基于ZigBee的智能实验室管理系统

摘要：基于当前传统实验室管理存在的诸多弊端，本文提出一种基于ZigBee的智能实验室管理系统的解决方案，本系统是基于ZigBee的智能实验室管理系统，以ZigBee自组网技术为基础，结合FRID技术、上位机技术来实现实验室的智能化管理。

关键词：ZigBee；传感器；上位机；RFID

1 系统概述

本系统通过学生的校园卡来实现实验室的智能化门禁管理，师生员工通过刷卡进出实验室，实验室的上位机界面刷卡进入后显示姓名等信息。硬件部分包括烟雾传感器和光敏传感器，当实验室有烟雾时，PC端会显示“有烟雾”。根据当光线的强弱，自动打开实验室的灯光的开关。换气扇控制模式有自动模式和手动模式两种。自动模式可根据有害气体浓度传感器和温湿度传感器的值来控制换气扇的开启与闭合。通过提前设定的各种环境参数的工作阈值来控制风扇的状态。当传感器检测到室内环境含有有毒气体时，风扇便会自动开启，当室内环境没有有毒气体后，风扇会停止工作。切换到手工模式后，用户可自己通过按键设定指示灯的开启和关闭和风扇的开启和关闭。

2 组成部分

2.1 硬件部分

硬件部分主要包括ZigBee模块、烟雾传感器模块、温湿度传感器模块、蜂鸣器等部分。

2.1.1 ZigBee模块

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

2.1.2烟雾传感器模块

MQ 2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。故适用于实验室的气体泄漏监测装置。

2.1.3温湿度传感器模块

温湿度传感器DHT11模块的主要特性见下表 ，适合于实验室温湿度检测，该模块在实验室管理系统中有两个用途。一是利用ZigBee自组网的网络传送到PC端界面显示实时温度和湿度，二是换气扇根据其检测到实验室温湿度检测的数据控制换气扇的工作状态，用户可根据此时室内的实时的温度和湿度手动控制换气扇的工作状态；当实验室温度大于35℃时，换气扇在自动工作模式下自动转动，并且此时蜂鸣器持续报警。直至温度下降到35摄氏度以下才停止报警，换气扇停止工作。

2.2 软件部分

下图为ZigBee管理系统示意图，通过PC界面可以控制实验室总开关的开启和关闭，当打开总开关后，还可通过PC界面相应的控制按键控制用电器的打开和关闭，还可以远程控制实验室灯光的打开和关闭，通过布置在ZigBee终端模块上的温湿度传感器和烟雾传感器实时检测实验室内的烟雾浓度和温湿度的数据，实时反馈到PC界面显示，光敏传感器检测实验室内光的强弱变化，当光强度变大时，PC界面会显示“强光”的提示信息，并且实验室灯光会自动变弱，相反，如果光强度变小时，PC界面会显示“弱光”的提示信息，并且實验室灯光会自动变强。实验室人员管理部分，通过ZigBee终端模块上的RFID读卡器的读取进出实验室的人员的刷卡信息，统计实验室的人数，实验室的人员姓名等基本信息。实验室管理人员可远程控制实验室的各种实验设备、电源的开关、灯的开关、实验室的人数、姓名等基本信息。

3 结语

本系统可以很好的解决传统实验室管理中存在的诸多弊端，实现实验室管理的智能化、便捷化。可以实现实验室进出人员的实时更新，可远程控制实验室总开关，灯光的开关，实时监测实验室内的环境。具有潜在的市场价值。

参考文献：

[1]刘萍，胡杰.基于ZigBee的智能家居室内通信系统[J].湖南农机，2011，38（9）：4041.

[2]姚建峰，郭旭展.基于ZigBee技术的智能家居系统[J].无线互联科技，2012（10）：5388.

[3]徐海峰.基于ZigBee智能家居的低功耗节点设计[J].绿色科技，2012（6）：277279.

增加课题：基金项目：西北民族大学中央高校基本科研业务费专项资金资助2018年本科生科研创新项目（项目编号：Y18032）

作者简介：郭茹博（1997），男，汉族，河北石家庄人，本科，物联网工程。