Applications创新应用基于 STM32 的实验室智能安全综合控制系统范皓然（金陵科技学院，江苏 211169）摘要：分析表明，高校实验室安全事故频繁发生，造成了极大的人员伤亡和严重的财产损失。针对实验室存在的安全隐患，提出一种基于 STM32 的实验室智能安全综合控制系统，可以有效降低实验室发生安全事故的风险，具有很大的实用价值。关键词：集成电路应用；智能实验室；STM32；综合控制。中图分类号：TN912；G647 文章编号：1674-2583(2019)12-0023-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2019.12.010中文引用格式：范皓然.基于STM32的实验室智能安全综合控制系统[J].集成电路应用, 2019, 36(12): 23-24+27.Comprehensive Control System of Intelligent Security in Laboratory Based on STM32FAN Haoran ( Jinling Institute of technology, Jiangsu 211169 China. ) Abstract — The analysis shows that laboratory safety accidents occur frequently, which cause great casualties and property losses. In view of the potential safety hazards in the laboratory, this paper proposes an intelligent comprehensive safety control system based on STM32, which can effectively reduce the risk of safety accidents in the laboratory and has great practical value. Index Terms — IC application, intelligent laboratory, STM32, integrated control.1 引言高校实验室是推动科学技术发展进步的重要阵地，也是安全事故的重灾区。然而，大部分的高校实验室内没有配备相应的安全设施，这也是安全事故频繁发生的重要原因[1-3]。基于这一思考，本文提出的实验室智能安全综合控制系统，有效地规避实验室的部分共性安全隐患，并且可根据实验室具体职能对系统进行功能拓展。2 系统架构本系统（图 1）由三个部分组成，由 STM32 开发板及相关模块组成的控制中心，由 LD3320 开发板及相关模块组成的语音识别中心和以 ESP32 开发板、传感器子系统及相关模块组成的传感中心组成。其中，控制中心和传感中心通过云平台间接通信，语音识别中心与控制中心直接连接。控制中心实现系统的整体控制，发出警报及操纵相关设备，语音识别中心将识别语音的指令发送给控制中心，并根据返回的信息播放相应的语音，传感中心实现数据的采集并上报到云平台上[4-9]。整套系统使用电池进行供电，功耗低，待机时间长。即使在实验室处于断电的环境下，整个系统依旧可以正常工作。同时系统与实验室电源相隔图 1 系统架构离，可以方便控制实验室的电力系统。3 硬件的平台设备 3.1 控制中心系统采用 STM32 F103RBT6 开发板作为系统的主硬件平台。STM32 具备体积小，性能强，功耗小，价格低，外设丰富等功能，能够较为容易地开发出实现的功能。STM32 被广泛应用在销售节点机、USB 设备、工业自动化、家电、建筑安防的场景。Air208S GSM 是一款四频 GSM/GPRS 模块。通过预先编写程序，当需要拨打电话或发送短信时，主硬件平台 STM32 开发板通过串口向 Air208S GSM 模块发送 AT 指令，进行拨打电话或发送短信。基金项目：江苏省教育信息化研究课题(20172095)作者简介：范皓然，金陵科技学院，研究方向：电子技术应用。收稿日期：2019-07-29，修回日期：2019-11-03。集成电路应用 第 36 卷 第 12 期（总第 315 期）2019 年 12 月 23创新应用Applications 3.2 传感中心采用 ESP32 作为核心。ESP32 是集成 2.4 GHz WiFi 和蓝牙双模的单芯片方案，具有超高的射频性能、稳定性、通用性和可靠性，以及超低的功耗，满足不同的功耗需求，适用于各种应用场景。以 ESP32 开发板为核心的传感中心搭载着传感器系统。在传感器系统上装配了众多传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光强传感器、烟雾传感器、水位传感器、人体传感器、门磁传感器等等一系列众多传感器。能够有效感知实验室的各类参数，为实验室的安全控制提供依据。 3.3 语音识别中心LD3320 开发板采用非特定人的语音识别技术，仅考虑待识别语音的内容，对识别声音没有要求。对中文普通话的识别效果好。具有显著的抗噪效应，即使实验室内有一定的设备噪声，也能达到较高的识别率。识别的关键词语列表可以任意动态编辑，方便实验室人员自主修改。 3.4 云平台本系统采用中国移动的 OneNET 物联网开放平台。系统将相关参数上传到云平台，同时执行云平台下发的指令。通过在手机端或电脑端访问中国移动 OneNET，实验室人员可以在简洁直观的界面中，实现数据的远程查询和远程控制。云平台上实时显示着实验室的各项参数信息，如温度、湿度、光照强度、烟雾浓度、降雨情况、是否有人员、门窗关闭情况等。可以将历史数据绘制成图表，方便实验室人员进行查阅和分析，从而及时排除安全隐患。云平台上还记录着系统的执行活动，方便实验室人员掌握实验室的动向。同时，可以通过云平台向系统发送指令，如断开实验室电源、开启关闭照明系统、开启关闭通风窗等。4 软件设计 4.1 传感信号将传感器设备与其他设备隔离开来，仅通过传感器系统向云平台发送数据（图 2）。图 2 传感器系统结构 4.2 危险监控控制中心接收到传感中心的数据以后，进行数据分析。若分析出危险信号，则根据信号完成预先24 集成电路应用 第 36 卷 第 12 期（总第 315 期）2019 年 12 月设定的自动操作，降低发生实验室事故的可能性。同时采用多种方式发出警报，通知实验室人员进行处理（图 3）。图 3 危险控制流程 4.3设备控制本系统采用了电机驱动，电磁继电器控制和红外线控制的综合控制方式。所有设备控制均支持云平台控制和语音控制（图 4）。图 4 设备控制流程 4.4 智慧提醒当实验室人员进行实验活动时，系统会通过光线传感器、温度传感器、湿度传感器等传感器监控实验室环境，发挥智慧提醒功能。若实验室内光强较低，则通过扬声器提醒打开照明设备；若实验室内光强较高，则提醒关闭窗帘；当实验室温度不适宜时，则提醒打开空调；若实验室湿度过大或过小时，则提醒使用空调除湿或通过加湿器进行加湿。所有提醒功能均可由实验室人员通过语音控制实现。5 结语通过使用实验室安全综合系统，极大程度地降低了实验室事故的发生概率。采用云平台记录数据，可以方便地分析实验室各种指标的数据参数，同时可以通过云平台远程控制实验室。支持语音交互和控制，使用体验舒适便捷。在判决报警方面，采用多种传感器结合的方式，多组参数综合判决，有效避免了单一传感器参数读取错误导致的误报警问题，提高了系统的稳定性。报警方式多样化，包括语音报警、云平台报警、拨打电话和发送短信等。同时，系统有一定的（下转第 27 页） Applications创新应用坛,2016(47):240-242.[2] 李广羽.应用型本科专业课程体系构建与实施——以电子信息科学与技术专业为例[J].教育教学论坛,2015(03):145-146.[3] 龙诺春,余丽红,林春景.应用技术大学电子信息工程专业课程体系研究[J].福建电脑,2014, 30(08):57-59. 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