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    基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)研究

    2017-11-17 22:13:17張倩怡李小順胡萍寧璐
    軟件工程 2017年10期
    關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室

    張倩怡++李小順++胡萍++寧璐

    摘 要:隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,越來越多的高校提高了“智慧化”和“信息化”建設(shè)水平。各實(shí)驗(yàn)中心作為高校教學(xué)科研的核心場所,其信息化建設(shè)水平不僅關(guān)系到各實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和課程的管理,而且直接影響其服務(wù)教學(xué)科研的效率。本文以北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例,提出一套基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu),通過RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)中心人員、課程和設(shè)備的智能管理。通過應(yīng)用該系統(tǒng),徹底解決了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心低效、粗放的人工管理方式,使其能夠給全校師生帶來更加智能和高效的服務(wù),從而全面促進(jìn)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

    關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);信息化;實(shí)驗(yàn)室;管理系統(tǒng)

    中圖分類號(hào):TP317.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    1 引言(Introduction)

    當(dāng)今的信息時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用,該技術(shù)已經(jīng)成為信息化社會(huì)重要的組成部分。物聯(lián)網(wǎng)通過感知技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)整理分析技術(shù),被廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域[1],也因此被認(rèn)為是當(dāng)今社會(huì)最主要的四大信息技術(shù)之一,同時(shí)也被列入國家五大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一。目前首都高校正在實(shí)施的“智能校園”計(jì)劃在很多高校得到推行,目的是將高校建設(shè)成“智慧化”和“信息化”的學(xué)校?;谶@樣一個(gè)背景,大部分高校加大了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)硬件條件的建設(shè),各高校實(shí)驗(yàn)室軟硬件條件得到了大幅度的提升。目前,各高校實(shí)驗(yàn)室的儀器數(shù)量繁多、種類繁雜,其中單價(jià)超過10萬元的儀器更需要得到妥善的保管。像北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心這樣規(guī)模很大的綜合性實(shí)驗(yàn)中心,如何借助現(xiàn)代信息技術(shù),提高使用效率和管理效率,使管理更加科學(xué)化和智能化,如何提升實(shí)驗(yàn)室服務(wù)教學(xué)、科研的能力,全面發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室中各類教學(xué)設(shè)備的最大能效,已成為北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在建設(shè)方面面臨的重要挑戰(zhàn)。目前,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理方式仍然停留在教輔人員集中管理的形式。在管理過程中,各種設(shè)備設(shè)施由國資處統(tǒng)一定制設(shè)備編碼標(biāo)簽,分別記錄教具的名稱、型號(hào)等信息。每個(gè)標(biāo)簽需要逐個(gè)貼在對(duì)應(yīng)設(shè)備上,標(biāo)簽損壞無法識(shí)別的情況時(shí)有發(fā)生。因此,需要繼續(xù)改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備管理方式。這種管理方法的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

    (1)教輔人員用人工方式管理設(shè)備,不能實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的信息,更不可能對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。尤其是嵌入式試驗(yàn)箱中各種功能組件的小型設(shè)備,更加無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理,這就給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了極大麻煩,還很容易造成不必要的資金浪費(fèi)。

    (2)每年設(shè)備采購、設(shè)備報(bào)廢、登記入庫等日常管理工作,會(huì)帶來繁重的清點(diǎn)任務(wù)。由于目前采用人工管理,會(huì)在設(shè)備清點(diǎn)時(shí)造成比較高的錯(cuò)誤率。

    (3)每個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室都擁有一批單價(jià)在10萬元以上的大型儀器設(shè)備,它們的位置和屬性信息往往都比較復(fù)雜,這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)無法掌握大型設(shè)備的實(shí)時(shí)信息,進(jìn)而無法順利地完成實(shí)驗(yàn),這就大大降低了工作效率。

    (4)由于沒有管理系統(tǒng),各個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間無法共享資源。

    (5)由于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)繁重,使用率高,因此對(duì)實(shí)驗(yàn)室電源、投影、音響等教學(xué)設(shè)備的管理更需要實(shí)時(shí)監(jiān)控,否則不僅會(huì)帶來能源浪費(fèi),還有可能產(chǎn)生安全隱患。

    由此不難看出,傳統(tǒng)的人工管理方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心的管理需求。如何運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理智能化,已經(jīng)成為當(dāng)今高校實(shí)驗(yàn)室亟待解決的問題。

    2 高等院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)分析(Analysis

    of the management system of computer experiment

    center in colleges and universities)

    2.1 高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心管理理念

    高校各實(shí)驗(yàn)中心是學(xué)校重要的教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)場所,是創(chuàng)造科學(xué)的發(fā)源地,也是人才培養(yǎng)的重要基地。因而,實(shí)驗(yàn)中心管理就顯得格外重要。實(shí)驗(yàn)中心的管理水平,不僅會(huì)影響到師生的教學(xué)科研工作,還會(huì)嚴(yán)重影響到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確程度。利用物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中心的管理,旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、師生、工作人員、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等各項(xiàng)主體間的基本規(guī)律進(jìn)行研究,并且將其有機(jī)結(jié)合,科學(xué)管理,發(fā)揮最大的功效。

    2.2 高校實(shí)驗(yàn)室(中心)管理現(xiàn)狀

    目前,高校實(shí)驗(yàn)室(中心)管理經(jīng)常會(huì)遇到一些問題。首先,大部分?jǐn)?shù)據(jù)都需要人工記錄與統(tǒng)計(jì),特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)中心每年都需要配合教委和學(xué)校進(jìn)行資產(chǎn)清查時(shí),教輔人員都要對(duì)諸多設(shè)備進(jìn)行核對(duì),不僅無形之中加大了工作量,也容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。其次是運(yùn)行問題。由于不能實(shí)時(shí)更新設(shè)備信息,會(huì)使教學(xué)進(jìn)程出現(xiàn)突發(fā)狀況。再次是能源浪費(fèi)問題。因?yàn)闊o法獲取實(shí)驗(yàn)室(中心)大型能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài),所以在不需要使用這些大型能耗設(shè)備時(shí),往往會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)[2]。而本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室(中心)設(shè)備管理系統(tǒng),恰好能為實(shí)驗(yàn)室(中心)管理提供一個(gè)合理的智能化解決方案。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室(中心)管理智能化、綠色化。

    3 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)分析

    (Analysis of the management system of

    experiment center based on internet of things

    in colleges and universities)

    3.1 需求分析

    3.1.1 用戶需求分析

    現(xiàn)代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,感知層數(shù)據(jù)獲取手段和精準(zhǔn)度是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層面的關(guān)鍵技術(shù)之一。本系統(tǒng)的關(guān)鍵就是基于無線射頻技術(shù)和無線傳感器的集成應(yīng)用[3]。首先,對(duì)于系統(tǒng)管理員來說,他們具備該系統(tǒng)的所有操作權(quán)限,可以隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改,同時(shí)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的功能維護(hù)、配置管理、運(yùn)行監(jiān)測等。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室(中心)管理人員來說,他們可利用該系統(tǒng)來統(tǒng)計(jì)教學(xué)工作量,也可以管理設(shè)備的采購、存放、報(bào)廢及其他信息,還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室(中心)的預(yù)約及使用情況的在線管理,方便設(shè)備的信息查詢及跟蹤,并自動(dòng)生成報(bào)表。對(duì)于教師來說,他們可以利用該系統(tǒng)快速地準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境,完成網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)安排,查詢實(shí)驗(yàn)室使用情況、學(xué)生考勤情況等。對(duì)于學(xué)生來說,可利用該系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)預(yù)約、設(shè)備預(yù)約、每個(gè)實(shí)驗(yàn)室資料查詢、在線師生互動(dòng)、接收通知等。從環(huán)保節(jié)能的角度來說,可以實(shí)時(shí)掌握大型耗能設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息,避免大量能源的浪費(fèi),從而實(shí)現(xiàn)智能化管理。endprint

    3.1.2 功能需求分析

    針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室(中心)管理的實(shí)際需求,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下功能模塊:

    (1)實(shí)驗(yàn)室管理主要是管理人員要對(duì)本實(shí)驗(yàn)室(中心)教學(xué)任務(wù)、教學(xué)設(shè)備的時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理和分析,并保障教學(xué)進(jìn)程順利開展。

    (2)針對(duì)每一類用戶進(jìn)行信息管理,進(jìn)行身份確認(rèn)和權(quán)限分配。

    (3)數(shù)據(jù)管理主要是對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的管理和維護(hù),再利用無線網(wǎng)傳感模塊將數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)服務(wù)器。

    (4)設(shè)備管理主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)室的各類設(shè)備進(jìn)行管理,包括設(shè)備的信息變動(dòng)、使用狀態(tài)變動(dòng)等。

    3.1.3 性能需求分析

    系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)目前的管理需求,同時(shí)還要兼顧以后系統(tǒng)功能擴(kuò)展的需求。

    (1)安全性和便捷性

    為了兼顧到系統(tǒng)的安全性和便捷性,依據(jù)系統(tǒng)的不同功能,構(gòu)建不同的功能模塊,實(shí)現(xiàn)分模塊管理。這種管理模式還有利于對(duì)用戶信息安全的把控。

    (2)界面友好性

    針對(duì)實(shí)驗(yàn)中心管理的實(shí)際需求,系統(tǒng)管理界面盡量簡潔化,從而滿足參與管理的各級(jí)用戶的需求。

    3.2 系統(tǒng)分析

    在該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中,核心思想必須是以用戶需求為中心,做出高效實(shí)用性的管理。本管理系統(tǒng),利用RFID等無線傳感網(wǎng)技術(shù)對(duì)人員、設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)有效管理。通過RFID技術(shù),對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施的屬性信息進(jìn)行采集,并通過簡單計(jì)算,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理的在線化、信息化,需要進(jìn)一步深化應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),系統(tǒng)E-R圖如圖1所示。

    本系統(tǒng)應(yīng)該具有下功能:

    (1)RFID讀寫設(shè)備對(duì)設(shè)備巡期檢查,進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信

    息進(jìn)行智能分析[4];

    (2)實(shí)現(xiàn)資源共享,保證了實(shí)驗(yàn)室的信息安全,也能促進(jìn)交流;

    (3)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備,進(jìn)而了解設(shè)備的性能參數(shù)。

    4 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)

    計(jì)(Architectural design of the management

    system of experiment center based on internet of

    things in colleges and universities)

    4.1 系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中心管理。系統(tǒng)包括感知層、應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層三部分,采用三層體系架構(gòu)的B/S模式。具體來說,就是由應(yīng)用層的管理系統(tǒng)(包括數(shù)據(jù)庫)、網(wǎng)絡(luò)層的校園網(wǎng)和感知層的傳感網(wǎng)絡(luò)及其他部分組成[5]。

    從圖2可以看出,感知層是由各種傳感器、傳感器網(wǎng)關(guān)組成。具體包括溫度傳感器、濕度傳感器、RFID標(biāo)簽、讀寫器等感知終端。感知層的主要作用就是采集師生和設(shè)備信息。具體地說,就是利用相應(yīng)的讀寫器采集貼有RFID標(biāo)簽的設(shè)備和師生校園卡的信息。網(wǎng)絡(luò)層主要是由校園無線網(wǎng)絡(luò)組成,主要是用來把從感知層獲得的設(shè)備及人員信息傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。應(yīng)用層是由高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成,主要是給實(shí)驗(yàn)室的管理人員和其他師生提供服務(wù)。

    4.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    根據(jù)對(duì)用戶需求的分析,同時(shí)結(jié)合該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向分析,設(shè)計(jì)出一個(gè)功能符合需求的系統(tǒng)。如圖3所示,該系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(RFID數(shù)據(jù)讀取等)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等部分組成。

    4.3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

    由于本系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù),因此必然存在網(wǎng)絡(luò)安全問題。由于本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)模型而設(shè)計(jì),所以系統(tǒng)安全問題具體還得從三層體系結(jié)構(gòu)來分析,即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[6]。首先,感知層的主要任務(wù)是采集目標(biāo)事物的信息,而信息采集過程可能存在的安全隱患包括是否有他人篡改信息,標(biāo)簽是否正常,標(biāo)簽是否會(huì)導(dǎo)致誤讀,是否有他人非法訪問等;網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是傳輸感知層所采集到的數(shù)據(jù)信息,傳輸過程中也存在網(wǎng)絡(luò)安全隱患,包括數(shù)據(jù)加密是否完整,數(shù)據(jù)流是否被他人所獲取等。

    5 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)

    計(jì)(Detailed design of the management system of

    experiment center based on Internet of things in

    colleges and universities)

    5.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

    在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化開發(fā)的趨勢下,本系統(tǒng)關(guān)于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)思路是一開始先做出系統(tǒng)的E-R圖,再根據(jù)E-R圖所體現(xiàn)出的邏輯關(guān)系做出與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫模型。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)不僅要使整個(gè)系統(tǒng)方便存儲(chǔ)數(shù)據(jù),而且也要簡單明了,使得開發(fā)人員能夠很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息查詢,同時(shí)也要保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全性、良好的可擴(kuò)展性和操作便捷性等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用三層結(jié)構(gòu)。具體來說,該系統(tǒng)主要是SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),采用表數(shù)據(jù)流協(xié)議,同時(shí)使用ADO.NET設(shè)備進(jìn)行信息的存取。同時(shí)可以防止由于某個(gè)問題出現(xiàn)導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰。

    5.2 RFID設(shè)計(jì)

    整個(gè)設(shè)計(jì)包括電子標(biāo)簽、中間件平臺(tái)、RFID讀寫器監(jiān)測系統(tǒng)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器四個(gè)部分。

    (1)電子標(biāo)簽:用來存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施的數(shù)據(jù)信息。

    (2)中間件平臺(tái):主要在閱讀器和主機(jī)中運(yùn)行,扮演著RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色。后臺(tái)應(yīng)用程序端可以通過RFID中間件提供的一組通用的應(yīng)用程序接口API或者通過一組接口函數(shù)的調(diào)用,來連接到RFID硬件系統(tǒng),進(jìn)而獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)[7]。

    (3)RFID讀寫器監(jiān)測系統(tǒng):對(duì)設(shè)備和師生身份信息進(jìn)行檢測和核查處理,核查處理完后通過通訊模塊同步到后臺(tái)服務(wù)器中。endprint

    (4)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器:存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和相關(guān)人員的所有信息。

    5.2.1 RFID編碼設(shè)計(jì)

    每個(gè)設(shè)備在本系統(tǒng)中只有一個(gè)唯一的RFID編碼。

    (1)唯一性。每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有且只有唯一的一個(gè)編碼,即一一對(duì)應(yīng)。

    (2)統(tǒng)一性。為了能夠讓所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,編碼制度必須符合國際標(biāo)準(zhǔn)。

    (3)簡便性。最常見的三種EPC編碼有64位、96位和256位,由標(biāo)頭、廠商代碼、對(duì)象分類代碼、序列號(hào)組成。本系統(tǒng)中我們使用的是EPC96位編碼。

    5.2.2 RFID讀寫模塊

    RFID讀寫模塊主要是負(fù)責(zé)把RFID電子標(biāo)簽所采集到的目標(biāo)事物的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成讀寫器標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式,然后利用讀寫器存儲(chǔ)這樣格式的數(shù)據(jù),為傳輸數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備[8]。RFID數(shù)據(jù)讀寫模塊主要功能如下:

    (1)采集目標(biāo)事物上電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。

    (2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。將目標(biāo)實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息參數(shù),按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成采樣信號(hào),再將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的數(shù)字格式。

    (3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)符合閱讀器標(biāo)準(zhǔn)格式的設(shè)備數(shù)據(jù),為傳輸?shù)胶笈_(tái)做準(zhǔn)備。本系統(tǒng)中將采用ER302讀寫器,可以讀寫設(shè)備及人員信息。

    5.2.3 RFID數(shù)據(jù)采集接口模塊

    數(shù)據(jù)采集模塊主要起中間件的作用,即連接后臺(tái)應(yīng)用軟件和RFID讀寫器,負(fù)責(zé)RFID閱讀器和應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交互。RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器和RFID系統(tǒng)三者之間通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。

    (1)因?yàn)闃?biāo)簽在讀取過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余或者錯(cuò)誤,所以數(shù)據(jù)采集模塊就采用了一種防碰撞的手段。同時(shí)采用合適的算法進(jìn)行篩選,保證數(shù)據(jù)比較精準(zhǔn)。

    (2)有時(shí)用戶需要知道讀寫器的實(shí)時(shí)工作狀態(tài),為此該模塊會(huì)發(fā)送控制指令給讀寫器。

    (3)為了使應(yīng)用程序接口可以準(zhǔn)確地接收到采集到的數(shù)據(jù),遠(yuǎn)程共享數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集模塊提供了一個(gè)特殊的功能,即數(shù)據(jù)路由服務(wù)。使得數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能夠準(zhǔn)確地收到RFID閱讀器采集到的數(shù)據(jù)。

    (4)為了能夠讓閱讀器與應(yīng)用程序接口更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)連接,會(huì)安裝幾個(gè)適配器接口在外部接口處。

    5.2.4 RFID數(shù)據(jù)傳輸模塊

    RFID數(shù)據(jù)傳輸模塊主要就是將獲取到的設(shè)備數(shù)據(jù)信息通過特定的數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)服務(wù)器中。在這個(gè)過程中,會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)獲取、比對(duì)運(yùn)算。如果每次都需要比對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),那么將會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過長的情況。因此,我們可將數(shù)據(jù)先同步到前端,進(jìn)而減少響應(yīng)時(shí)間,提高系統(tǒng)性能。在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用無線傳輸技術(shù),可進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

    5.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)功能模

    塊設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)從功能上大概有以下五個(gè)功能模塊:系統(tǒng)管理、用戶管理、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理及物聯(lián)網(wǎng)管理功能模塊。這五大功能模塊相互獨(dú)立,但又相互關(guān)聯(lián)。

    5.3.1 系統(tǒng)管理模塊

    系統(tǒng)管理模塊主要負(fù)責(zé)的是對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置,對(duì)各項(xiàng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,對(duì)本系統(tǒng)的各級(jí)用戶進(jìn)行管理。

    (1)系統(tǒng)設(shè)置

    系統(tǒng)設(shè)置主要是初始化系統(tǒng),以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)。

    (2)數(shù)據(jù)管理

    數(shù)據(jù)管理主要包括數(shù)據(jù)的更新、備份、還原等。

    (3)實(shí)驗(yàn)室管理

    實(shí)驗(yàn)室管理主要包括實(shí)驗(yàn)室日常事務(wù)的管理、實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)課程的安排、實(shí)驗(yàn)室工作流程管理等。

    (4)用戶管理

    用戶管理主要包括用戶信息的錄入、分配用戶權(quán)限等。從系統(tǒng)安全性考慮,各級(jí)用戶權(quán)限不同。用戶權(quán)限的管理又包括添加、刪除或修改人員信息。其中的人員有實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室教師及學(xué)生三類。

    5.3.2 用戶管理模塊

    人的因素是每個(gè)系統(tǒng)開發(fā)所必須考慮的,用戶管理模塊也是每個(gè)系統(tǒng)所必須具備的。本系統(tǒng)中的用戶管理模塊包括用戶信息管理、權(quán)限管理、個(gè)人用戶界面設(shè)計(jì)。

    (1)用戶信息管理

    用戶信息主要包括用戶身份、權(quán)限、登錄密碼、注冊(cè)信息等。

    (2)權(quán)限管理

    本系統(tǒng)中的權(quán)限分為系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理人員和學(xué)生。權(quán)限最高的是系統(tǒng)管理員,可對(duì)各類型用戶進(jìn)行增刪改,并可設(shè)置各類用戶的權(quán)限,還可進(jìn)行初始密碼的設(shè)置。

    (3)個(gè)人用戶界面設(shè)定

    該功能主要是針對(duì)不同級(jí)別登錄系統(tǒng)的用戶,其系統(tǒng)界面會(huì)有差異。

    5.3.3 數(shù)據(jù)管理模塊

    數(shù)據(jù)管理模塊主要是針對(duì)RFID標(biāo)簽,包括對(duì)數(shù)據(jù)庫、用戶登錄、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)交互進(jìn)行管理。

    5.3.4 設(shè)備管理模塊

    設(shè)備管理在本管理系統(tǒng)中是最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié),主要是管理設(shè)備信息和設(shè)備使用信息。

    (1)設(shè)備信息管理:包括設(shè)備的基本信息及動(dòng)態(tài)信息、設(shè)備的基本自然屬性和使用情況信息。

    (2)設(shè)備使用信息管理:整個(gè)設(shè)備周期包括庫存信息、使用信息和狀態(tài)信息等環(huán)節(jié)。

    6 結(jié)論(Conclusion)

    本研究設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng),正好符合“智慧校園”的發(fā)展要求。RFID技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)條形碼所帶來的缺陷,能夠自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)信息,使各種事

    物信息的處理變得更加安全、迅速、精準(zhǔn)。另外,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過利用傳感器節(jié)點(diǎn)來感知大型耗能設(shè)備的動(dòng)態(tài)參數(shù)信息,使實(shí)驗(yàn)室管理變得環(huán)保節(jié)能。

    本系統(tǒng)在硬件上選用了ER302讀寫器和若干電子標(biāo)簽、TSL2561無線傳感器等,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集。在軟件環(huán)境上,開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2010,數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2008,開發(fā)平臺(tái)為ASP.NET,整體架構(gòu)為B/S結(jié)構(gòu)。endprint

    在這次研究中,也存在不足或不完善的地方。比如,沒有考慮到傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)和RFID技術(shù)的融合。如何優(yōu)化目前的RFID系統(tǒng)將是今后的主要研究方向。目前本管理系統(tǒng)只是完成了基本功能的實(shí)現(xiàn),還有待于進(jìn)一步完善。

    參考文獻(xiàn)(References)

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    作者簡介:

    張倩怡(1994-),女,碩士生.研究領(lǐng)域:農(nóng)業(yè)信息化.

    李小順(1984-),男,碩士,實(shí)驗(yàn)師.研究領(lǐng)域:實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理.本文通訊作者.

    胡 萍(1980-),女,碩士,實(shí)驗(yàn)師.研究領(lǐng)域:實(shí)驗(yàn)室管理.

    寧 璐(1972-),男,碩士,研究館員.研究領(lǐng)域:信息技術(shù)應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)與信息安全.endprint

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