基于物联网的高校实验室安全管理装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于物联网的高校实验室安全管理装置，包括安装于高校实验室内的安全监控终端和远程设置的监控中心，所述安全监控终端和监控中心网络连接；该安全监控终端包括微控制器、门禁模块、以太网接口、GPRS模块、报警模块和传感模块，该门禁模块、以太网接口、GPRS模块、报警模块和传感模块均与微控制器相连接；该监控中心包括实时相连接的实验室管理人员监控平台和数据库/WEB服务器，还包括用于实验室管理人员使用的手机终端，数据库/WEB服务器与门禁模块通过校园网相连接；所述GPRS模块还与手机终端信号连接。基于物联网的高校实验室安全管理装置将物联网技术和嵌入式技术相结合能够实施监测、且可扩展。
【专利说明】
基于物联网的高校实验室安全管理装置
技术领域
[0001]本实用新型属于互联网应用技术领域，具体涉及基于物联网的高校实验室安全管理装置。
【背景技术】
[0002]高校实验室是学校开展实践教学，进行人才培养的必备场所。随着我国高等教育的飞速发展，高校对实验室建设力度都相对加强，实验室的规模和设备的购置等各方面的幅度均有很大提高，随之而来实验室的安全隐患也不断增加和升级。在高校众多的实验室内使用了种类繁多的化学药品，易燃易爆物品。有的实验需要在高温高压或者高转速等特殊环境下或条件下进行，有的实验会排放有毒物质。加之实验室对外开放的程度不断增加，使得实验的安全隐患累加，为保障实验室工作和学习的健康与安全，减少财产损失，建立完善的高校实验室安全管理系统是十分必要的。
[0003]目前高校实验室安全管理系统主要存在以下不足和缺陷:(I)缺乏智能化。实验室安全隐患主要依赖实验教师人力排查，管理效率低下。安全实时报警信息无法远程监控。
(2)缺乏统一的信息平台。对于实验室门禁管理、安全预警、报警及监控的功能完全独立，不能统一协调管理，影响实验室的安全和资源利用率。(3)安全管理装置功能设计单一。传统的安全管理装置主要针对失窃性隐患、火灾性隐患，而没有考虑实验室的有毒有害物质及机电等的安全隐患，不能满足当前高校实验室安全管理的多样需求性。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种将物联网技术和嵌入式技术相结合的基于物联网的高校实验室安全管理装置，能够实施监测、且可扩展。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，基于物联网的高校实验室安全管理装置，包括安装于高校实验室内的安全监控终端和远程设置的监控中心，所述安全监控终端和监控中心网络连接；
[0006]该安全监控终端包括微控制器、门禁模块、以太网接口、GPRS模块、报警模块和传感模块，该门禁模块、以太网接口、GPRS模块、报警模块和传感模块均与微控制器相连接;传感模块包括设置于实验室内的多个传感器；
[0007]该监控中心包括实时相连接的实验室管理人员监控平台和数据库/WEB服务器，还包括用于实验室管理人员使用的手机终端，所述数据库/WEB服务器与门禁模块通过校园网相连接;所述GPRS模块还与手机终端信号连接。
[0008]进一步地，该安全监控终端还包括IXD模块，所述IXD模块与微控制器相连接。
[0009]进一步地，该传感模块包括电压传感器、烟雾传感器和温湿度传感器。
[0010]进一步地，该报警模块包括BUZZER蜂鸣器和LED灯。
[0011]进一步地，该门禁模块包括单片机、RF读写模块、键盘、串口、时钟电路、液晶显示模块、蜂鸣器和电磁锁，所述RF读写模块、键盘、串口、时钟电路、液晶显示模块、蜂鸣器和电磁锁均与单片机相连接，所述电磁锁和单片机间连接有电子锁门禁继电器驱动。
[0012]本实用新基于物联网的高校实验室安全管理装置具有如下优点:本系统将物联网技术和嵌入式技术相结合设计出能够通过互联网进行远距离监控的开放性实验室安全管理系统，并将GPRS网络与以太网结合，使用Cortex-A9嵌入式物联网终端完成实验室的安全预警、安全报警及智能门禁的功能。系统将物联网技术应用于高校实验室安全监控，实现了终端电脑、平板或智能手机与实验室监控点的数据交互和控制，有效提高了实验室的智能化管理水平，满足了实验室安全管理对实时性和高效化的要求。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型基于物联网的高校实验室安全管理装置的结构示意图；
[0014]图2是本实用新型中门禁模块的结构示意图；
[0015]其中:1.监控中心，1-1.实验室管理人员监控终端；1-2.数据库/WEB服务器；1-3.手机终端;2.安全监控终端;2-1.微控制器;2-2.门禁模块;2-3.以太网接口； 2-4.GPRS模块;2-5.报警模块;2-6.传感模块;2-7.电源电路;2-21.单片机;2-22.RF读写模块;2-23.键盘；2-24 ?串口; 2-25.时钟电路；2-26.液晶显示模块；2-27.蜂鸣器；2-28.电磁锁；2-29电子锁门禁继电器驱动。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型基于物联网的高校实验室安全管理装置，如图1所示，包括安装于高校实验室内的安全监控终端2和远程设置的监控中心I，安全监控终端2和监控中心I网络连接;安全监控终端2包括微控制器2-1、门禁模块2-2、以太网接口 2-3、GPRS模块2-4、报警模块2-5、传感模块2-6和电源电路2-7，门禁模块2-2、以太网接口 2_3、GPRS模块2_4、报警模块2-5、传感模块2-6和电源电路2-7均与微控制器2-1相连接;传感模块2-6包括设置于实验室内的多个传感器，该传感模块2-6包括电压传感器、烟雾传感器和温湿度传感器，所述电压传感器、烟雾传感器和温湿度传感器器用于采集实验室化学药品存储监控信号和实验过程中对仪器设备火灾以及危害人身健康异常状态信号；监控中心I包括实时相连接的实验室管理人员监控平台1-1和数据库/WEB服务器1-2，还包括用于实验室管理人员使用的手机终端1-3，数据库/WEB服务器1-2与门禁模块2-2通过校园网相连接;GPRS模块2-4还与手机终端1-3信号连接。安全监控终端2还包括LCD模块，LCD模块与微控制器2-1相连接。报警模块2-5包括BUZZER蜂鸣器和LED灯。
[0017]本实用新型基于物联网的高校实验室安全管理装置，如图2所示，门禁模块2-2包括单片机2-21、RF读写模块2-22、键盘2-23、串口 2-24、时钟电路2-25、液晶显示模块2-26、蜂鸣器2-27和电磁锁2-28，RF读写模块2-22、键盘2-23、串口 2-24、时钟电路2-25、液晶显示模块2-26、蜂鸣器2-27和电磁锁2-28均与单片机2-21相连接，电磁锁2-28和单片机2-21间连接有电子锁门禁继电器驱动2-29。
[0018]本实用新型基于物联网的高校实验室安全管理装置，实验室安全监控终端主要由ARM Cortex_A9嵌入式终端组成，微控制器2-1选用Samsung公司的Exynos4412Cortex_A9四核嵌入式处理器，主频高达1.6GHz，该CPU采用采用最新的32nm HKMG工艺，性能强大，支持32k—级缓存，IMB二级缓存，增强的VFP浮点体系结构内存控制器是新一代的规格DDR3/LPDDR3 1600MHZ双端口，可提供12.8GB/S高带宽，高分辨率下的高清视频解码、3D图形显示、高分辨率图形信号等，支持多种格式视频硬解码，1080P，支持MEPG-4/H.263/H.264编解码，3D图形核心整合了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。通过校园网与Web服务器进行通信，实现实验室的安全门禁及安全报警功能，Web服务器是一台连接到实验室安全监控终端或网络的PC机，通过网络实现实验室安全监控现场信息采集的分析和处理，并发送控制指令，实现与浏览器的交互及对相应的软件管理，为实验室管理人员提供监控平台。
[0019]传感模块2-6主要由各类传感器组成，用于采集实验室化学药品存储监控信号和实验过程中对仪器设备火灾以及危害人身健康异常状态信号。
[0020]电压传感器由瑞士LEM公司的霍尔电压传感器LV25-P完成，此传感器采用反馈控制原理，以霍尔原件为基本检测单元。抗外界电磁干扰，原边电路具有高过载能力，原边电路和副边电路之间有很好的电绝缘性。供电电压± 12-15V，精确度± 0.9 %，温度范围为O0C -70 0C，具有很高的灵敏度，响应时间小于40ys。耐压4.1KV，输出25mA。
[0021]烟雾传感器选用MQ-2半导体离子式气体传感器。此传感器驱动电路简单，灵敏度高、响应快、抗干扰能力强，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息；其检测可燃气体与烟雾的范围是100-20000ppm，在广泛的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，尤其对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高。工作温度为-10°C-+50°C，工作湿度为10—90%，工作电源为 220Vac/9VDC。
[0022]温湿度传感器采用瑞士公司生产的基于CMOSens TM技术数字温湿度传感器，型号为SHTll。该传感器将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、I2C总线接口全部集成于一芯片；带有工业标准的I2C总线数字输出接口；具有卓越的长期稳定性;湿度值输出分辨率为14位，温度值输出分辨率为12位，并可编程为12位和8位;具有可靠的CRC数据传输校验功能；电源电压范围为2.4?5.5V;电流消耗，测量时为550μΑ，平均为28μΑ，休眠时为3μΑ。
[0023]电化学感器主要是对有毒有害化学物质易燃易爆物质的监控。选用蔚盛科技的ΜΕ2-02型电化学气体传感器，该传感器利用被测气体在传感器工作电极和对电极上发生相应的氧化还原反应并释放电荷，通过外电路形成电流，电流大小与气体浓度成正比，从而实现对目标气体的定量测量。具有低功耗、高精度、高灵敏度、抗干扰能力强和优异的重复性和稳定性。量程为O—25%￥01，最大量程达到30%￥01，灵敏度:0.10?0.1611^(空气中)，响应时间(Τ90) < 15S，温度范围-20 0C?+50 °C，压力范围为标准大气压±10%。
[0024]GPRS模块:采用SMCOM公司的SM800H，其工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，同时支持GPRS mult1-slot class 12/10和GPRS mobile stat1n class B，其GPRS class 12传输速率最大可达85.6kbps(下行/下行)，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。模块尺寸为15.8* 17.8*2.4mm，可满足用户应用对空间尺寸的需求。超低功耗，待机电流小于0.7mA。此外，S頂800H支持串行接口、USB接口及SM卡接口。供应电压范围3.4-4.3v，操作温度范围:-40?+85°C。
[0025]报警模块2-5由BUZZER蜂鸣器和LED灯组成，系统正常工作时，蜂鸣器不响且LED保持不亮的状态；当有警情发生时，蜂鸣器发出报警声音，同时LED不断渐明渐暗的闪烁发出警报。
[0026]IXD模块选用日本SEIK0PS0N公司的SED1336的液晶显示控制器。有较强功能的1缓冲器;指令功能丰富;4位数据并行发送；图形和文本方式混合显示。SED1336图形点阵LCD模块，显示格式为128(列)X64(行)，可以采用串行方式或并行方式很容易与16位的单片机相连。
[0027]门禁模块采用独立的MCU控制，控制信号可来源于RF模块的输出，又带有自身的控制信息，以实现非常规情况下的开启，保证门禁系统的安全。
[0028]门禁模块2-2中的主控芯片选用STC公司STC89C52单片机，该单片机使用经典的MCS-51内核，具有以下标准功能:8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内部自带4KB的EEPROM闪存，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。
[0029]RF读写卡用于读取校园一卡通上的学生信息。选用PHILIPS公司的非接触技术设计的微型嵌入式非接触式IC卡读写模块MF RC522，该模块是专门针对Mifare One(13.56MHz)射频卡，带有自动默认寻卡功能。内嵌MF RC500射频基站，通过选定的IIC和UART接口发送命令就可以对卡片进行所有的操作;供电电压+5V，电流小于30mA，读卡距离5-10cmo电子锁门禁驱动电路的选择L298N芯片。电磁锁:在主控芯片的控制下实现门的开启和闭合。
[0030]本实用新型基于物联网的高校实验室安全管理装置，(I)门禁安全管理采用13.56MHz的RFID射频卡，使用校园一卡通刷卡开启实验室门禁，控制不同的使用者允许进出的时间及允许进出的实验室，有效管理实验室，保障实验室的使用安全。
[0031](2)实时性:本实用新型采用全天候24h实时动态监控实验异常情况，通过GPRS模块可以在第一时间向相关管理人员发送远程报警信息，使实验室安全管理提升到一个全新的管理模式。
[0032](3)物联网技术创新:实验室各监控点均可通过监控中心电脑和移动智能手机进行监控，实现了终端电脑和智能手机与实验室监控点的数据交互和控制，系统是一个典型的物联网系统。
[0033](4)可扩展性:本装置可将满足标准规范的传感器接入监控系统中，实现了对不同安全监控类型及多个监控点的扩展，配置灵活，是一个可重组的具有高扩展性监控装置。
【主权项】
1.基于物联网的高校实验室安全管理装置，其特征在于，包括安装于高校实验室内的安全监控终端(2)和远程设置的监控中心(I)，所述安全监控终端(2)和监控中心(I)网络连接； 所述安全监控终端(2)包括微控制器(2-1),门禁模块(2-2)、以太网接口( 2-3)、GPRS模块(2-4)、报警模块(2-5)、传感模块(2-6)和电源电路(2-7)，所述门禁模块(2_2)、以太网接口( 2-3)、GPRS模块(2-4)、报警模块(2_5)、传感模块(2-6)和电源电路(2-7)均与微控制器(2-1)相连接;所述传感模块(2-6)包括设置于实验室内的多个传感器； 所述监控中心(I)包括实时相连接的实验室管理人员监控终端(1-1)和数据库/WEB月艮务器(1-2)，还包括用于实验室管理人员使用的手机终端(1-3)，所述数据库/WEB服务器(1-2)与门禁模块(2-2)通过校园网相连接;所述GPRS模块(2-4)还与手机终端(1-3)信号连接。2.按照权利要求1所述的基于物联网的高校实验室安全管理装置，其特征在于，所述安全监控终端(2)还包括IXD模块，所述IXD模块与微控制器(2-1)相连接。3.按照权利要求1或2所述的基于物联网的高校实验室安全管理装置，其特征在于，所述传感模块(2-6)包括电压传感器、烟雾传感器和温湿度传感器。4.按照权利要求3所述的基于物联网的高校实验室安全管理装置，其特征在于，所述报警模块(2-5)包括BUZZER蜂鸣器和LED灯。5.按照权利要求4所述的基于物联网的高校实验室安全管理装置，其特征在于，所述门禁模块(2-2)包括单片机(2-21)、RF读写模块(2-22)、键盘(2_23)、串口( 2-24)、时钟电路(2-25),液晶显示模块(2-26 )、蜂鸣器(2-27)和电磁锁(2_28)，所述RF读写模块(2_22)、键盘(2-23)、串口( 2-24)、时钟电路(2-25)、液晶显示模块(2-26)、蜂鸣器(2-27)和电磁锁(2-28)均与单片机(2-21)相连接，所述电磁锁(2-28)和单片机(2-21)间连接有电子锁门禁继电器驱动(2-29)。
【文档编号】G08C17/02GK205679988SQ201620617912
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日 公开号201620617912.8, CN 201620617912, CN 205679988 U, CN 205679988U, CN-U-205679988, CN201620617912, CN201620617912.8, CN205679988 U, CN205679988U
【发明人】强云霄, 樊子民
【申请人】西安科技大学