CN109901482A - 一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，包括上位机、控制器、功能模块和监测箱，所述控制器和功能模块固定连接在监测箱内，所述功能模块与控制器通过GPIO接口进行连接，所述功能模块包括烟雾采集传感器、火焰采集传感器、人体感应传感器、温湿度采集传感器和继电器，所述控制器通过USB接口连接有摄像头，所述控制器与上位机之间设有路由器，所述路由器通过以太网与互联网相连接，所述控制器通过WIFI无线数传与路由器相连接。本发明利用树莓派控制器与LabVIEW技术相结合，使管理者能够实时动态掌握实验室室内环境，还能远程对电子设备进行开关控制，避免实验室重大的财产损失和人员伤亡。
Description
技术领域
本发明涉及实验室智慧化管理技术领域，具体为一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统。
背景技术
现如今，科学研究进入高等教育领域，国家对高校创新型人才的培养越来越重视。为了加快完善科技人才发展的内外环境，国家财政教育支出的规模越来越大，高校实验室数量随之不断增加。高校实验室的管理工作作为高校教育教学工作的重要组成部分，需要通过升级换代的方式来推进现代实验室管理的发展。
但是，高校实验室安全管理方式落后，仍然存在大量实验室使用效率低下，甚至无人管理的混乱现象，管理者不能实时动态掌握实验室室内环境，遇到学生违反操作规程或操作不当、疏忽大意、以及电线短路、老化的情况不能及时排查，进而接造成实验室重大的财产损失和人员伤亡。为此，需要设计一种新的技术方案给予解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，利用树莓派控制器与LabVIEW技术相结合，使管理者能够实时动态掌握实验室室内环境，还能远程对电子设备进行开关，避免实验室重大的财产损失和人员伤亡。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，包括上位机、控制器、功能模块和监测箱，所述控制器和功能模块固定连接在监测箱内，所述功能模块与控制器通过GPIO接口进行连接，所述功能模块包括烟雾采集传感器、火焰采集传感器、人体感应传感器、温湿度采集传感器和继电器，所述控制器通过USB接口连接有摄像头，所述控制器与上位机之间设有路由器，所述路由器通过以太网与互联网相连接，所述控制器通过WIFI无线数传与路由器相连接。
作为上述技术方案的改进，所述上位机由计算机、软件、仪器面板、鼠标和键盘组成，所述仪器面板、鼠标和键盘分别通过数据线与计算机相连接。
作为上述技术方案的改进，所述控制器为第三代树莓派控制器，树莓派控制器带有开源软件，在实现上比使用单片机更加容易，第三代树莓派控制器拥有WiFi芯片和丰富的外接引脚。
作为上述技术方案的改进，所述烟雾采集传感器为MQ-2烟雾传感器，MQ-2烟雾传感器共有4个引脚，其中VCC和GND分别连接电源的正负极，D0时开关信号输出，A0时模拟信号输出。
作为上述技术方案的改进，所述火焰采集传感器为TELESKY火焰传感器，TELESKY火焰传感器共有4个引脚，VCC和GND依次接电源正负极，AO输出接在树莓派控制器GPIO引脚上。
作为上述技术方案的改进，所述人体感应传感器为D-SUN传感器，D-SUN传感器有三个引脚，正、负引脚分别接在电源的正负极，OUT引脚接在树莓派控制器GPIO引脚上。
作为上述技术方案的改进，所述温湿度采集传感器为DHT11温湿度传感器，DHT11传感器有三个引脚，VCC和GND分别连接树莓派控制器的正负极，Data为数据传输端，DHT11传感器有三个引脚，VCC和GND分别连接树莓派控制器的正负极，Data为数据传输端，只有将其拉低电平的时候才会有数据传输。
作为上述技术方案的改进，所述继电器为固态继电器，所述固态继电器分别与灯、电子锁和空调相连接，DC+接电源正极5V，DC-接电源负极，IN接入主控核心树莓派的GPIO引脚，电子设备阴极接NC，COM端口接3.3V。
作为上述技术方案的改进，操作方法如下，
1、打开监测箱建立服务器端监听网络，将树莓派控制器与上位机相连接；
2、用户通过上位机内的软件程序向树莓派控制器发送相应的指令；
3、树莓派控制器接收对应指令后向各个传感器发送控制命令；
(1)向温湿度采集传感器发送采集数据的指令，并对反馈信息进行处理，通过WIFI传输至上位机内；
(2)向火焰采集传感器、烟雾采集传感器和人体红外采集传感器发出指令，并将检测信息反馈至上位机内；
(3)向摄像头发送指令，使摄像头记录实验室内的动态画面，并上传至上位机内。
4、用户通过上位机发出指令，利用固态继电器对实验室内的电子设备进行管理
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将树莓派控制器的功能性、低功耗、高性价比与LabVIEW良好的界面互动设计和强大的数据处理能力相融合，再结合无线传输技术达到远程的数据采集处理和装置控制的目的，通过LabVIEW程序界面对实验室的情况进行监测，还能够对电子设备进行远程的开关控制，达到了监测端与上位机界面相互通讯的目的，从而使管理者能够实时动态掌握实验室室内环境，避免实验室重大的财产损失和人员伤亡。
附图说明
图1为本发明基于LabVIEW的智慧实验室的安全管理系统结构示意图；
图2为本发明所述烟雾采集传感器引脚结构示意图；
图3为本发明所述火焰采集传感器引脚结构示意图；
图4为本发明所述人体感应传感器引脚结构示意图；
图5为本发明所述温湿度采集传感器引脚结构示意图；
图6为本发明所述继电器引脚结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1-6本发明提供一种技术方案：一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，包括上位机、控制器、功能模块和监测箱，所述控制器和功能模块固定连接在监测箱内，所述功能模块与控制器通过GPIO接口进行连接，所述功能模块包括烟雾采集传感器、火焰采集传感器、人体感应传感器、温湿度采集传感器和继电器，所述控制器通过USB接口连接有摄像头，所述控制器与上位机之间设有路由器，所述路由器通过以太网与互联网相连接，所述控制器通过WIFI无线数传与路由器相连接。
进一步改进地，如图1所示：所述上位机由计算机、软件、仪器面板、鼠标和键盘组成，所述仪器面板、鼠标和键盘分别通过数据线与计算机相连接，方便用户直接利用计算机运行LabVIEW软件，并通过鼠标和键盘进行相关命令的输入。
进一步改进地，如图1所示：所述控制器为第三代树莓派控制器，树莓派控制器带有开源软件，在实现上比使用单片机更加容易，与单片机相比，更加胜任多任务的处理，第三代树莓派控制器拥有WiFi芯片，利用这一点，可以将树莓派控制器连接进局域网之中，除此之外树莓派控制器还具有丰富的外接引脚，可以利用这些引脚加入所需要的传感器。
进一步改进地，如图2所示：所述烟雾采集传感器为MQ-2烟雾传感器，MQ-2烟雾传感器共有4个引脚，其中VCC和GND分别连接电源的正负极，D0时开关信号输出，A0时模拟信号输出，MQ-2烟雾传感器是一种稳定性很高，使用寿命很长的传感器，其拥有信号输出指示，当外界浓度越高的时候，对应的输出电压越高，适用于实验室对泄露气体监测，MQ-2不仅灵敏度高，而且还可以通过电阻调节其灵敏度，烟雾传感器的原理是当有有毒气体产生的时候，由于烟雾传感器本来是封闭的，在没有气体时，内外的电压是平衡的，一旦有气体产生，外界的气体阻碍了这种内外平衡，使本来的平衡被破坏，烟雾警报器就感知外面有有害气体产生了，于是向上位机报警。当外面气体浓度过大时，使得烟雾传感器的输出电压更加大，因此其输出电压在0-5V之间。
进一步改进地，如图3所示：所述火焰采集传感器为TELESKY火焰传感器，TELESKY火焰传感器共有4个引脚，VCC和GND依次接电源正负极，AO输出接在树莓派控制器GPIO引脚上，TELESKY火焰传感器是一种对火焰光谱十分敏感的传感器，还是一个具有AD转换的集成火焰传感器，能够准确的获得实验室中是否存在火焰的信息。
进一步改进地，如图4所示：所述人体感应传感器为D-SUN传感器，D-SUN传感器有三个引脚，正、负引脚分别接在电源的正负极，OUT引脚接在树莓派控制器GPIO引脚上，D-SUN是一种通过发出红外线来感应人体存在与否的传感器，其监测的距离可以调节，其工作方式也有两种，一种为人通过时只报警一次，另一种时只要人在传感器的检测范围就会一直报警直到人离开传人体感应传感器监测范围。
进一步改进地，如图5所示：所述温湿度采集传感器为DHT11温湿度传感器，DHT11传感器有三个引脚，VCC和GND分别连接树莓派控制器的正负极，Data为数据传输端，DHT11传感器有三个引脚，VCC和GND分别连接树莓派控制器的正负极，Data为数据传输端，只有将其拉低电平的时候才会有数据传输。
进一步改进地，如图6所示：所述继电器为固态继电器，所述固态继电器分别与灯、电子锁和空调相连接，DC+接电源正极，DC-接电源负极，IN接入主控核心树莓派的GPIO引脚，电子设备阴极接NC，COM端口接3.3V。
本发明在工作时，打开监测箱，建立服务器端监听网络，等待来自于客户端LabVIEW的请求，打开上位机LabVIEW的系统界面，通过用户名密码登陆至LabVIEW系统的检测界面。当采集开始，用户通过上位机LabVIEW所提供的界面可进行各种控制操作，计算机利用路由器进行信号输送，并通过无线WiFi向树莓派控制器发送指令，树莓派控制器接收对应指令后向各个传感器发送控制命令，温湿度采集传感器将采集到的温湿度数据发送至树莓派控制器，树莓派控制器通过无线WiFi与上位机LabVIEW总控制端实现通信，上位机界面显示树莓派控制器传送上来的数据，并与所设定的上下限值进行对比处理，超过阈值，控制发出警报，并及时提醒管理者对于违法人员入侵拍照留证，火焰采集模块、烟雾采集模块、人体红外采集模块将采集的信号转换呈数字信号“0”和“1”，并将“0”和“1”状态传输给上位机，“0”状态上位机上布尔灯为绿色，表示实验室内环境状态正常，“1”状态上位机上布尔灯为红色，表示实验室内环境异常或者有人，使用usb摄像头接入到树莓派控制器USB接口,由树莓派控制器读取摄像头，并将数据采用网络传输，上位机显示实验室动态画面，LabVIEW总控制端再通过无线WiFi向树莓派控制器发送控制指令，树莓派控制器接收到指令后再向固态继电器发送控制电子设备指令，通过固态继电器的吸合来控制电子锁、灯的开关，从而达到实时把握实验室使用情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，包括上位机、控制器、功能模块和监测箱，其特征在于：所述控制器和功能模块固定连接在监测箱内，所述功能模块与控制器通过GPIO接口进行连接，所述功能模块包括烟雾采集传感器、火焰采集传感器、人体感应传感器、温湿度采集传感器和继电器，所述控制器通过USB接口连接有摄像头，所述控制器与上位机之间设有路由器，所述路由器通过以太网与互联网相连接，所述控制器通过WIFI无线数传与路由器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：所述上位机由计算机、软件、仪器面板、鼠标和键盘组成，所述仪器面板、鼠标和键盘分别通过数据线与计算机相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：所述控制器为第三代树莓派控制器，树莓派控制器带有开源软件，在实现上比使用单片机更加容易，第三代树莓派控制器拥有WiFi芯片和丰富的外接引脚。
4.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：所述烟雾采集传感器为MQ-2烟雾传感器，MQ-2烟雾传感器共有4个引脚，其中VCC和GND分别连接电源的正负极，D0时开关信号输出，A0时模拟信号输出。
5.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：所述火焰采集传感器为TELESKY火焰传感器，TELESKY火焰传感器共有4个引脚，VCC和GND依次接电源正负极，AO输出接在树莓派控制器GPIO引脚上。
6.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：所述人体感应传感器为D-SUN传感器，D-SUN传感器有三个引脚，正、负引脚分别接在电源的正负极，OUT引脚接在树莓派控制器GPIO引脚上。
7.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：所述温湿度采集传感器为DHT11温湿度传感器，DHT11传感器有三个引脚，VCC和GND分别连接树莓派控制器的正负极，Data为数据传输端，DHT11传感器有三个引脚，VCC和GND分别连接树莓派控制器的正负极，Data为数据传输端，只有将其拉低电平的时候才会有数据传输。
8.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：所述继电器为固态继电器，所述固态继电器分别与灯、电子锁和空调相连接，DC+接电源正极，DC-接电源负极，IN接入主控核心树莓派的GPIO引脚，电子设备阴极接NC，COM端口接3.3V。
9.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统，其特征在于：操作方法如下，
1、打开监测箱建立服务器端监听网络，将树莓派控制器与上位机相连接；
2、用户通过上位机内的软件程序向树莓派控制器发送相应的指令；
3、树莓派控制器接收对应指令后向各个传感器发送控制命令；
(1)向温湿度采集传感器发送采集数据的指令，并对反馈信息进行处理，通过WIFI传输至上位机内；
(2)向火焰采集传感器、烟雾采集传感器和人体红外采集传感器发出指令，并将检测信息反馈至上位机内；
(3)向摄像头发送指令，使摄像头记录实验室内的动态画面，并上传至上位机内。
4、用户通过上位机发出指令，利用固态继电器对实验室内的电子设备进行管理。
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| CN201910277090.1A CN109901482A (zh) | 2019-04-08 | 2019-04-08 | 一种基于LabVIEW的智慧实验室安全管理系统 |
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| CN (1) | CN109901482A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114035475A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-11 | 南方科技大学 | 一种低成本、安全性高的实验室设备环境网络监控系统 |
| CN114926969A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-08-19 | 国网湖北省电力有限公司营销服务中心(计量中心) | 智慧实验室安全控制系统及方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 茆玉辰 等: "基于LabVIEW的智慧实验室的设计与实现", 《电脑知识与技术》 * |
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20190618 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |