麻小娟，黨海燕，荀艷麗

（西安明德理工學院，陜西 西安 710124）

0 引 言

實驗室是科研實驗的平臺，其環(huán)境對于實驗設備的壽命有著十分重要的影響，對于科研人員的生命安全也至關重要。為了進一步提高實驗室的安全性，提升實驗室安全管理的智能化，從而更科學地對實驗室環(huán)境進行監(jiān)測，保證實驗室的安全性，本文開發(fā)了實驗室環(huán)境監(jiān)測平臺。隨著科技的不斷發(fā)展，物聯網技術不斷普及，成為全面應用在當前人與物以及物與物溝通聯系領域的新型技術體系[1-3]，給人們生活和生產帶來了很大的改變。本系統通過無線網絡結合物聯網技術對多個實驗室環(huán)境數據進行采集，為實驗室環(huán)境監(jiān)測平臺提供可靠的數據[4]。

1 系統總體分析

實驗室環(huán)境監(jiān)測系統分為上位機和下位機兩部分[5]。下位機是硬件部分，主要完成實驗室環(huán)境數據的采集以及發(fā)送。上位機主要是軟件部分，即實驗室環(huán)境監(jiān)測平臺，實現實驗室環(huán)境數據的存儲、分析和處理以及可視化顯示。系統框架如圖1所示。

圖1 系統架構

2 系統下位機

系統下位機主要包含四部分：傳感器、MCU、報警模塊以及無線模塊。其中，傳感器用于采集實驗室環(huán)境數據[6]，本系統溫濕度模塊選用DHT11傳感器，煙霧采集模塊采用MQ-2煙霧濃度傳感器，PM2.5采集模塊采用SDS011傳感器；MCU負責對傳感器采集到的數據進行解析，本系統采用STC89C52單片機；報警模塊采用蜂鳴器和發(fā)光二極管分別實現聲音和光線報警，從而提醒實驗室管理人員實驗室的異常情況；無線模塊主要負責將數據傳遞給服務器。下位機的系統原理如圖2所示。

圖2 下位機系統原理

3 系統上位機

3.1 數據庫設計

本系統主要是對實驗室環(huán)境進行監(jiān)測。根據實驗室的實際需求得出本系統主要監(jiān)測的環(huán)境指標有溫度、濕度、PM2.5、煙霧。設置數據庫名為environment數據庫，設置表名為monitor表，該表主要用于存儲實驗室的各項環(huán)境指標的值，其屬性和約束見表1所列。

表1 monitor表的屬性和約束

本系統選取以高效、簡潔、高可靠性著稱的免費開源MySQL數據庫進行開發(fā)設計。MySQL數據庫支持標準化SQL查詢語言，能夠實現高速存儲數據；同時支持線程池，能夠在充分利用硬件資源的情況下，應對大量的并發(fā)請求[7-8]。根據設計的表關系，采用標準SQL語言在關系型數據庫管理系統MySQL中創(chuàng)建數據庫表monitor表。

3.2 功能實現

實驗室環(huán)境監(jiān)測平臺主要是管理人員能夠直觀查看每個實驗室的環(huán)境數據是否正常，并根據需要能夠查看每個實驗室的具體情況以及各種環(huán)境數據的變化趨勢，從而推斷實驗室的情況，做出預防措施。平臺采用前后端分離的形式實現，數據庫采用MySQL5.7，后端采用MVC模式以及SpringBoot框架和MyBatis持久層框架[9-10]，前端采用Vue框架、Element組件和ECharts數據可視化組件。

前端通過created（）函數加載頁面時，通過請求alllabortory路徑請求后端，后端通過調用tb_laboratoryService接口的 findAllaboratorys（）方法找出所有的實驗室，再調用tb_laboratoryService接口的 findAllaboratory（）方法查找出每個實驗室對應的環(huán)境數據。前端采用按鈕展示所有實驗室，為了能夠更加清楚顯示實驗室的狀態(tài)，遍歷獲取的結果集，對遍歷出來的對象分別判斷溫度、濕度、PM2.5以及煙霧是否正常，若有一個數據不正常，則將按鈕設置為橘黃色，否則將按鈕設置為綠色。為了實驗室管理員能夠更加清楚地查看實驗室的具體情況，給按鈕設置點擊事件，通過this.$router.push（{'path'：'/Lin'，query：index}）進行頁面跳轉，顯示當前實驗室環(huán)境的具體情況。

為了能夠清楚展示實驗室環(huán)境數據的變化趨勢，系統采用可視化形式進行數據的顯示。在頁面中首先為可視化圖標設置對應的空間容器，分別通過drawLineChart（）、drawLineCharts（）、Histograms（）函數對溫度看板、濕度看板和PM2.5看板進行繪制，再通過drawCharts（）函數用后端獲取的數據對其進行渲染。具體獲取數據流程：通過$axios的post請求根據上個頁面?zhèn)鬟^來的參數作為傳往后端的參數。后端通過monitorService接口的allTemp（）方法對該實驗室的最后20條數據即最新采集的數據進行查找和遍歷，找出所有時間，通過new SimpleDateFormat（"yyyy-MM-dd HH：mm：ss"）.format（monitor_time）將時間轉為字符串格式，并通過format.substring（10，16）方法對時、分進行截?。粚⑻幚砗玫臄祿嫒霑r間集合，通過Msg.setDatas（）將時間集合傳入前端。前端定義兩個數組，用來存放圖表的X軸與Y軸的數據，并用push（）方法對數組進行賦值，從而實現了數據可視化顯示。實驗室環(huán)境監(jiān)測平臺界面如圖3所示。

圖3 實驗室環(huán)境監(jiān)測平臺界面

4 結 語

本系統結合物聯網技術對實驗室數據進行采集，并通過前后端分離的形式開發(fā)了實驗室環(huán)境監(jiān)測平臺，實驗室管理人員能夠清楚地查看所有實驗室的狀態(tài)、環(huán)境數據以及數據的變化趨勢。為了提高用戶體驗度，系統采用可視化形式進行環(huán)境數據的展示，對有異常數據的實驗室按鈕進行警示性顏色設置。本系統平臺的實現使實驗室的安全管理更加人性化和智能化，提高了實驗室管理效率。