高等学校实验室 [高等学校电气类实验室安全管理系统]

高等学校电气类实验室安全管理系统

近年来，随着高等教育体制改革向着“创新应用型人才培养” 的发展趋势，实验课程学时增加，实验室规模扩建，安全已 经被列为实验室建设管理的首要条件。实验室安全的保证不 仅需要建立详细的安全操作规范与负责人管理制度，更要结 合先进的技术手段建立完备的预警机制与紧急预案。

二、电气类实验室存在的安全问题 三、安全管理系统的构架组成 实验室安全管理系统由事故预警模块、防盗预警模块、 环境参数控制模块、远程访问模块三个主模块组成，通过多 种终端传感器采集信息作为预警和控制的参数。结构图如图 1所示。

事故预警包括对火灾、漏水以及设备过压过流运行的监 测，通过设定参数范围即可实现对事故进行提前警报。（1） 环境控制模块。照明控制可以根据检测人体位置实现不同灯管的开关控制，并在无人情况下自动熄灯，温度传感器分散 安装于墙面、棚顶，通过平均运算得出参数控制空调的启停。

（2）防盗预警模块。门禁控制采用无线射频技术，在每个 设备上安装电子标签，防范非许可情况下将设备带出实验室。

每个实验室安装无线视频摄像头实现无死角在线监控。获取 的控制参数保存至数据库，管理员可以通过网络随时随地访 问系统状态。

四、技术原理 1.传感器采集参数信息。火灾是电气类实验室较易发生 的事故，一旦发生火灾及时发现有效灭火是极为重要的。火 灾烟雾是由气、液、固体微粒群组成的混合物，具有体积、 质量、温度、电荷等物理特性。离子型烟雾探测器是通过相 当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的 微电流变化装置。当烟雾粒子进入电离室，改变了电离室空 气的电离状态，从而宏观表现为电离室的等效电阻增加引起 电离室两端的电压增大，由此来确定空气中的烟雾状况。

房屋或窗户漏水也是电气类实验室的安全隐患之一，虽 然这种情况发生的几率相对较小，但如果在无人值守的情况 下发生漏水，对实验设备和材料的损害是巨大的。在易发生 漏水的位置，如水池周围地板下方、窗台附近安装湿度传感器，以备发生漏水时及时通知管理员。电流电压传感器连接 在实验设备敏感单元内部，实现电流电压过大时自动断电。

无线温度传感器安装于刀闸、电缆接头、接触器触点、母线 连接点等各类高低压设备连接点，通过监测其温度，预防温 度过高引起的事故。另外，墙体周围分散安装温度传感器， 作为空调启停的控制参数。人体感应传感器安装于灯具旁。

人体进入传感器感应范围内时，传感器就会输出一个高电平 脉冲信号或高电平延时信号，输出的感应脉冲或延时信号可 以直接驱动照明灯。

2.RFID-EAS无线射频-电子标签。无线射频技术RFID （Radio Frequency Identification）是在阅读器和射频卡 之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换 的目的，相对于传统的条型码、磁卡及IC卡，RFID具有非接 触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使 用的特点和具有防冲突功能。EAS（Electronic Article Surveillance）是一种设置在需要控制物品出入门口的RFID 技术。这种技术一边应用于商店图书馆等场所，当未被授权 的人从这些地方非法取走物品时，EAS系统会发出警告。实 验室门禁EAS系统由检测器、电子标签、解码器组成。检测 器包括接收、发送两个模块，分别安装在门禁左右两侧，发 送模块利用发射天线发出一定范围的扫描信号，接收模块的 接收天线与发射天线相对应形成带状扫描区域，采用电磁波的共振效应搜索带状扫描区域内有无电子标签经过，检测到 电子标签随即产生报警信号。电子标签是由Lc振荡回路组成 的电子传感器，在每个实验设备外壳内部贴装电子标签，可 以防止将标签随意揭掉，解码器是电子标签的灭活装置，由 实验室管理员保管，只有通过解码器灭活之后才可以授权设 备正常出入实验室门禁。此外，在实验室出口安装监视器， 形成一定区域的监视空间，当出现实验设备未授权通过门禁 时，系统自动发出警报，并控制监视器拍摄视频保存于系统 特定存储区。

3.ZigBee无线传输技术。zigbee技术是一种近距离、低 功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，其主要用于距 离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据 传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数 据传输的应用。实验室空间有限，安全管理系统采用的传感 器数量多、布线复杂、不易于维护，因此无线传输是实验室 安全管理系统数据传输的首选方法。系统采用ZigBee协议实 现各个传感器与主控制器间的数据通讯。每个传感器匹配一 个ZigBee终端组成数据采集模块，ZigBee终端通过IO口间歇 性读取对应传感器采集的数据，并将数据打包发送给ZigBee 无线路由器进行中转，无线路由器再将数据包发送给ZigBee 协调器，协调器用于组建无线网络，并将数据发送至主控制 器的特定处理模块。环境控制模块中，主控制器会对接收的数据进行分析，根据程序中预先设定的参数范围，直接对空 调和照明灯发送控制信号。在事故预警与防盗预警模块中， 主控制器对数据进行处理后，判断是否存在事故隐患或防盗 警报，如果存在，通过androidPN服务器向实验室管理员的 手机发送预警信息。

4.数据库远程访问。实验室安全管理系统采集的数据包 括视频格式、图片格式、字符格式，通过ZigBee无线传输至 主控制器，主控制器对数据进行分析处理，将可作为控制参 数或报警参数的数据存放于数据库A区永久留存，冗余字符 数据（即无异常情况下各个传感器获取的环境数据）存放于 B区，冗余视频数据存放于C区，数据库B区与C区数据每学期 清空一次。管理员可以在办公室或家里电脑以及手机随时登 录安全管理系统访问数据库，了解实验室状态。

五、结语 随着电气类学科实验室规模不断扩充的发展需求，面对 实验室运行过程中存在的安全隐患与管理问题，有效的利用 现代科技手段实现自动监控与预警，能够减少安全事故发生 的概率，降低管理员的劳动强度，进一步保证了实验室的安 全运行，使学生能有一个良好的课堂环境。参考文献：
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