李明 王潤(rùn)濤 果莉 房俊龍

摘要：針對(duì)電氣類實(shí)驗(yàn)室存在的安全管理問(wèn)題，闡述了基于現(xiàn)代技術(shù)手段的安全預(yù)警管理系統(tǒng)的實(shí)施方案，詳細(xì)介紹了通過(guò)傳感器技術(shù)、RFID無(wú)線射頻技術(shù)、ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)與遠(yuǎn)程訪問(wèn)技術(shù)相互融合，對(duì)實(shí)驗(yàn)室存在的火災(zāi)、漏水、失盜等安全隱患進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警的過(guò)程，為高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室安全管理提供了技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電氣類；實(shí)驗(yàn)室安全管理；RFID；ZigBee

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）32-0011-02

一、引言

高校實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題對(duì)任意一所高校都是至關(guān)重要的。近年來(lái)，隨著高等教育體制改革向著“創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)”的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)增加，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)建，安全已經(jīng)被列為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理的首要條件。實(shí)驗(yàn)室安全的保證不僅需要建立詳細(xì)的安全操作規(guī)范與負(fù)責(zé)人管理制度，更要結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)手段建立完備的預(yù)警機(jī)制與緊急預(yù)案。

二、電氣類實(shí)驗(yàn)室存在的安全問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題包括兩個(gè)主要方面：一是實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中操作者的人身安全，二是貴重實(shí)驗(yàn)材料設(shè)備保管防盜安全。電氣類實(shí)驗(yàn)室涉及高電壓大電流實(shí)驗(yàn)以及電子焊接實(shí)驗(yàn)，雖然目前的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已經(jīng)高度集成，已經(jīng)盡量避免學(xué)生直接接觸裸露高壓線，但操作失誤或管理不當(dāng)都會(huì)引起事故，學(xué)生在不明確電路圖的條件下連線短路會(huì)直接造成設(shè)備損毀甚至引起火災(zāi)，實(shí)驗(yàn)室濕度過(guò)大或者灰塵堆積都會(huì)對(duì)設(shè)備造成侵蝕埋下安全隱患。此外，電氣類實(shí)驗(yàn)室學(xué)生集中上課流動(dòng)性大、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備昂貴且類別繁多，經(jīng)常出現(xiàn)丟失的現(xiàn)象。針對(duì)高等學(xué)校電氣類實(shí)驗(yàn)室存在安全管理問(wèn)題，結(jié)合智能化、自動(dòng)化管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一套適用于實(shí)驗(yàn)室安全預(yù)警的管理系統(tǒng)，能夠減少安全事故的發(fā)生，改善實(shí)驗(yàn)室的安全管理。

三、安全管理系統(tǒng)的構(gòu)架組成

實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)由事故預(yù)警模塊、防盜預(yù)警模塊、環(huán)境參數(shù)控制模塊、遠(yuǎn)程訪問(wèn)模塊三個(gè)主模塊組成，通過(guò)多種終端傳感器采集信息作為預(yù)警和控制的參數(shù)。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

事故預(yù)警包括對(duì)火災(zāi)、漏水以及設(shè)備過(guò)壓過(guò)流運(yùn)行的監(jiān)測(cè)，通過(guò)設(shè)定參數(shù)范圍即可實(shí)現(xiàn)對(duì)事故進(jìn)行提前警報(bào)。（1）環(huán)境控制模塊。照明控制可以根據(jù)檢測(cè)人體位置實(shí)現(xiàn)不同燈管的開(kāi)關(guān)控制，并在無(wú)人情況下自動(dòng)熄燈，溫度傳感器分散安裝于墻面、棚頂，通過(guò)平均運(yùn)算得出參數(shù)控制空調(diào)的啟停。（2）防盜預(yù)警模塊。門禁控制采用無(wú)線射頻技術(shù)，在每個(gè)設(shè)備上安裝電子標(biāo)簽，防范非許可情況下將設(shè)備帶出實(shí)驗(yàn)室。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室安裝無(wú)線視頻攝像頭實(shí)現(xiàn)無(wú)死角在線監(jiān)控。獲取的控制參數(shù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，管理員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地訪問(wèn)系統(tǒng)狀態(tài)。

四、技術(shù)原理

1.傳感器采集參數(shù)信息?；馂?zāi)是電氣類實(shí)驗(yàn)室較易發(fā)生的事故，一旦發(fā)生火災(zāi)及時(shí)發(fā)現(xiàn)有效滅火是極為重要的?；馂?zāi)煙霧是由氣、液、固體微粒群組成的混合物，具有體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。離子型煙霧探測(cè)器是通過(guò)相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來(lái)感知煙霧粒子的微電流變化裝置。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態(tài)，從而宏觀表現(xiàn)為電離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來(lái)確定空氣中的煙霧狀況。

房屋或窗戶漏水也是電氣類實(shí)驗(yàn)室的安全隱患之一，雖然這種情況發(fā)生的幾率相對(duì)較小，但如果在無(wú)人值守的情況下發(fā)生漏水，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料的損害是巨大的。在易發(fā)生漏水的位置，如水池周圍地板下方、窗臺(tái)附近安裝濕度傳感器，以備發(fā)生漏水時(shí)及時(shí)通知管理員。電流電壓傳感器連接在實(shí)驗(yàn)設(shè)備敏感單元內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)電流電壓過(guò)大時(shí)自動(dòng)斷電。無(wú)線溫度傳感器安裝于刀閘、電纜接頭、接觸器觸點(diǎn)、母線連接點(diǎn)等各類高低壓設(shè)備連接點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)其溫度，預(yù)防溫度過(guò)高引起的事故。另外，墻體周圍分散安裝溫度傳感器，作為空調(diào)啟停的控制參數(shù)。人體感應(yīng)傳感器安裝于燈具旁。人體進(jìn)入傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)，傳感器就會(huì)輸出一個(gè)高電平脈沖信號(hào)或高電平延時(shí)信號(hào)，輸出的感應(yīng)脈沖或延時(shí)信號(hào)可以直接驅(qū)動(dòng)照明燈。

2.RFID-EAS無(wú)線射頻-電子標(biāo)簽。無(wú)線射頻技術(shù)RFID（Radio Frequency Identification）是在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的，相對(duì)于傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡，RFID具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損、不受環(huán)境影響、壽命長(zhǎng)、便于使用的特點(diǎn)和具有防沖突功能。EAS（Electronic Article Surveillance）是一種設(shè)置在需要控制物品出入門口的RFID技術(shù)。這種技術(shù)一邊應(yīng)用于商店圖書(shū)館等場(chǎng)所，當(dāng)未被授權(quán)的人從這些地方非法取走物品時(shí)，EAS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告。實(shí)驗(yàn)室門禁EAS系統(tǒng)由檢測(cè)器、電子標(biāo)簽、解碼器組成。檢測(cè)器包括接收、發(fā)送兩個(gè)模塊，分別安裝在門禁左右兩側(cè)，發(fā)送模塊利用發(fā)射天線發(fā)出一定范圍的掃描信號(hào)，接收模塊的接收天線與發(fā)射天線相對(duì)應(yīng)形成帶狀掃描區(qū)域，采用電磁波的共振效應(yīng)搜索帶狀掃描區(qū)域內(nèi)有無(wú)電子標(biāo)簽經(jīng)過(guò)，檢測(cè)到電子標(biāo)簽隨即產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。電子標(biāo)簽是由Lc振蕩回路組成的電子傳感器，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備外殼內(nèi)部貼裝電子標(biāo)簽，可以防止將標(biāo)簽隨意揭掉，解碼器是電子標(biāo)簽的滅活裝置，由實(shí)驗(yàn)室管理員保管，只有通過(guò)解碼器滅活之后才可以授權(quán)設(shè)備正常出入實(shí)驗(yàn)室門禁。此外，在實(shí)驗(yàn)室出口安裝監(jiān)視器，形成一定區(qū)域的監(jiān)視空間，當(dāng)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備未授權(quán)通過(guò)門禁時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并控制監(jiān)視器拍攝視頻保存于系統(tǒng)特定存儲(chǔ)區(qū)。

3.ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)。zigbee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)，其主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。實(shí)驗(yàn)室空間有限，安全管理系統(tǒng)采用的傳感器數(shù)量多、布線復(fù)雜、不易于維護(hù)，因此無(wú)線傳輸是實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x方法。系統(tǒng)采用ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器與主控制器間的數(shù)據(jù)通訊。每個(gè)傳感器匹配一個(gè)ZigBee終端組成數(shù)據(jù)采集模塊，ZigBee終端通過(guò)IO口間歇性讀取對(duì)應(yīng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給ZigBee無(wú)線路由器進(jìn)行中轉(zhuǎn)，無(wú)線路由器再將數(shù)據(jù)包發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器用于組建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至主控制器的特定處理模塊。環(huán)境控制模塊中，主控制器會(huì)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)程序中預(yù)先設(shè)定的參數(shù)范圍，直接對(duì)空調(diào)和照明燈發(fā)送控制信號(hào)。在事故預(yù)警與防盜預(yù)警模塊中，主控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，判斷是否存在事故隱患或防盜警報(bào)，如果存在，通過(guò)androidPN服務(wù)器向?qū)嶒?yàn)室管理員的手機(jī)發(fā)送預(yù)警信息。

4.數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程訪問(wèn)。實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括視頻格式、圖片格式、字符格式，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳輸至主控制器，主控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將可作為控制參數(shù)或報(bào)警參數(shù)的數(shù)據(jù)存放于數(shù)據(jù)庫(kù)A區(qū)永久留存，冗余字符數(shù)據(jù)（即無(wú)異常情況下各個(gè)傳感器獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)）存放于B區(qū)，冗余視頻數(shù)據(jù)存放于C區(qū)，數(shù)據(jù)庫(kù)B區(qū)與C區(qū)數(shù)據(jù)每學(xué)期清空一次。管理員可以在辦公室或家里電腦以及手機(jī)隨時(shí)登錄安全管理系統(tǒng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，了解實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著電氣類學(xué)科實(shí)驗(yàn)室規(guī)模不斷擴(kuò)充的發(fā)展需求，面對(duì)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過(guò)程中存在的安全隱患與管理問(wèn)題，有效的利用現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控與預(yù)警，能夠減少安全事故發(fā)生的概率，降低管理員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步保證了實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行，使學(xué)生能有一個(gè)良好的課堂環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]穆蘭.一種圖書(shū)館RFID門禁系統(tǒng)的報(bào)警檢測(cè)方法[J].儀表技術(shù)，2014，（3）：36-38.

[2]朱蕾.高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的需求分析及功能模塊設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011，（24）：293.

[3]楊弘平，鄭先海.基于Zigbee的家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，10（4）：355-358.

[4]周健，朱育紅，藍(lán)閩波.高校實(shí)驗(yàn)室安全管理特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)淺析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（7）：281-284.

[5]郭敏杰，胡新，王珣，等.高等藥學(xué)院校實(shí)驗(yàn)室安全管理探究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（2）：177-179.