CN113325903A - 基于物联网的实验室智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的实验室智能控制系统，客户端通过互联网与远程服务器相连，用于显示智能终端的实时状态和对其进行控制，远程服务器通过互联网与智能网关相连，用于接收、存储、处理由智能网关传输过来的数据，并将数据发送给客户端进行显示，同时能够接收客户端对智能终端的控制指令；智能网关通过设置在各智能终端上的物联网传输模块与各智能终端独立相连；智能终端包括断路器、照明开关、插座、门禁、摄像头、人体运动传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、紧急冲淋器、水浸传感器、废液收集系统、安防门磁、门窗推动器。物联网技术的使用大大提升了实验室的安全性、节能型和智能化程度。

Description

基于物联网的实验室智能控制系统

技术领域

本发明涉及实验室智能控制系统，尤其涉及一种基于物联网的实验室智能控制系统。

背景技术

目前实验室智慧化主要集中在门禁和视频监控方面，如公开号为CN108525712A的中国发明专利，其公开了一种人工智能实验室，包括有带设定权限的身份门禁卡，控制中心及与其连接的身份识别系统、门禁系统、监控系统和操作指引系统，所述身份识别系统，与门禁系统相关联，当其读取的当前身份信息与设定的身份权限相匹配时，输出开锁指令至门禁系统驱动门禁解锁；所述操作指引系统与身份识别系统相关联，当身份识别系统读取当前身份门禁卡的权限信息，操作指引系统根据相应的身份权限，输出相应的实验步骤，以指导实验人员按设定步骤进行操作，所述监控系统与操作指引系统相关联，其扫描监控实验人员的操作过程，并对其实验过程进行操作指引提示。

随着传感技术、互联网技术和人工智能技术的发展和应用，物联网技术被越来越多地应用到人们的日常生活当中。物联网是指利用各种信息传感设备，如射频识别装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成了一个巨大网络，其目的就是使所有物品都能够通过网络连接在一起，使得识别和管理更加方便。物联网把互联网所实现的人与人之间的互联通过技术扩大到了所有事物之间的连通，不但使得现实世界的物品互为连通，而且实现了现实世界(物理空间)与虚拟世界(数字化信息空间)的互联，从而有效地支持人机交互、人与物品之间的交互、人与人之间的社会性交互。总之，物联网是一个物与物相连的互联网网络，成了新一代信息技术的重要组成部分。

如何将物联网技术应用到实验室中，以提升实验室的安全性、节能型和智能化是本案的申请人致力于解决和想要克服的课题。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于物联网的实验室智能控制系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于物联网的实验室智能控制系统，包括客户端、远程服务器，智能网关、智能终端；客户端通过互联网与远程服务器相连；客户端用于显示各智能终端的实时状态和对各智能终端进行单独控制，远程服务器通过互联网与智能网关相连；远程服务器用于接收、存储、处理由智能网关传输过来的各智能终端的数据，并将各智能终端的数据发送给客户端进行显示，同时能够接收客户端对各智能终端的控制指令；智能网关通过设置在每个智能终端上的物联网传输模块与各智能终端独立相连；智能终端包括断路器、照明开关、插座、门禁、摄像头、人体运动传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、紧急冲淋器、水浸传感器、废液收集系统、安防门磁、门窗推动器。

进一步的改进，断路器设置在总电源开关旁，设置在实验室内用于对整个实验室的供电进行控制和对实验设备异常用电进行检测和反馈给远程服务器，并能够通过客户端进行远程复位；照明开关设置在实验室内用于控制照明灯的开启和关闭；插座设置在实验设备处对实验设备进行供电并监测实验设备的用电情况；门禁设置在实验室的门口，门禁采用人脸识别门禁系统用于核实和登记人员出入；摄像头设置在实验室的门口和实验仪器处，用于监控实验室的人员出入及实验仪器的使用，摄像头的监控数据通过智能网关上传到远程服务器进行存储，供客户端进行实时查看和回放；人体运动传感器设置在工位处，人体运动传感器用于检测实验工位上的人员变动情况；温湿度传感器设置在实验室内用于检测室内温湿度情况；烟雾传感器设置在实验室内用于检测室内可燃性气体是否超标；紧急冲淋器设置在实验室内的水槽处用于发生实验事故后的紧急冲洗；水浸传感器设置在实验室内的水槽的下方用于监测溢水报警；废液收集系统设置在实验室内用于监测废液集满报警；安防门磁设置在实验室门上和试剂柜上用于记录实验室门和试剂柜的打开情况；门窗推动器分别设置与实验室的门、窗及窗帘相连，用于推动门、窗及窗帘的自动开启。

进一步的改进，照明开关、插座、门禁、摄像头、人体运动传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、紧急冲淋器、水浸传感器、安防门磁、门窗推动器的物联网传输模块采用zigbee通讯模块；断路器、废液收集系统的物联网传输模块采用WiFi通讯模块。

进一步的改进，远程服务器采用物联网云平台。

进一步的改进，智能终端还包括设置在水侵传感器处的水槽管路上的阀门；阀门受水侵传感器的信号控制。

进一步的改进，智能终端还包括实验室中央空调的控制系统；实验室中央空调的控制系统受温湿度传感器的信号控制；实验室中央空调的控制系统的物联网传输模块采用WiFi通讯模块。

进一步的改进，智能终端还包括实验室排风系统的控制器；实验室排风系统的控制器受烟雾报警器的信号控制；实验室排风系统的控制器的物联网传输模块采用WiFi通讯模块。

进一步的改进，各门窗推动器受烟雾传感器的信号控制。

进一步的改进，客户端设置在移动终端设备上；移动终端设备为智能手机或平板电脑。

进一步的改进，还包括报警模块，报警模块包括设置在实验室内与智能网关相连的声光报警器和设置在远程服务器上的云平台电话告警。

采用上述技术方案后，各智能终端上均设置有物联网传输模块，各智能终端借助于物联网传输模块与智能网关独立连接，智能网关通过无线或有线网络(互联网)联网后与远程服务器相连，远程服务器通过智能网关读取各智能终端的实时数据进行分析和处理后发送给客户端进行显示。实验室管理人员可以借助于设置在智能手机或平板电脑上的客户端实时查看实验室状态，实验室管理人员可以根据客户端显示或提示到的实时数据和显示的状态做出相应的操作，如通过手机客户端关闭照明灯，启动中央空调系统，路断器异常断开的远程复位等。一旦实验室发生火灾或溢水事故，远程服务器会触发实验室内的声光报警器进行声音提醒，同时客户端上也会有电话语音提醒及客户端用户界面上的画面提示，以方便管理人员能够快速判断事故点，另外，火灾一旦发生，烟雾传感器会将检测到的数据传输给远程服务器，远程服务器输出指令给门窗推动器、消防控制系统、排风控制系统，门窗推动器会将门、窗、窗帘自动打开，方便人员逃离。消防控制系统启动灭火程序，能够在无人控制的情况下实现自动灭火，排风控制系统启动将烟雾通过窗户和排风通道迅速排出。采用本申请的技术方案，提升了实验室的安全性、节能性和智能化程度，极大地方便了实验室管理人员对实验室的管理。

附图说明

图1是基于物联网的实验室智能控制系统的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选的技术方案作进一步的阐述，以方便对本申请技术方案的理解。

如图1所示，本发明提供一种基于物联网的实验室智能控制系统，包括客户端、远程服务器，智能网关、智能终端。

客户端通过互联网与远程服务器相连；客户端用于显示各个智能终端的实时状态和对各智能终端进行单独控制，远程服务器通过网络与智能网关相连；客户端设置在移动终端设备上；本申请优选的移动终端设备为智能手机或平板电脑，具体联网的方式可以采用4G、5G或WiFi连接的方式实现与远程服务器相连。

远程服务器用于接收、存储、处理由智能网关传输过来的各个智能终端数据，并将各个智能终端的数据发送给客户端进行显示，同时能够接收客户端对各智能终端的控制指令。考虑到远程服务器的成本和安全性问题，本申请优选的远程服务器采用物联网云平台，在本申请中，申请人优选了涂鸦物联网云平台。

智能终端包括断路器、照明开关、插座、门禁、摄像头、人体运动传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、紧急冲淋器、水浸传感器、废液收集系统、安防门磁、门窗推动器，阀门、实验室中央空调的控制系统、实验室排风系统的控制器。上述智能终端上均设置有独立的物联网传输模块，采用独立与智能网关相连的方式，方便实验室管理人员对智能终端的精准控制。

智能网关通过设置在每个智能终端上的物联网传输模块与各智能终端独立相连；其中，照明开关、插座、门禁、摄像头、人体运动传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、紧急冲淋器、水浸传感器、安防门磁、门窗推动器的物联网传输模块采用zigbee通讯模块；断路器、废液收集系统的物联网传输模块采用WiFi通讯模块。采用上述方式，主要是基于Zigbee作为短距离、低功耗的无线通信协议，其最大的优势就是可以自动组成一个设备网络，将各个设备直接的数据传输联动起来，但在这个自组网络中需要一个中心节点来管理整个Zigbee网络，也就意味着在Zigbee设备网络中必须要有一个类似于“路由器”的组件，将各个设备连接到一起，实现Zigbee设备之间的联动效应。而这个额外的“路由器”组件，就是我们所说的智能网关了。但大多数Zigbee设备都是不自带网关，所以单一Zigbee设备基本上都是无法被客户端直接控制的，需要这样一个智能网关作为各智能终端与客户端之间的连接枢纽。在本申请的具体实施过程中，申请人优选采用了涂鸦智能网关和物联网传输模块，作为备选的智能网关和物联网传输模块还可以采用鹊起智能的智能主机和物联网传输模块来代替，当然也可以采取具备相同功能的其它智能网关和物联网传输模块产品。

为了更清楚地说明书本申请的技术方案，现对各智能终端的安装做进一步的说明。

通过该能够实现对整个实验室电力系统进行控制，联网状态下该能够通过客户端进行远程开启和关闭。

总电源开关设置在实验室内用于对整个实验室进行供电控制，断路器设置在总电源开关旁，断路器用于对实验设备异常用电进行检测和反馈给远程服务器，断路器在正常工作与普通断路器功能和相同，区别点在于，本申请采用的断路器上配置有物联网传输模块，联网状态下该断路器能够通过客户端进行远程复位。

照明开关设置在实验室内进门入口位置处，用于控制照明灯的开启和关闭；照明灯的开启有两张方式，一种是直接通过照明开关打开照明灯，另一种是在联网状态能够通过客户端开启或关闭。

插座设置在实验设备处对实验设备进行供电并监测实验设备的用电情况；常规状态下，插座与普通插座类似，但本申请采用的插座还能够检测实验设备的用电情况，一旦用电量超过设定值，客户端上会有相应的提醒，实验室管理人员发现异常后可以及时断开插座的供电，即通过插座实现对实验设备的断电操作。

门禁设置在实验室的门口，门禁采用人脸识别门禁系统用于精准核实和登记人员出入；本申请门禁在常规状态下与普通门禁相同，区别点在于，本申请的门禁能够对进出人员情况进行远程记录，一旦发生非法进入时，实验室管理人员通过客户端能够及时发现异常，迅速闭关门并派人去现场确认情况。

摄像头设置在实验室的门口和实验仪器处，用于监控实验室的人员出入情况及实验仪器的使用情况，摄像头的监控数据通过智能网关上传到远程服务器进行存储，供客户端进行实时查看和回放。

人体运动传感器设置在实验工位处，人体运动传感器用于检测工位上的人员变动情况；人体运动传感器长时间检测不到工位上的人员，远程服务器会输出指令给对应的照明开关关闭照明灯。

温湿度传感器设置在实验室内用于检测室内温湿度情况；实验室中央空调的控制系统受温湿度传感器的信号控制。正常情况下，中央空调的控制系统由客户端单独进行相关的控制，但在本申请的技术方案，加入了实验室内温湿度的检测数据，一旦温湿度传感器的检测值低于或超过了规定值，远程服务器会直接输出指令给实验室中央空调的控制系统进行适应性调节。

烟雾传感器设置在实验室内用于检测室内可燃性气体是否超标；门窗推动器分别设置与实验室的门、窗及窗帘相连，用于推动门、窗及窗帘的自动开启。正常情况下，各个门窗推动器受客户端单独控制实现门、窗、窗帘的自动开启。为了提升本申请的安全性能，在本申请中实验室排风系统的控制器和各门窗推动器均受烟雾传感器的信号控制，一旦烟雾传感器检测到火灾发生后，远程服务器会直接输出指令给消防控制系统、实验室排风系统、对应区域的安装在门、窗、窗帘上的门窗推动器启动，消防控制系统打开喷淋头进行喷洒、排风系统进行排风处理，门被打开，方便实验室内人员的快速疏散、窗帘及窗被打开，方便实验室内的烟雾快速扩散出去。

紧急冲淋器设置在实验室内的水槽处用于发生实验事故后的紧急冲洗；紧急冲淋器一旦开启，客户端处会及时发生警示，提醒实验室管理及时进行施救。

水浸传感器设置在实验室内的水槽的下方用于监测溢水报警；阀门设置在水侵传感器处的水槽管路上；阀门受水侵传感器的信号控制。正常情况下，阀门的开启或关闭收客户端远程控制和现场直接关闭，但在本申请中，一旦水侵传感器检测到水侵事故的发生，远程服务器会直接输出指令给阀门进行管阀操作，注意，在本技术方案中，阀门关闭的优先权低于消防喷淋的优先权，即火灾发生时，阀门无法实现自动关闭。

废液收集系统设置在实验室内用于监测废液集满报警；一旦废液集满，客户端会发出提示，提醒实验室管理人员对废液进行及时处理。

安防门磁设置在实验室门上和试剂柜上用于记录实验室门和试剂柜的打开情况；安防门磁的设置能够对进入实验室的人员进行记录和登记及对试剂柜内试剂的使用情况进行记录和登记，以方便在客户端上进行查看。

本申请还包括有报警模块，报警模块包括设置在实验室内与智能网关相连的声光报警器和设置在远程服务器上的云平台电话告警。声光报警器会被安装在门禁处、烟雾传感器、及紧急喷淋器等需要声光报警提醒的场所。任何一处的声光报警器启动，远程服务器均会第一时间启动云平台电话告警，以语音的方式提醒实验室管理及时排查险情和做出相应的处理方案。语言提醒的同时，客户端的用户界面上会有相应的报警提示，比如某个区域的火警或某个区域发生水侵事故等。

为了更好地说明本申请的技术方案，现通过断路器与智能网关的链接进行举例说明。首先将各个智能终端安装在适合的位置，手动打开电源开关和断路器，实验室通电。在本申请中，申请人采2.4G频段路由器组成实验室内的局域网，同时2.4G频段路由器的也是智能网关与远程服务器相连的网络设备；将智能网关与电源相连，并通过网线(或WiFi)的方式与2.4G频段路由器相连；确认配网指示灯(绿色)常亮(如果指示灯处于其他状态，长按“复位键”，直到绿灯长亮。确保手机或平板电脑连接到统一网络中的2.4G频段的路由器内，此时，手机、智能网关处于同一个局域网；打开手机上的客户端，进行智能终端的添加，选择相应的网关，按照提示操作设备入网，添加成功后即可在设备列表中看到断路器。其他智能终端与智能网关的连接方式与断路器相同，不在一一描述。本行业的技术人员应该了解，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，包括客户端、远程服务器，智能网关、智能终端；客户端通过互联网与远程服务器相连，客户端用于显示各智能终端的实时状态和对各智能终端进行单独控制；远程服务器通过互联网与智能网关相连；远程服务器用于接收、存储、处理由智能网关传输过来的各智能终端的数据，并将各智能终端的数据发送给客户端进行显示，同时能够接收客户端对各智能终端的控制指令；智能网关通过设置在每个智能终端上的物联网传输模块与各智能终端独立相连；智能终端包括断路器、照明开关、插座、门禁、摄像头、人体运动传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、紧急冲淋器、水浸传感器、废液收集系统、安防门磁、门窗推动器。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，断路器设置在总电源开关旁，用于对整个实验室的供电进行控制和对实验设备异常用电进行检测和反馈给远程服务器，并能够通过客户端进行远程复位；照明开关设置在实验室内用于控制照明灯的开启和关闭；插座设置在实验设备处对实验设备进行供电并监测实验设备的用电情况；门禁设置在实验室的门口，门禁采用人脸识别门禁系统用于核实和登记人员出入；摄像头设置在实验室的门口和实验仪器处，用于监控实验室的人员出入及实验仪器的使用过程，摄像头的监控数据通过智能网关上传到远程服务器进行存储，供客户端进行实时查看和回放；人体运动传感器设置在实验工位处，人体运动传感器用于检测工位上的人员变动情况；温湿度传感器设置在实验室内用于检测室内温湿度情况；烟雾传感器设置在实验室内用于检测室内可燃性气体是否超标；紧急冲淋器设置在实验室内的水槽处用于发生实验事故后的紧急冲洗；水浸传感器设置在实验室内的水槽的下方用于监测溢水报警；废液收集系统设置在实验室内用于监测废液集满报警；安防门磁设置在实验室门上和试剂柜上用于记录实验室门和试剂柜的打开情况；门窗推动器分别设置与实验室的门、窗及窗帘相连，用于推动门、窗及窗帘的自动开启。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，照明开关、插座、门禁、摄像头、人体运动传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、紧急冲淋器、水浸传感器、安防门磁、门窗推动器的物联网传输模块采用zigbee通讯模块；断路器、废液收集系统的物联网传输模块采用WiFi通讯模块。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，远程服务器采用物联网云平台。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，智能终端还包括设置在水侵传感器处的水槽管路上的阀门；阀门受水侵传感器的信号控制。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，智能终端还包括实验室中央空调的控制系统；实验室中央空调的控制系统受温湿度传感器的信号控制；实验室中央空调的控制系统的物联网传输模块采用WiFi通讯模块。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，智能终端还包括实验室排风系统的控制器；实验室排风系统的控制器受烟雾报警器的信号控制；实验室排风系统的控制器的物联网传输模块采用WiFi通讯模块。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，各门窗推动器受烟雾传感器的信号控制。

9.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，客户端设置在移动终端设备上；移动终端设备为智能手机或平板电脑。

10.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室智能控制系统，其特征在于，还包括报警模块，报警模块包括设置在实验室内与智能网关相连的的声光报警器和设置在远程服务器上的云平台电话告警。