物联网技术在高校实验室安全管理的应用研究

2018-01-04柴群

电脑知识与技术 2018年30期

关键词：实验室安全物联网传感器

柴群

摘要：该文利用传感器、物联网、电力载波通信等技术，结合当前高校实验室安全管理现状，，将物联网和电力载波通信技术应用到实验室安全管理中，讨论实验室安全管理系统设计模型，从而提升实验室安全管理的水平。

关键词：传感器；物联网；电力载波通信；实验室安全

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）30-0011-02

实验室是高等学校进行科研、教学、实践的重要组成部分，随着实验室建设力度的加大，实验室的安全管理是实验室管理工作中及其重要的内容之一。如何有效的，快速的发现安全隐患，并将事故消除在萌芽阶段，这也是实验室管理者一直在研究的内容之一。

现阶段，各高校老旧实验室同时并存，安防系统布线不便，建设成本过高等实际情况，本文提出引入传感器，物联网，电力载波通信（PLC）等技术来设计一套高校实验室安全管理系统，综合管理高校实验室。

1 关键技术简介

传感器是物联网采集信息的终端工具，是实现自动检测和自动控制的首要环节，由各种传感器组成的网络被称为无线传感器网。传感器的类型有很多，包括温度、压力、微振、水生，空气，红外，人体，气味，颜色等，完全能够满足实验室侦测需要。

物联网也是“传感网”在国际上的通称，其目的是实现万物互联，最终实现智能网络。从技术上来看，物联网具有3个特征：全面感知、信息传递可靠，智能处理。根据这三个特征，物联网结构可以大致分为3个层次：传感网络、传输网络、应用网络。传感网络负责采集数据，传输网络负责传输传感网络采集到的数据，应用网络负责处理数据。

电力载波通信技术是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。该技术可以保证在数据传输时不要大规模的重新布线，使用已有的电力线就可以进行数据传输，节约布线的成本。

2 系统模型设计

系统参考物联网三层体系架构，构建实验室安全管理系统模型，如图1：

数据采集层是由各种类型的传感器组成，负责数据的收集，每个实验室内根据需要部署一种或多种传感器，这些传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况（比如温度，烟雾，火焰，人体）等信息，并对收集到的信息进行汇总、处理，并将处理后的结果传递给数据传输层，数据传输层通过互联网，电力网，无线传感器等网络将收集到的数据及时传递给数据处理层，数据处理层对收集到的数据进行分类处理。

3 系统组网

实验室安全管理系统由数据采集系统、樓层数据汇聚系统，实验室安全管理系统服务器和管理终端构成，系统组网如图2。

3.1 数据采集系统

ZigBee是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。ZigBee的技术特性决定它将是无线传感器网络的最好选择，广泛用于物联网，自动控制和监视等诸多领域。

以美国Ti公司CC2430/CC2530芯片为代表的 Zigbee SOC解决方案是应用最为广泛的一种物联网解决套件，其集成了51单片机内核。TI开发套件由专业人士精心设计，具有基于2004/2006/2007/PRO协议栈的开发模板、完整的原理图及例程源码。针对CC2430/CC2530芯片的Zigbee开发套件可与IAR for MCS-51 集成开发环境无缝连接，操作方便、连接方便、简单易学，是学习开发Zigbee产品最好最实用的开发工具。通过USB接口连接电脑，具有代码高速下载，在线调试，断点、单步、变量观察，寄存器观察等功能，实现对CC2430/CC2530系列无线单片机实时在线仿真、调试。

因为TI CC2430/CC2530套件优异的性能和广泛的市场占有率，本系统的数据采集系统是由搭载Zigbee芯片的CC2530的TI板作为数据采集端的MCU（Single Chip Microcomputer，单片微型计算机）进行数据控制，通过变压器采用室内照明电路单独供电，配有电力载波模块。每个实验室构成一个单元，在每个单元内根据需要有选择的部署火焰、烟雾，人体红外、图像、RFID等多种传感器，通过继电器控制开关传感器，对于耗电量大的图像、RFID等传感器，采用变压器连接室内照明电路供电，单元内的所有传感器利用ZigBee芯片进行组网。每单元的MCU负责数据对收集到的数据向楼层数据汇聚系统传递。

3.2 楼层数据汇聚系统

楼层数据汇聚系统也是由CC2530的TI板作为数据处理的MCU，配有电力载波模块、短信模块和7英寸显示屏。楼层数据汇聚系统和数据采集系统之间主要通过电力载波网进行数据传输。考虑到实验室管理员不可能随时都在实验室内管理实验室，在楼层数据汇聚系统内培养短信模块，当数据采集系统采集到异常信息时，通过短信模块主要用于向预先存储的手机号异常信息，如异常入侵，火灾报警等险情。平常安全巡查时，实验室管理员通过显示屏用来查看所负责单元的实时状态。

3.3 实验室安全管理系统服务器

实验室安全管理系统服务器主要用来分类存储楼层数据汇聚系统传输过来的数据采集系统采集到的原始信息，以备事后检查。除此之外，服务器还用来存储实验室安全管理系统，用于人员、信息显示、分析等功能。

3.4 管理终端

为了便于实验室管理，实验室安全管理系统应当能够利用各种主流终端通过远程访问，方便管理者随时随地查看实验室的状况，及时处理可能遇到的各种安全隐患。

4 实验室安全管理系统设计

根据软件设计工程原则，对实验室安全管理系统进行设计，主要涉及用户管理，信息管理，报警管理等，可以实现管理员增加与删除，修改登录密码；查询历史监控数据，导出数据，消除警报信息等，使系统能够有效地监测实验室状况，最大限度地保障实验室的安全。

5 总结

综上所述，物联网技术能够有效进行实验室安全管理，同时解除了人力资源，设备资源的利用率，给高校实验室管理工作创造了新思路，下阶段将对该新系统进行优化，实现实验安全管理的智能化。

参考文献：

[1]付晓豹，杨冰银.物联网技术在实验室管理中的应用[J].无线互联科技，2018，15（04）：15-16.

[2]刘京骅，孙崇鲁.试论物联网技术在高校实验室信息化管理中的研究与实现[J].科技视界，2018（04）：179-180.

[3]卢来.基于物联网技术的高校实验中心资源管理平台设计[J].电脑知识与技术，2017，13（35）：275-276.