ZigBee路由模块采用ZigBee路由器。
3.根据权利要求1或2所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的环境数据采集模块包括温湿度传感器、烟雾传感器和/或红外线传感器。
4.根据权利要求3所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的RFID读卡器通过RS232接口与ZigBee单片机连接。
5.根据权利要求4所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的ZigBee单片机包括处理器和收发器，收发器通过SPI接口连接单片机。
6.根据权利要求5所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的单片机采用MSP430F149处理器；收发器采用ZF收发器CC2430。
7.根据权利要求6所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的温湿度传感器通过I2C总线与ZigBee单片机连接。
8.根据权利要求7所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的烟雾传感器通过I/O接口与ZigBee单片机连接。
9.根据权利要求8所述的基于物联网技术的实训室监控系统，其特征在于:所述的红外线传感器通过数模转换器与ZigBee单片机连接。
【文档编号】G05B19/418GK203630599SQ201320836097
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】谷保平, 史丽燕, 郭红艳, 王会霞, 刘新建 申请人:谷保平, 史丽燕, 郭红艳, 王会霞, 刘新建