传感器在基于物联网的智慧实验室中的应用

1、传感器在基于物联网的智慧实验室中的应用摘要:传感器是物联网信息层中重要的传感设备，主要用于传感和传输信息，是实验室智慧控制的关键。本文结合现代无线 技术和无线网络，创建了一个基于物联网的智慧实验室系统。该系统由数据收集、处理和服务环节组成。它由五个基本功能系统 和一个用于综合体验对象网络的中央平台组成。它是由实验人员、实验过程和实验环境组成的复杂智慧实验室。之后介绍了传感 器在物联网的智慧实验室中的应用，比如温湿度传感器、液体检测传感器、烟雾探测器、热辐射传感器、红外传感器、光敏传感器 等传感器的使用。在传感器的帮助下，我们试图让实验室的控制变得智慧化，朝着更智能的能源方向发展。关键词：传感器

2、；智慧实验室；物联网“物联网”作为一场新的工业革命,引起了全世界的关注。在 “互联网”之后，这是又一次革命性的变化，也是一场前所未有的 工业革命，对人们产生了巨大的影响，改变了人们的生活。中国 认为，物联网产业是中国成为世界强国的战略机遇期。在十二 五规划中，物联网产业是国家发展的重点领域之一。我国现在 已将智能制造、两化融合、“中国制造2025”作为利用关键传感 器技术振兴生产和解决问题的国家政策。互联网+智能制造和 德国传工业4.0都与传感器技术的发展息息相关。传感器是虚 拟生产与物理生产、信息与物理系统之间的桥梁。1传感器的作用现在普遍认为网络结构由三层组成：可感知数据层、网络 层、数据

3、传输应用层。感官层是用于识别和收集信息的皮肤和 面部元素。计算机就像人的大脑，不过大脑有“五种感官”来感知 外部信息，而计算机缺乏这“五种感官”。传感器是采集信息所需 的基础设备，也是通过微电子技术改变传统产业的重要工具。 信息通信首先由传感器实现，即物理、化学和生物量是由传感 器转化为电信号，因此人与物之间的各种通信是通过信息高速 公路一互联网实现的，让虚拟空间与物理空间紧密相连。2整体设计为了充分体现各种传输网络的功能，充分了解智能实验室 系统发展起来的现代无线技术，必须满足以下要求：2.1批准在建筑物的楼层和不同楼层之间传输数据的无线 网络,从而建立实验室系统的传输网络。2.2实施各种无

4、线技术。2.3为确保对实验室环境的完全控制并确保实验室的安 全，可以组合多个环境参数。2.4实验和实验设施可以在人与物之间建立不同的联系。2.5组网方便，创建适合扩展、人工干预和减少配置要求的 网络，使网络快速架设，开始正常运行。根据上述功能需求，构建了一个基于物联网的智慧实验室 架构，如图1所示。智慧实验室系统主要由平台子系统、中心服 务器和客户端组成。平台子系统利用热、光、气、烟、传感器、射频 识别等方式获取环境和设备的完整信息，然后通过RJ 45传递 到公共通信网络(包括无线和以太网)叫传感信息被传输到连 接到实验平台并存储在数据库中的中央服务器，然后平台分析 和处理收集到的信息。最后，

5、用户可以使用不同的设备进行浏览和操作。图1实验室系统智慧框架3功能框架智慧实验室由五个关键功能系统和一个用于测试复杂对象 网络的中央平台组成。这五个功能系统:基于ZigBee无线传感 器的智能家居系统;(2)实验箱控制系统;(3)基于高频通信技术的 设备管理系统;(4)基于无线网络的网络监控系统;(5)基于电力线 通信的智能电源管理系统。这五个功能系统通过一个中央综合 网络体验平台发布，平台登录页面如图2所示。图2物联网实验中心平台网站各系统的主要功能如下:（1）智能家居系统。键盘和便携式 智能终端可以实时控制照明、窗帘、空调、监控、存储和控制温 度、湿度和安装烟雾。无线传感器可以检测温度、光

6、线等。在战 略性控制终端，例如，当温度达到一定值时，自动开启空调;检测 烟雾的变化;潜在危险的早期预警。（2）实验箱控制系统。每个实 验箱和服务器之间都有无线连接。在实验过程中，督察员可以 在服务器界面观察每个实验员的实验过程，更好地了解实验员 的实验过程,帮助督察员及时发现和解决问题。实验箱可用于 实验员的电子输入，达到实验室无纸化控制的目的。（3）基于高 频通信技术的设备管理系统。该系统主要执行实验室设备的控 制功能，特别是设备库：它起到实验室设备的获取和存储以及 相关需求和调查的作用。设备管理:设备维护日志:设备维护、 拆卸记录;商业登记:设备登记和信息索取;智能围栏:重要设备 都配备了

7、位置传感器，当设备离开特定区域时,会发出实时警 报。（4）智能能源管理系统。遥测和远程控制可以充分分配负载、 优化操作并有效管理性能。可通过终极实时通讯软件获取并监 控电流、电压、电源和通讯状态。信息收集和分析也会引起超过 相关参数值的报警。（5）视频监控系统。无线数据网络由在许多 重要场所视频监控的Mesh无线产品组成。发现某些区域的干 扰、残留物体、人类行为、失踪物体和实验室人口密度。通过中央程序显示和控制集成智能连接、实验室箱控制、设 备控制、智能能源管理和视频监控系统。还可以通过Internet 进行远程观察和交互。该系统可以使用单点、多点、本地和宽带 网络作为传输、无线和无线传输工具

8、，以获得全面和包容的体 验94技术方法智慧实验室系统采用有线电视和无线框架搭建，可快速设 计和安装，以上五个功能系统中的每一个都可以通过集成物联 网的视觉体验中心平台来实现。如图3所示，网络管理模块的 拓扑结构主要由位于实验室的基本无线传感器网络、网状无线 网络和不同楼层的实验室监控中心组成。俚器段笛RIII通写g节点协5点IW fit 111化山蛾通信Iniemct,-分曹健管理系城果电1怛通估伯种施 川电管理察统2,45(111/MH；无折/谨住骨相器的髀素统笔F W由的袖联避嫁台体|4中心平台哗I无饨网琲的幌机昭程以及 实脱?n代理弟统图3智慧实验室网络拓扑结构4.1基于ZigBee无线

9、传感器的智能家居系统智能家居系统由一个层次的环境感知、一个层次的信息网 络和处理方法组成，允许读取和控制系统中的各种设备。敏感 环境层由温湿度传感器、光敏传感器、烟雾探测器和电视、灯和 窗帘等开关，以及无线技术和无线技术的信息层组成。信息处 理层用于连接中央电视、空调、窗帘、灯泡等系统。这些数据与 需要计算和实施的个性化策略相结合。每个终端接收到数据 后，将数据发送给与网络相连的数据协调器，并通过ZigBee） 议向Web服务器发送信号向。最后,它可以通过互联网和GPRS 等网络进行远程控制，系统路径可提供双向连接。4.2基于RFID技术的设备管理系统利用先进技术优化综合资产管理模式，实验室门

10、口有读卡 器，一旦设备离开实验室，系统会立即通知。4.3基于电力线通信的智能电源管理系统智能用电管理系统基于校园网和电网。硬件主要由显示器、 采集器、智能手机、通信模块和计算机等终端组成，包括预编程 和客户端软件测试。智能电表采用能量载体通讯，使用 DL645-2007 协议。4.4 视频监控系统和实验箱管理系统视频监控和实验箱管理系统采用无线模块（WLN+M和SH） 在建筑物和房间之间传输视频。这是因为网络设备具有以下 特点3:4.4.1低功耗、高可靠性和高传输速率;4.4.2内部配件 小，安装方便;4.4.3网络的适当位置和内容;4.4.4自组织、自 愈、可扩展的多通道网络;4.4.5自动

11、监控和管理数据;4.4.6连 接其他平台设备。视频采集终端和实验室机柜通过无线网络实时发送信息。 从网络节点中提取数据，然后传输到网络坐标。坐标节点通过 以太网将数据发送到发射器，然后连接到服务器显示发生了什 么，网络自动选择带宽更好的节点。5在物联网智能实验室中传感器的应用5.1 温湿度传感器温湿度传感器将热信号转换为电信号或其他必要形式的信 息,并根据特定规律输出o本文使用数字温湿度传感器DHT11, 这是一种带有校准数字信号的综合温湿度传感器。采用中等温 湿度的数字模块技术具有可靠性高和长期稳定性好的优点。该 传感器由一个电阻传感器和一个NTC温度计以及一个高性能 的8位微量元素组成。因

12、此，它具有快速响应、抗干扰和高于 价格的特点模5.2液位传感器实验室用它来检查管道是否损坏。当地面检测到时它会发 出警报。在编程完成的同时,管理员手机会收到一条信息，要求 管理员及时维修，此过程使用带有5V导体的水渗透检测器。5.3烟雾传感器该材料使用MQ-2烟雾探测器模块。MQ-2烟雾探测器使 用氧化锡，具有低空气传导性的特点。当传感器检测到环境中 的燃气时，传感器的电导率会发生变化。随着空气中气体浓度 的增加，其电导率也会增加。MQ-2烟雾探测器模块前和A0信 号输出95.4热释传感器本文使用由散热传感器制成的被动红外传感器。随着温度 的升高或降低，铅和钛等热剂会在表面产生电荷。由热电材料

13、 制成的敏感部件呈黑色，具有良好的吸收性能。当红外线照射 时/热释电体温发生变化/电极也发生变化/电极会产生电荷9 一旦平衡完成，电极电压消失；当红外辐射消失时，放热温度降 低，极性改变。红外热传感器中使用的透镜是菲涅尔透镜。菲涅 尔透镜每个镜头都有一个小视野。两个相邻的镜头不重叠，不 连续，盲点间隔开。这些图像形成了一个比较完整的观察区域。随着人体在观察区域内行走或移动，逐渐进入观察 区域。镜头的视场会远离镜头的视场，这会导致散热传感器的 温度不断变化并发出相应的信号。5.5红夕卜线传感器传感器检测模块对光更敏感，由多个红外线和接收器组成。 当遇到障碍物确定方向时，红外线会发射特定频率。此时信号 接收管不会导通或挡住障碍物,造成高低电平切换。5.6光敏传感器光敏元件用于将光敏信号转换为电能。光敏元件的波长接 近可见光的长度,包括红外线和紫外线辐射的波长。光传感器 不限于光测量，还可以由其他传感器组成作为检测的一部分。 通过将这些变化转换为光信号，可以检测到许多电荷。结束语为充分了解物联网技术中各种网络协议的传输功能，智慧 实验室系统采用RFID技术进行数据采集.ZigBee技术用于短 距