基于物联网的实验室安全智能预警系统

基于物联网的实验室安全智能预警系统

作者：林彩玲 包嘉琪 许建国

来源：《现代信息科技》2018年第05期

摘 要：基于物联网技术和ZigBee无线传感技术的飞速发展，为解决高校实验室安全问题，现提出一种基于传感器、无线通信模块的实验室安全预警系统。该系统以ZigBee为基础，利用温湿度传感器、烟雾传感器、红外传感器等实现对实验室环境温度、湿度、烟雾浓度、人体红外等的实时监测，一旦环境参数异常，系统将通过短信的方式通知管理员，同时用户可以通过Web查看实验室的环境参数。系统实际运行结果表明，设计方案切实有效，具有一定的实用价值。

关键词：实验室；安全预警；物联网

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）05-0197-02 Laboratory Security Intelligent Warning System Based on the Internet of Things LIN Cailing，BAO Jiaqi，XU Jianguo

（Yangtze University College of Technology & Engineering，Jingzhou 434020，China） Abstract：Based on internet of things technology and the rapid development of ZigBee wireless sensor technology，to solve the problem of laboratory safety in colleges and universities，a

laboratory safety early warning system based on sensor and wireless communication module is put forward. The system based on ZigBee，the use of temperature and humidity sensor，smoke sensor，infrared sensor for the laboratory environments such as temperature，humidity，smoke concentration，the human body infrared，such as real-time monitoring，once the abnormal environment parameters，system through text messages to inform the administrator，at the same time，the user can through the web to check the lab environment parameters. The actual operation results show that the design scheme is effective and has practical value. Keywords：laboratory；security warning；internet of things 1 研究背景

随着实验室建设步伐逐步加快，从学生到教师和实验人员，其操作技能及安全意识参差不齐，使得安全工作面临越来越多的问题。而学校安排监管人工模式定期检查实验室安全的方式，并不能从根本上解决实验室存在的安全问题。而随着物联网技术和计算机技术的飞速发展，在人员配置不变甚至适当减少的情况下，完全可以引入智能化管理理念，研发低成本、高效率而且简单易用的实验室智能安全预警系统。

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2 系统功能设计 2.1 系统架构

本系统硬件部分由ZigBee传感器模块、协调器模块、服务器、浏览器等部分组成。系统将ZigBee传感器模块放置在实验的多个角落，传感器模块搭载有温湿度传感器、烟雾传感器、红外传感器等，协调器模块在组网成功后采用轮询的方式依次获取实验室的温度、湿度、烟雾浓度、红外等多种环境数据，并将数据库上传到服务器，利用数据库进行数据的录入和整理，建立对应的关系图，形成关系之间的网络图。最后通过Web对应的框图对数据进行展示，当某项数据超过由系统设定的临界值时，通过短信的方式提醒用户，起到预警作用。用户也可以通过Web实时查看各项相关数据值，以对环境进行实时监控。 2.2 ZigBee模块设计

ZigBee模块分为协调器和终端节点两部分，终端节点可以搭载温湿度、红外、烟雾等各类传感器，终端节点放置于实验室内的各个角落，用于实现多点的相关的各类环境信息采集，而协调器组网成功后将通过轮询的方式获取各类传感器采集到的环境数据，最后通过USB接口传至服务器。

该系统服务端根据设置的COM端口和波特率、校检位、停止位等打开串口，等待接收由ZigBee协调器传递的十六进制数据。在系统确定接收到十六进制数据后，再利用循环语句判断数据属于哪种环境类型，最后对数据进行解析、处理后送至服务器，经过服务器请求存储至数据库对应的表中。 2.3 系统软件设计

本系统主要采用WebForm模式设计Web代码，后台管理人员登录后进入系统后台管理页面，用户通过浏览器利用Http协议向服务器发送请求，等待服务器响应将结果返回给客户端，最后由客户端展示动态的Web页面以显示环境信息的变化情况，以便管理员能够及时作出反应。若是环境参数超过设置值，则触发报警程序，以短信方式告知管理员，并反馈数据到主机。

数据库作为组织、存储和管理数据的仓库，为后台程序提供强有力的支持。因为篇幅所限，此处给出本系统的两张主要数据表，分别是表1用户账号表和表2环境信息表。 Account表主要用于用户个人的相关信息管理，如登录、注册和修改个人信息。Env表主要存放由硬件Zigbee模块读出后被解析的多种数据及当前时间。 3 系统功能实现

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系统开发采用C#语言，ASP.NET服务端脚本技术，基于Visual Studio2012，SqlServer 2008数据库搭建程序的运行环境，使用浏览器对客户端进行访问。

系统将从串口缓冲区接收字符信息存放在byte型16进制的数组中，将该数据解析成字符串，再存放在自定义的一个变量中。利用Sql编程提供的SqlConnection类与后台数据库建立连接，用SqlCommand的ExecuteNonQuery方法把对应的数据插入数据库表中。

管理人员通过登录页验证账号和填写密码进入主界面，如图2所示。在主界面中，管理人员可以进行相关的操作，完成对环境的实时监控，查看环境异常触发报警过程已经在个人中心实现对部分相关信息的查改。 4 结 论

此次设计的实验室安全预警系统利用了ZigBee无线网络的特点，在一定程度上提高了实验室安全保护的效率，能够对实验室的各项环境参数进行实时多点监测，实现了智能化网络安全监控的功能。系统实际运行结果表明，设计方案切实有效，具有一定的实用价值。 参考文献：

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[2] 丁扬，罗杏娥，董守斌，张凌.网络服务器管理系统的分析与设计 [J].计算机工程，2000（S1）：335-339.

[3] 伍燕青.基于云计算的实验室管理信息系统设计 [J].实验室研究与探索，2013，32（8）：291-296.

[4] 张同翰，王正彦，袁双，等.基于CC2530的ZigBee的智能家居设计 [J].工业控制计算机，2015，28（4）：75-76+78.

作者简介：林彩玲（1997-），女，汉族，湖北黄冈人，本科。研究方向：计算机应用。