CN110312224A - 一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统 - Google Patents

一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于危险化学品存取技术领域，公开了一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统及方法，通过传感器模块采集环境信息，并将采集到的环境信息通过Zigbee无线网络发送至中央处理器；射频识别模块，读取到的标签信息通过Zigbee无线网络发送到中央处理器；报警模块根据中央处理器的控制命令发出警报信息，提醒实验室人员。本发明增加了对视频监控分析处理的功能，用特定算法对视频内人员行为进行分析，与动作库内的异常姿态信息进行比对，来判定实验室人员的异常行为，避免因人员异常行为造成的安全隐患；本发明实现了对实验室内不同类型的危险化学品做到精准防护，有针对性的防护。

Description

一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统
技术领域
本发明属于危险化学品存取技术领域，尤其涉及一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统。
背景技术
目前，最接近的现有技术：
目前高校实验室安全事故频发，实验室安全问题受到了广泛关注。作为实验室的重要组成部分，危险化学品的存放区也是实验室安全事故的高危区。
目前高校实验室对化学品的管理，大多是通过规章制度的传统管理办法。不能极大程度的降低实验室的安全风险，对实验室人员的人身安全程度保障性能差。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有技术中，忽视危险化学品区为安全事故的频发区，没有在在危险化学品存放区域没有布置传感器节点，全方面采集环境信息。
(2)现有技术中，忽视人员异常行为对实验室带来的安全隐患，没有对人员行为信息进行分析，不能有效的保护实验室人员的人身安全。
(3)现有技术中，实验室安全信息只能在实验室内部显示，无法在实验室外部通过多终端查看安全信息，降低了便利性。
(4)现有技术中，对于异常情况的报警方式单一，造成若有异常情况，不能有效的进行报警，带来一定的安全隐患。
解决上述技术问题的难度：
(1)不同化学品的化学性质有所不同，存放条件也有区别，需要熟悉化学品的特性，选定合适的传感器，采集特定信息。
(2)实验室人员行为的分析，对中央处理器的运算能力要求较高，需要采用高性能的开发板，在一定程度上增加成本。
(3)对于信息的展示，考虑到用户终端的多样化，需要很多现实装置，在一定程度上增加成本。
解决上述技术问题的意义：
本发明利用IoT的技术，对危险化学品的存放和取用过程提供全新的解决方案，科技手段与规章制度相结合，极大程度的降低实验室的安全风险，对提升实验室人员的人身安全程度具有重要意义
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统。具体涉及一种基于IoT(Internet of things)的应用于纳米材料工艺实验室的危险化学品存取行为的安全防护系统。本发明目的在于在危险化学品存放区域布置传感器节点，全方面采集环境信息、人员行为信息，并开发配套的信息管理客户端，即时显示各项数据，并对采集到的信息进行分析处理，若有异常情况，控制报警器进行报警。同时增加云平台的连接，能够提供多终端的信息展示。
本发明是这样实现的，一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统包括：
传感器模块，由若干传感器组成，布置在实验室内危险化学品存放区，用于采集环境信息，并将采集到的环境信息通过Zigbee无线网络发送至中央处理器。
射频识别模块，由若干射频标签和射频标签读写器组成。读写器将读取到的标签信息通过Zigbee无线网络发送到中央处理器。
报警模块，包括蜂鸣器和GPRS模块，用于根据中央处理器的控制命令发出警报信息，提醒实验室人员。
Zigbee无线网络，由Zigbee节点和协调器组成，各个模块的信息可以通过Zigbee网络传输至中央处理器，同时，中央处理器的控制命令通过Zigbee网络传输至各个模块，对模块进行控制。
视频采集模块，采用高清摄像头，实时监控实验室内部情况，通过USB数据线与中央处理器相连。
中央处理器，采集各个模块的信息，发送指令对各个模块进行控制。
显示模块，用于展示实验室内部信息。
云平台，中央处理器将信息传输至云平台，通过指定网站或微信小程序查看实验室即时信息。
进一步，传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及针对不同化学品独特化学特性的传感器，所述针对不同化学品独特化学特性的传感器包括粉尘传感器和氢气传感器。
温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及针对不同化学品独特化学特性的传感器将采集到的环境信息通过Zigbee无线网络发送至中央处理器。
进一步，射频识别模块包括：安装在不同防护装备上的射频标签，用于区份不同的防护装备，包括防静电工作服、防酸服、防尘口罩、防毒面具和防静电口罩。射频标签读写器，用于读写标签信息，将结果通过Zigbee无线网络发送至中央处理器。
进一步，报警模块包括：
蜂鸣器，根据中央处理器的控制命令发出警报铃声。
GPRS模块，用于根据中央处理器的控制命令发送短信或者拨打电话至指定的移动终端，提醒非在场实验室人员。
进一步，Zigbee无线网络包括：Zigbee节点和协调器，节点与传感器模块、射频识别模块和报警模块相连，将信息传输至协调器，协调器通过串口通信把收集到信息传输至中央处理器。同时，中央处理器的命令通过协调器传输至各个节点，来对各个传感器进行控制。
进一步，视频采集模块包括：高清广角摄像头，监控实验室内部情况，将视频信息通过USB数据线传输至中央处理器。
进一步，中央处理器包括：RK3399嵌入式核心板和电源，采集各个模块的信息，发送指令对各个模块进行控制。
显示模块，高清触摸显示屏，通过HDMI线与中央处理器相连，展示实验室内部信息，为人员提供人机交互界面。
云平台包括：云服务器，中央处理器通过WiFi无线网络传输至云服务器，服务器提供数据接口，用户通过多终端查看实验室信息。
本发明的另一目的在于提供一种所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的实验室危险化学品存取行为的安全防护信息处理方法，所述实验室危险化学品存取行为的安全防护信息处理方法包括：
1、布置在危险品存放区的传感器采集环境数据通过ZIGBEE节点由无线网络传输至ZIGBEE协调器；高清摄像头将监控画面通过USB连接线传输至中央处理器；
2、信息管理客户端读取数据以及监控画面，将环境数据与预设范围进行对比，判断是否存在异常数据，利用OPENPOSE算法对视频进行分析，判定人员行为。若存在异常数据或异常人员行为，客户端发送指令控制报警器进行报警；
3、客户端将数据存储至本地MySQL数据库，并上传至云端服务器；
4、云端服务器将本地上传的数据存储至数据库，并提供数据接口；
5、web网站和微信小程序调用数据接口，进行信息展示。
本发明的另一目的在于提供一种搭载所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的信息管理客户端，运行于中央处理终端，所述信息管理客户端包括：
数据采集部分，采集串口传输的数据，对数据种类进行区分。
数据展示部分，在人机交互界面展示不同类别的数据。
数据存储部分，将采集到的数据存储至本地数据库。
线程控制部分，控制系统的各个线程，执行不同的任务。
进一步，线程控制部分包括人员行为识别线程、环境数据处理线程、异常情况报警线程、数据上传线程。人员行为识别线程、环境数据处理线程、异常情况报警线程、数据上传线程采用Python语言编写，利用MySQL数据库，在RK3399核心板上运行，对数据采集部分、数据展示部分、数据存储部分进行控制。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明增加了对视频监控分析处理的功能，用特定算法对视频内人员行为进行分析，与动作库内的异常姿态信息进行比对，来判定实验室人员的异常行为，避免因人员异常行为造成的安全隐患。
本发明对实验室内不同类型的危险化学品做到精准防护，不同危化品化学特性不同，存放条件不同，采集特定的信息，能够实现有针对性的防护。利用Zigbee无线网进行数据传输，组网方式简单、传输速度快、可扩展性和可移植性强。
存取不同危化品对着装(防护服、口罩、手套等)要求不尽相同，针对这一要求，给不同类别的防护服贴上电子标签，特定标签与指定化学品对应，防止因防护服穿着不当带来的不必要的安全隐患。
本发明在本地管理平台的基础上，增加了云平台的接入，使得实验室内部人员可以在实验室外由多终端查看实验室内部的信息。
目的在于在危险化学品存放区域布置传感器节点，全方面采集环境信息、人员行为信息，并开发配套的信息管理客户端，即时显示各项数据，并对采集到的信息进行分析处理，若有异常情况，控制报警器进行报警。同时增加云平台的连接，能够提供多终端的信息展示。
附图说明
图1是本发明实施例提供的实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的信息采集系统结构图。
图2是是本发明实施例提供的实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的信息管理客户端结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术中，在危险化学品存放区域没有布置传感器节点，全方面采集环境信息、人员行为信息，不能即时显示各项数据，对采集到的信息不能进行分析处理，造成若有异常情况，不能进行报警，不能有效保护实验室实验人员的人身安全。
为解决上述问题，下面结合附图对本发明的技术方案作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供的实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，可应用于高效实验室，具体包括：
传感器模块，由若干传感器组成，布置在实验室内危险化学品存放区，用于采集环境信息，并将采集到的环境信息通过Zigbee无线网络发送至中央处理器。
射频识别模块，由若干射频标签和射频标签读写器组成。读写器将读取到的标签信息通过Zigbee无线网络发送到中央处理器。
报警模块，包括蜂鸣器和GPRS模块，用于根据中央处理器的控制命令发出警报信息，提醒实验室人员。
Zigbee无线网络，由Zigbee节点和协调器组成，各个模块的信息可以通过Zigbee网络传输至中央处理器，同时，中央处理器的控制命令通过Zigbee网络传输至各个模块，对模块进行控制。
视频采集模块，采用高清摄像头，实时监控实验室内部情况，通过USB数据线与中央处理器相连。
中央处理器，采集各个模块的信息，发送指令对各个模块进行控制。
显示模块，用于展示实验室内部信息。
云平台，中央处理器将信息传输至云平台，通过指定网站或微信小程序查看实验室即时信息。
在本发明实施例中，传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及针对不同化学品独特化学特性的传感器，所述针对不同化学品独特化学特性的传感器包括粉尘传感器和氢气传感器。
温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及针对不同化学品独特化学特性的传感器将采集到的环境信息通过Zigbee无线网络发送至中央处理器。
在本发明实施例中，射频识别模块包括：安装在不同防护装备上的射频标签，用于区份不同的防护装备，包括防静电工作服、防酸服、防尘口罩、防毒面具和防静电口罩。射频标签读写器，用于读写标签信息，将结果通过Zigbee无线网络发送至中央处理器。
在本发明实施例中，报警模块包括：蜂鸣器，根据中央处理器的控制命令发出警报铃声。
GPRS模块，用于根据中央处理器的控制命令发送短信或者拨打电话至指定的移动终端，提醒非在场实验室人员。
在本发明实施例中，Zigbee无线网络包括：Zigbee节点和协调器，节点与传感器模块、射频识别模块和报警模块相连，将信息传输至协调器，协调器通过串口通信把收集到信息传输至中央处理器。同时，中央处理器的命令通过协调器传输至各个节点，来对各个传感器进行控制。
在本发明实施例中，视频采集模块包括：高清广角摄像头，监控实验室内部情况，将视频信息通过USB数据线传输至中央处理器。
在本发明实施例中，中央处理器包括：RK3399嵌入式核心板和电源，采集各个模块的信息，发送指令对各个模块进行控制。
显示模块，高清触摸显示屏，通过HDMI线与中央处理器相连，展示实验室内部信息，为人员提供人机交互界面。
云平台包括：云服务器，中央处理器通过WiFi无线网络传输至云服务器，服务器提供数据接口，用户通过多终端查看实验室信息。
本发明提供一种所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的实验室危险化学品存取行为的安全防护信息处理方法，所述实验室危险化学品存取行为的安全防护信息处理方法包括：
如图2所示，本发明提供一种搭载所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的信息管理客户端，运行于中央处理终端，所述信息管理客户端包括：
数据采集部分，采集串口传输的数据，对数据种类进行区分。
数据展示部分，在人机交互界面展示不同类别的数据。
数据存储部分，将采集到的数据存储至本地数据库。
线程控制部分，控制系统的各个线程，执行不同的任务。
在本发明实施例中，线程控制部分包括人员行为识别线程、环境数据处理线程、异常情况报警线程、数据上传线程。人员行为识别线程、环境数据处理线程、异常情况报警线程、数据上传线程采用Python语言编写，利用MySQL数据库，在RK3399核心板上运行，对数据采集部分、数据展示部分、数据存储部分进行控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，其特征在于，所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统包括：
传感器模块，通过布置在实验室内危险化学品存放区的若干传感器采集环境信息，并将采集到的环境信息通过Zigbee无线网络发送至中央处理器；
射频识别模块，由若干射频标签和射频标签读写器组成。读写器将读取到的标签信息通过Zigbee无线网络发送到中央处理器；
报警模块，通过蜂鸣器和GPRS模块根据中央处理器的控制命令发出警报信息，提醒实验室人员；
Zigbee无线网络，通过Zigbee节点和协调器江信息传输至中央处理器，同时，中央处理器的进行控制命令反馈；
视频采集模块，通过高清摄像头实时监控实验室内部情况，通过USB数据线与中央处理器相连；
中央处理器，采集各个模块的信息，发送指令对各个模块进行控制；
显示模块，用于展示实验室内部信息；
云平台，通过指定网站或微信小程序查看实验室即时信息。
2.如权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，其特征在于，传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及不同化学品独特化学特性的传感器，所述对不同化学品独特化学特性的传感器包括粉尘传感器和氢气传感器。
3.如权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，其特征在于，射频识别模块包括：安装在不同防护装备上的射频标签，用于区份不同的防护装备，包括防静电工作服、防酸服、防尘口罩、防毒面具和防静电口罩；
射频标签读写器，用于读写标签信息，将结果通过Zigbee无线网络发送至中央处理器。
4.如权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，其特征在于，报警模块包括：
蜂鸣器，根据中央处理器的控制命令发出警报铃声；
GPRS模块根据中央处理器的控制命令发送短信或者拨打电话至指定的移动终端，提醒非在场实验室人员。
5.如权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，其特征在于，Zigbee无线网络包括：Zigbee节点和协调器，节点与传感器模块、射频识别模块和报警模块相连，将信息传输至协调器，协调器通过串口通信把收集到信息传输至中央处理器；同时，中央处理器的命令通过协调器传输至各个节点，来对各个传感器进行控制。
6.如权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，其特征在于，视频采集模块包括高清广角摄像头，监控实验室内部情况，将视频信息通过USB数据线传输至中央处理器。
7.如权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统，其特征在于，中央处理器包括：RK3399嵌入式核心板和电源，采集各个模块的信息，发送指令对各个模块进行控制。
显示模块，高清触摸显示屏，通过HDMI线与中央处理器相连，展示实验室内部信息，为人员提供人机交互界面；
云平台包括：云服务器，中央处理器通过WiFi无线网络传输至云服务器，服务器提供数据接口，用户通过多终端查看实验室信息。
8.一种如权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的实验室危险化学品存取行为的安全防护信息处理方法，其特征在于，所述实验室危险化学品存取行为的安全防护信息处理方法包括：
布置在危险品存放区的传感器采集环境数据通过ZIGBEE节点由无线网络传输至ZIGBEE协调器；高清摄像头将监控画面通过USB连接线传输至中央处理器；
信息管理客户端读取数据以及监控画面，将环境数据与预设范围进行对比，判断是否存在异常数据，利用OPENPOSE算法对视频进行分析，判定人员行为。若存在异常数据或异常人员行为，客户端发送指令控制报警器进行报警；
客户端将数据存储至本地MySQL数据库，并上传至云端服务器；
云端服务器将本地上传的数据存储至数据库，并提供数据接口；
web网站和微信小程序调用数据接口，进行信息展示。
9.一种搭载权利要求1所述实验室危险化学品存取行为的安全防护系统的信息管理客户端，其特征在于，所述信息管理客户端包括：
数据采集部分，采集串口传输的数据，对数据种类进行区分；
数据展示部分，在人机交互界面展示不同类别的数据；
数据存储部分，将采集到的数据存储至本地数据库；
线程控制部分，控制系统的各个线程，执行不同的任务。
10.如权利要求9所述的信息管理客户端，运行于中央处理终端，其特征在于，线程控制部分包括人员行为识别线程、环境数据处理线程、异常情况报警线程、数据上传线程；人员行为识别线程、环境数据处理线程、异常情况报警线程、数据上传线程采用Python语言编写，利用MySQL数据库，在RK3399核心板上运行，对数据采集部分、数据展示部分、数据存储部分进行控制。
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