摘 要：傳統(tǒng)的高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室?；饭芾矸椒ù嬖谥T多漏洞，如?；穾齑婕邦I(lǐng)用量統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確、操作人員管理不規(guī)范等。為解決上述問題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建了高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室?；饭芾硐到y(tǒng)，分別設(shè)計(jì)了云管理平臺(tái)和智能管理終端，利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)?；泛腿藛T的規(guī)范化管理。該系統(tǒng)云端主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，智能管理終端以STM32芯片為硬件核心，整合了人臉識(shí)別、4G通信、二維碼模塊、電子天平、觸摸屏等模塊，分別利用人臉識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)操作人員的規(guī)范化管理，利用二維碼模塊實(shí)現(xiàn)?；返淖R(shí)別，利用電子天平實(shí)現(xiàn)?；返臏?zhǔn)確稱重，利用4G通信模塊實(shí)現(xiàn)智能管理終端與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互。經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證，該系統(tǒng)操作邏輯簡(jiǎn)單、人機(jī)交互界面清晰、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：?；饭芾恚籗TM32；人臉識(shí)別；4G通信；云平臺(tái)；電子天平

中圖分類號(hào)：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）04-0-04

0 引 言

?；芳次ｋU(xiǎn)化學(xué)品，是指具有有毒、易腐蝕、易爆炸、易燃燒、助燃等性質(zhì)，且對(duì)人體、設(shè)施和環(huán)境具有危害的劇毒化學(xué)品和其他化學(xué)品[1]。近年來，因高校實(shí)驗(yàn)室?；饭芾聿划?dāng)引發(fā)的安全事故頻發(fā)，在社會(huì)上造成了非常惡劣的影響。傳統(tǒng)?；返墓芾砟Ｊ酱嬖谥T多問題，如：危化品臺(tái)賬不清，流程制度不完善；缺乏監(jiān)測(cè)、監(jiān)控設(shè)備；檢查、監(jiān)管不到位；過期試劑處理不規(guī)范等[2]。

鑒于危化品的管理已成為高校實(shí)驗(yàn)室管理領(lǐng)域的重中之重，探索?；饭芾硇履Ｊ剑訌?qiáng)管理平臺(tái)信息化建設(shè)[3]刻不容緩，此舉對(duì)維護(hù)和諧平安校園具有重大的社會(huì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)整體框架

本系統(tǒng)按照功能劃分為高校?；吩乒芾砥脚_(tái)和智能管理終端兩部分，首先將?；返牟少徯畔⒑陀脩魯?shù)據(jù)導(dǎo)入云平臺(tái)，再通過云平臺(tái)與智能管理終端連接。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

智能管理終端通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺(tái)通信，用戶可以在云平臺(tái)查看?；返男畔ⅲ蟠筇岣吡藬?shù)據(jù)的透明度，當(dāng)監(jiān)測(cè)到?；放R近到期、達(dá)到設(shè)定的危化品庫存量上限或下限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出到期警報(bào)[3-4]。通過智能化管理，杜絕了傳統(tǒng)管理方式信息不準(zhǔn)確的問題。

智能管理終端對(duì)普通試劑和?；贩謩e建立管理入口，加強(qiáng)危化品的分類存放和管理。身份識(shí)別模塊主要用于對(duì)操作人員和取用人的規(guī)范管理，尤其在取用?；窌r(shí)需要通過雙重身份認(rèn)證。通過數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際存放環(huán)境，同時(shí)精準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)，以確保?；反娣怒h(huán)境的安全[5-7]。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)控制芯片采用STM32F407VET6，該芯片是由STMicroelectronics公司出品的擁有32位ARM Cortex-M4內(nèi)核的微控制器芯片，最大主頻為168 MHz，運(yùn)行RAM為192 KB，能夠滿足本系統(tǒng)的需求[8]。

智能管理終端由6部分組成，分別是4G模塊、人臉識(shí)別模塊、電子天平、溫濕度采集模塊、觸摸屏、二維碼掃描模塊。硬件總體構(gòu)成如圖2所示。

2.1 4G模塊電路設(shè)計(jì)

因系統(tǒng)對(duì)通信速率要求不高，使用CAT.1模組即可滿足要求，因此選用有人物聯(lián)公司出品的WH-G401TF模組。該模組使用3.8 V電壓供電，可利用UART串口通信，支持TCP、UDP、HTTP、DNS、MQTT網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[9]。同時(shí)該款芯片支持GPS、北斗定位，其已被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中。因該模組內(nèi)部使用1.8 V邏輯電平，因此需要使用圖3所示的電平轉(zhuǎn)換電路將電壓轉(zhuǎn)換為1.8 V。

在用戶通過相關(guān)設(shè)備領(lǐng)用?；泛螅O(shè)備將返回領(lǐng)取時(shí)間、危化品信息和地理位置等信息，并通過該模塊可以獲得實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度。

2.2 電子天平設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過HX711模塊與稱重傳感器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)電子天平功能，HX711模塊采用專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片，能夠?qū)⒏呔鹊哪M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。它能夠接收稱重傳感器輸出的微小電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出，以供微控制器或其他數(shù)字設(shè)備使用。稱重傳感器采用應(yīng)變片的電橋測(cè)量原理，將?；分亓康母淖冝D(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓M(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)闇y(cè)量電路輸出電壓的變化。通過測(cè)量輸出的電壓值，可測(cè)得?；返闹亓縖10]。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中使用觸摸屏作為人機(jī)交互裝置，為用戶提供了友好的操作界面，便于領(lǐng)用人進(jìn)行?；奉I(lǐng)用以及管理員管理?；?。

用戶領(lǐng)取、歸還危化品的四個(gè)界面分別為登錄界面、系統(tǒng)主界面、?；奉I(lǐng)取界面、?；窔w還界面。界面展示如圖4所示。

界面會(huì)顯示所預(yù)約的所有?；?，由領(lǐng)用人選取此次需要領(lǐng)用的?；罚I(lǐng)用完成將自動(dòng)退出登錄。歸還危化品時(shí)首先選取此次歸還的?；?，放入試劑柜等待?；沸畔⒑蓑?yàn)完成，退出登錄。交互流程如圖5所示。

3.1 系統(tǒng)登錄界面

系統(tǒng)通電后首先將各模塊初始化，待系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入登錄界面。完成管理員登錄、系統(tǒng)配置、用戶注冊(cè)功能。點(diǎn)擊“登錄”后，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)人臉識(shí)別模塊識(shí)別人員身份（同步判斷管理員、主管和領(lǐng)用人是否為同一人）。兩個(gè)管理員都登錄后，才可以點(diǎn)擊進(jìn)入系統(tǒng)，否則會(huì)彈出提示。

3.2 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主界面主要有兩項(xiàng)功能：領(lǐng)用危化品和歸還?；贰＿x擇要進(jìn)行的操作，可經(jīng)過人臉識(shí)別確認(rèn)身份后進(jìn)入相應(yīng)的界面。主管、管理員也可以作為?；奉I(lǐng)用人重復(fù)登錄。使用人登錄后，左側(cè)為已領(lǐng)用的?；妨斜?，可以顯示7行，用于顯示臨近歸還日期的?；贰Ｓ覀?cè)顯示已從網(wǎng)頁端預(yù)約的?；贰Ｈ绻幸延馄谖礆w還的?；?，左側(cè)狀態(tài)顯示“有逾期”，否則顯示“正?！薄４〕鑫；泛?，可以點(diǎn)擊“選取?；贰边M(jìn)入下一界面進(jìn)行操作。

3.3 ?；奉I(lǐng)取、歸還界面

?；愤x取步驟如下：

（1）掃描?；菲可系亩S碼，屏幕顯示?；访Q；

（2）將?；菲糠诺教炱缴?，點(diǎn)擊屏幕上的“稱重”獲取重量；

（3）點(diǎn)擊“用途”下方的位置，可以更改?；酚猛荆绻贿x擇默認(rèn)為教學(xué)用途（這是歸還時(shí)間最早的方式），之后進(jìn)行下一種危化品的操作；

（4）全部操作完成后點(diǎn)擊“完成選取”返回領(lǐng)用?；方缑?。

如果出現(xiàn)誤操作，可以刪除后重新進(jìn)行上述操作。危化品歸還與領(lǐng)用的操作流程基本一致。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本實(shí)驗(yàn)使用化學(xué)實(shí)驗(yàn)室作為試驗(yàn)場(chǎng)地，實(shí)驗(yàn)人員分別對(duì)云平臺(tái)和硬件設(shè)備進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，管理員通過云平臺(tái)查詢?；奉I(lǐng)取情況、用戶人數(shù)，領(lǐng)用人通過云平臺(tái)進(jìn)行?；奉A(yù)約、庫存查詢。?；奉I(lǐng)取情況如圖6所示。

當(dāng)人臉識(shí)別模塊識(shí)別到人后，向STM32發(fā)送指令，STM32接收到指令后控制觸摸屏亮屏，用戶可以進(jìn)行登錄、注冊(cè)、領(lǐng)取和歸還操作。與此同時(shí)，STM32控制CAT.1模塊與云平臺(tái)通信，拉取、更新實(shí)時(shí)信息并在觸摸屏上完整顯示。

5 結(jié) 語

綜上所述，本研究基于STM32成功設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室?；饭芾硐到y(tǒng)。通過云平臺(tái)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了?；返男畔⒒芾?，使數(shù)據(jù)更透明、管理更便捷。未來，可以進(jìn)一步探索系統(tǒng)的可持續(xù)性和擴(kuò)展性，以滿足不斷變化的實(shí)驗(yàn)室管理需求，推動(dòng)更廣泛的智能化管理應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]國務(wù)院.危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例：中華人民共和國國務(wù)院令第591號(hào)[Z]. 2011.

[2]彭雙雙. 高校?；穾旖ㄔO(shè)與管理中存在的問題與對(duì)策[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊，2023，49（7）：121-123.

[3]閆曉義，谷月，李霖，等. 高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室?；饭芾硖剿髋c實(shí)踐[J]. 大學(xué)化學(xué)，2023，38（12）：200-204.

[4]王春宇，張斌，韓旭，等. 基于STM32的大口徑望遠(yuǎn)鏡溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2020，43（16）：28-31.

[5]宋麗. 一種基于 MQTT 協(xié)議的機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) [J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2020，20（8）：83-86.

[6]劉復(fù)源. 基于 MQTT 協(xié)議的消息推送平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 廣州：暨南大學(xué)，2015.

[7]譚偉. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 公路交通科技： 應(yīng)用技術(shù)版，2017（6）：2.

[8]胡存，駱德漢，童懷. 基于 Modbus 與 MQTT 融合工業(yè)能耗網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（4）：49-54.

[9]孫康亞，高紅亮，段玉龍，等.基于STM32的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程電路參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表，2024，39（2）：144-148.

[10]汪國平，胡博，陳仲生，等.基于STM32微控制器的表面缺陷視覺檢測(cè)方法[J].電工電氣，2024（2）：47-52.