基于Web的高校工科實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅 兵 劉 云

五邑大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 廣東江門(mén) 529020

實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)基地及平臺(tái)建設(shè)

基于Web的高校工科實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅 兵 劉 云

五邑大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 廣東江門(mén) 529020

高校工科實(shí)驗(yàn)室要提高使用效率，開(kāi)放使用，加強(qiáng)安全管理；同時(shí)要降低管理成本。通過(guò)基于Web的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課排課，同時(shí)開(kāi)放網(wǎng)上預(yù)約使用；結(jié)合門(mén)禁系統(tǒng)和電源控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放使用的管理；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電源控制可以加強(qiáng)安全事故防范。系統(tǒng)終端延伸到手機(jī)，進(jìn)一步便利使用、提高管理效率。

實(shí)驗(yàn)室管理；管理系統(tǒng)；自動(dòng)控制；遠(yuǎn)程監(jiān)控；安全事故防范

1 高校工科實(shí)驗(yàn)室管理需求

隨著高等教育對(duì)工科應(yīng)用型人才需求的增加，高校工科專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷加強(qiáng)，對(duì)其實(shí)驗(yàn)室管理也提出了更高的要求。高校工科實(shí)驗(yàn)室具有依賴(lài)設(shè)備、難以虛擬等特點(diǎn)，如過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室、接口與通信實(shí)驗(yàn)室等，個(gè)人沒(méi)有設(shè)備，而實(shí)驗(yàn)又離不開(kāi)硬件設(shè)備。

在實(shí)驗(yàn)室需求上，一方面，需要充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，完成教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的課程實(shí)驗(yàn)；另一方面，隨著高等教育學(xué)生自主學(xué)習(xí)的增加，對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)踐有了更多的需求；同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的安全性管理還希望進(jìn)一步加強(qiáng)[1]。

在實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放上，既有開(kāi)放的安排、預(yù)約，還有開(kāi)放的使用管理。前者結(jié)合實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)的公開(kāi)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)約[2]。后者則必須結(jié)合計(jì)算機(jī)控制、門(mén)禁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的使用控制[3]。

總體說(shuō)來(lái)，舊的人工管理已完全被淘汰。而且隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量、實(shí)驗(yàn)室數(shù)量、學(xué)生數(shù)量的增加，實(shí)驗(yàn)室使用的人工排課已很難完成，排課工作效率低而且不易調(diào)整[4]。計(jì)算機(jī)排課的方式可以很好地解決這一問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)室使用控制、安全防范方面，傳統(tǒng)的人工管理也正在逐步結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助，以提高工作效率、減少人工，并使管理效果更好。

根據(jù)以上需求，設(shè)計(jì)了高校工科實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)功能模塊(如圖1所示)。

圖1 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)功能模塊圖

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶(hù)終端通過(guò)瀏覽器和Web網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的管理系統(tǒng)相連。用戶(hù)分為超級(jí)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理員、任課教師、學(xué)生四類(lèi)。超級(jí)管理員可以設(shè)置各類(lèi)用戶(hù)。實(shí)驗(yàn)室管理員可以調(diào)用排課模塊、保存排課結(jié)果、同意預(yù)約實(shí)驗(yàn)、人工遠(yuǎn)程控制門(mén)禁、人工遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源、遠(yuǎn)程查看實(shí)驗(yàn)室視頻、遠(yuǎn)程啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)室安全防范系統(tǒng)。任課教師可以查看實(shí)驗(yàn)室排課結(jié)果即課表、預(yù)約使用實(shí)驗(yàn)室或設(shè)備、設(shè)置實(shí)驗(yàn)課排課要求、申請(qǐng)臨時(shí)調(diào)課。學(xué)生可以查看實(shí)驗(yàn)室排課結(jié)果即課表、預(yù)約使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

2 計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)自動(dòng)排課

計(jì)算機(jī)排課是計(jì)算機(jī)輔助教育管理的通用功能，經(jīng)過(guò)多年研究已經(jīng)比較完善[5]。實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)計(jì)劃內(nèi)實(shí)驗(yàn)課的安排，與理論課排課并無(wú)大的差別，但是實(shí)驗(yàn)課一般需要分組，場(chǎng)地有特殊要求。系統(tǒng)可以導(dǎo)入教學(xué)管理系統(tǒng)中導(dǎo)出的理論課排課結(jié)果，然后根據(jù)分組情況、具體實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地要求、任課教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課排課。實(shí)驗(yàn)課排課結(jié)果將用于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的預(yù)約。

實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備情況做定制化改變，可以在通用的排課模塊中通過(guò)增加設(shè)置參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化調(diào)整。先導(dǎo)入理論課排課結(jié)果，然后輸入學(xué)生分組情況，可輸入實(shí)驗(yàn)課多學(xué)時(shí)連上要求參數(shù)等。

結(jié)合現(xiàn)有排課系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助人工調(diào)整功能，可以較好地解決一些特殊需要，如臨時(shí)調(diào)課、實(shí)驗(yàn)課相對(duì)于理論課的延后等，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)可以提示可安排的選擇、場(chǎng)地或教師沖突提醒[6]。

實(shí)驗(yàn)室排課先由實(shí)驗(yàn)室管理員設(shè)置課程任課教師，然后由任課教師設(shè)置課程學(xué)時(shí)、班級(jí)、學(xué)生人數(shù)、要求的實(shí)驗(yàn)室等參數(shù)，再由實(shí)驗(yàn)室管理員調(diào)用排課模塊進(jìn)行排課，并進(jìn)行人工調(diào)整。最后將排課結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室預(yù)約與使用管理

實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備實(shí)現(xiàn)開(kāi)放功能需要預(yù)約使用和使用管理兩大功能[7]。實(shí)驗(yàn)室預(yù)約先要讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的排課結(jié)果，通過(guò)Web顯示給終端教師和學(xué)生。教師在未排課的空余時(shí)段可預(yù)約選擇使用實(shí)驗(yàn)室或設(shè)備，學(xué)生可預(yù)約使用設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)室管理員同意確認(rèn)預(yù)約后預(yù)約生效，預(yù)約數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于使用量大的通用設(shè)備，管理員可開(kāi)放自動(dòng)同意，即預(yù)約后即可生效，如計(jì)算機(jī)設(shè)備、單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)備、PLC開(kāi)發(fā)設(shè)備、過(guò)程控制設(shè)備等。對(duì)于較昂貴的專(zhuān)用設(shè)備，則可設(shè)置為需經(jīng)過(guò)管理員審核同意。

上周（8月27日-8月31日），磷酸二銨內(nèi)貿(mào)外銷(xiāo)市場(chǎng)新單交投均放緩，價(jià)格盤(pán)整波動(dòng)運(yùn)行為主。9月3日中國(guó)磷酸二銨批發(fā)價(jià)格指數(shù)（CPPI）為 2866.42點(diǎn)，環(huán)比上漲16.89點(diǎn)，漲幅為0.59%；同比上漲238.15點(diǎn)，漲幅為9.06%；比基期下跌355.35點(diǎn)，跌幅為11.03%。

實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)，將控制預(yù)約成功的用戶(hù)在預(yù)約的時(shí)段可以通過(guò)門(mén)禁。設(shè)備電源控制模塊也將根據(jù)用戶(hù)ID卡，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)約數(shù)據(jù)，控制設(shè)備電源接通以允許預(yù)約成功的用戶(hù)使用該設(shè)備。

門(mén)禁系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)通過(guò)已有的門(mén)禁系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)根據(jù)預(yù)約成功的數(shù)據(jù)修改門(mén)禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，將預(yù)約成功的師生用戶(hù)根據(jù)預(yù)約的時(shí)間加入門(mén)禁許可進(jìn)入的時(shí)間名單，使其ID卡可通過(guò)門(mén)禁進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備的電源均經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)，根據(jù)排課數(shù)據(jù)控制設(shè)備供電。然后根據(jù)預(yù)約開(kāi)放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，控制預(yù)約的設(shè)備供電。

4 安全事故防范

實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)輔助管理、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放使用對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理帶來(lái)了新的風(fēng)險(xiǎn)[8]。漏電、著火、設(shè)備丟失等都增加了風(fēng)險(xiǎn)。為此，實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)將原有的防火、防煙霧噴淋系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)接入實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，溫度、煙霧傳感器同時(shí)將報(bào)警信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到實(shí)驗(yàn)室管理員，對(duì)管理員遠(yuǎn)程報(bào)警提醒。在現(xiàn)場(chǎng)，增加電流漏電自動(dòng)切斷保護(hù)、高溫或煙霧自動(dòng)斷電保護(hù)控制程序，當(dāng)電流大于設(shè)定的閾值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制斷電，以防漏電產(chǎn)生意外傷害。高溫、煙霧傳感器的警報(bào)信號(hào)持續(xù)一定的設(shè)定時(shí)間后，也自動(dòng)控制斷電，防止災(zāi)害擴(kuò)大。

自動(dòng)斷電后，可以現(xiàn)場(chǎng)手工控制復(fù)位，重新供電。也可以遠(yuǎn)程由實(shí)驗(yàn)室管理員根據(jù)視頻內(nèi)容確認(rèn)安全后，遠(yuǎn)程控制復(fù)位并要求現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生確認(rèn)，以防遠(yuǎn)程誤操作。

設(shè)備防盜通過(guò)RFID和監(jiān)控視頻雙重保護(hù)。所有設(shè)備均在視頻監(jiān)控下使用，監(jiān)控可遠(yuǎn)程查看，自動(dòng)保存一段時(shí)間。同時(shí)，對(duì)貴重設(shè)備，加上RFID射頻標(biāo)簽，實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)根據(jù)射頻信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控該設(shè)備的位置，當(dāng)設(shè)備被移動(dòng)超出范圍將收不到射頻信號(hào)即報(bào)警。

通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制程序結(jié)合，可以有效提高實(shí)驗(yàn)室的安全防范能力。

5 系統(tǒng)終端延伸到手機(jī)

基于Web的高校工科實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)的軟件主要在Web服務(wù)器端，服務(wù)器程序通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)，存儲(chǔ)和讀取用戶(hù)、課程安排數(shù)據(jù)。同時(shí)，傳感器、監(jiān)控將數(shù)據(jù)通過(guò)Web服務(wù)器、因特網(wǎng)傳送給遠(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)室管理員。程序也可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)控制切斷設(shè)備電源。

圖2 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

用戶(hù)通過(guò)計(jì)算機(jī)、手機(jī)、平板電腦等多種終端設(shè)備連接到因特網(wǎng)即可訪問(wèn)Web服務(wù)器上的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室管理員可以進(jìn)行排課、遠(yuǎn)程控制；學(xué)生可以查閱課表、預(yù)約實(shí)驗(yàn)等。

其中為手機(jī)終端的訪問(wèn)又開(kāi)發(fā)了APP程序、H5網(wǎng)頁(yè)、微信公眾號(hào)3種方式。APP界面美觀、功能全、操作方便，不足是需要下載程序到手機(jī)，而且不同手機(jī)型號(hào)需要開(kāi)發(fā)不同的終端APP程序。H5網(wǎng)頁(yè)可兼顧計(jì)算機(jī)、手機(jī)、平板電腦等，無(wú)須下載程序，不足是界面比專(zhuān)門(mén)的APP效果要差。微信公眾號(hào)可以兼顧各種不同的手機(jī)型號(hào)，界面、功能也比較強(qiáng)，不足是需要通過(guò)騰訊公司的微信實(shí)現(xiàn)信息傳遞，而且界面比手機(jī)APP要差。由于有多種移動(dòng)終端的接入方式，師生可以很方便地使用管理系統(tǒng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著高校規(guī)模的擴(kuò)大和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不斷完善增加，計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)室管理可以大大提高管理效率和效果，提高實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備的利用率，方便實(shí)驗(yàn)室管理員、教師和學(xué)生，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了實(shí)驗(yàn)室安全事故防范能力。

[1]王洪義.基于WEB的高校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2009.

[2]白志青,張銀.實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng):LIMS綜述[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007,17(12):240-242.

[3]洪瑋,周問(wèn)渠,付欣.高校開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室的管理[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2016(6): 33-34.

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Design of Engineering Laboratory Management System Based on Web

Luo Bing,Liu Yun
Wuyi University,Jiangmen,529020,China

There are strong needs for university engineering laboratory to improve the using ef fi ciency,to be open to use,also to strengthen safety management and to reduce the cost of management.Through the computer management system based on Web,intelligent course scheduling,open at the same time use the online booking,combined with access control system and power control can be achieved on the use of open laboratory management,combination of automatic fi eld control,remote control and power control can strengthen the safety accident prevention.The system extends to the mobile phone,can further facilitate the use,improve management ef fi ciency.

laboratory management;management system;automatic control;remote monitoring;safety precautions

羅兵，博士，教授，計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)。

本文系廣東省2014年質(zhì)量工程項(xiàng)目和五邑大學(xué)教研教改項(xiàng)目(編號(hào)：JG2013016)研究?jī)?nèi)容。