基于物聯(lián)網(wǎng)探究開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計

陳志椿

(陽光學(xué)院 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中心,福建福州 350015)

開放式實驗室在高校人才培養(yǎng)中具有重要的作用,不僅僅能為學(xué)生創(chuàng)新化實踐提供有效的支撐,也能建構(gòu)完整的教學(xué)條件和環(huán)境。但是,開放式實驗室自身的特殊性決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)時間不固定、儀器設(shè)備不固定等。因此,需要借助物聯(lián)網(wǎng)對實驗室進行創(chuàng)新化管控,提升實驗室設(shè)備和人員管理的效率,建構(gòu)更加系統(tǒng)且有序的運行管理機制。本設(shè)計借助校園一卡通平臺及實驗室原有的工位布局增設(shè)檢測裝置,通過整合數(shù)據(jù),實現(xiàn)預(yù)約以及動態(tài)化管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)背景下開放式實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計過程

1.1 網(wǎng)上預(yù)約平臺

網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)管理平臺,采用了BS架構(gòu)開發(fā),利用.NET技術(shù)和Sqlserver數(shù)據(jù)庫進行系統(tǒng)的開發(fā),應(yīng)用軟件系統(tǒng)既為用戶提供了一個簡單易用的瀏覽界面,也為管理員提供了一個通用的、友好的、易擴展的管理界面。因為預(yù)約系統(tǒng)是運行在服務(wù)器上,所以所有用戶無需安裝和繁瑣的配置,只需用戶登錄及可以完成管理個人信息、新增預(yù)約選項等。開放式實驗室管理系統(tǒng),利用工位預(yù)約的方式完成實驗室常規(guī)化管理,具體設(shè)計結(jié)構(gòu)可以分為軟件測試區(qū)和硬件測試區(qū)。學(xué)生可以借助系統(tǒng)進行信息查詢,并且預(yù)約工位,時間方面會有固定選項,從而實現(xiàn)開放性實驗室的動態(tài)化管理,真正提高了實驗室使用效率[1]。

1.2 門禁控制系統(tǒng)

門禁控制系統(tǒng)主要是由計算機、門禁管理軟件、門禁控制器、門禁讀卡器、發(fā)行器和感應(yīng)式卡片組成。門禁管理計算機主要是承載、運行系統(tǒng)管理軟件。IC卡發(fā)行器負(fù)責(zé)卡片發(fā)行、檢測等功能。門禁控制器作為識別用戶卡片,判別卡的合法有效性,并作出相應(yīng)的控制,如開啟門、報警等,同時將有效讀卡數(shù)據(jù)存儲。感應(yīng)式智能卡片是承載信息的載體,對卡片的讀寫操作需多重密碼認(rèn)證。門禁讀卡器是連接卡片與控制器所的橋梁。

在實際設(shè)計項目中,門禁卡的設(shè)計借鑒了身份卡的設(shè)計理念,對學(xué)生進行有效的授權(quán),確保學(xué)生能在固定時間范圍內(nèi)進入到實驗室中。這種方式最大化的減少了工作人員的工作強度,能為學(xué)生提供更加便利化的運行機制和服務(wù)。設(shè)計參數(shù)的項目中,不僅要對卡號、學(xué)號、姓名以及卡片有效日期等基礎(chǔ)性信息進行授權(quán)設(shè)計,也要對數(shù)據(jù)進行及時性讀取,并且保證在規(guī)定的IP地址內(nèi),端口號、原機號都能滿足Tcp/Ip的通訊需求[2]。只有保證相關(guān)信息讀取成功,才能進行有效的管理數(shù)據(jù)讀取和處理。實驗室管理系統(tǒng)的查詢功能、預(yù)約功能以及預(yù)約工具等都能對數(shù)據(jù)進行實時整理和匯總,形成使用人數(shù)數(shù)據(jù)庫、使用人員分布數(shù)據(jù)庫、使用時間數(shù)據(jù)庫等。借助門禁卡能有效落實自主性管理機制,確保開放式實驗室常規(guī)化工作的整體效率。

2 安全管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 實驗設(shè)備安全

開放式實驗室管理系統(tǒng)中建立了設(shè)備安全管理檢測體系,主要是借助RFID管理機制實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù),能對重要的實驗室器材和設(shè)備進行監(jiān)督管理,保證實驗室設(shè)備的安全性和完整性。管理人員會在設(shè)備上粘貼RFID標(biāo)簽,并在實驗室門口安裝對應(yīng)的非接觸式讀取裝置,當(dāng)貼有標(biāo)簽的實驗室設(shè)備被帶離實驗室時,安裝在門口的感應(yīng)裝置就會報警,并且能同時啟動視頻監(jiān)控系統(tǒng),對人物像特征進行采集,一定程度上保證設(shè)備的安全性。這種基于物聯(lián)網(wǎng)的自動化管理系統(tǒng),能在優(yōu)化常規(guī)化管理效果的同時,確保設(shè)備管理水平得以全面升級,且整體管理水平更加貼合實際需求。

2.2 實驗環(huán)境安全

借助ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能控制模塊對實驗室內(nèi)不同項目進行系統(tǒng)化管理,利用的是無線傳感器節(jié)點和電器控制節(jié)點等,能有效維護節(jié)點采集前端數(shù)據(jù)的過程,并且整合相關(guān)信息應(yīng)用智能化網(wǎng)絡(luò)提升信息管理系統(tǒng)平臺的有效性和實際價值。管理人員要借助PC端或者是移動設(shè)備遠(yuǎn)程登錄信息管控平臺端對實驗室內(nèi)的溫度、濕度、CO2/O2濃度、煙霧檢測參數(shù)等予以實時觀測,對于異常情況能及時處理。在系統(tǒng)中還具備遠(yuǎn)程控制項目,能對插座、空調(diào)、投影等進行同步控制,實現(xiàn)智能化管理的目標(biāo)。之所以能實現(xiàn)信息的實時收集,主要是借助智能網(wǎng)關(guān)技術(shù),能對不同信息協(xié)議進行分析,有效判定相關(guān)登錄效果和處理實效性,維護關(guān)系結(jié)構(gòu)的有效性。在智能網(wǎng)絡(luò)體系中,能將管理人員和實驗室設(shè)備之間建立相應(yīng)的關(guān)系,確?？刂茊卧馨l(fā)揮其實際價值,在數(shù)據(jù)讀取、指令發(fā)送以及設(shè)備無線通信的基礎(chǔ)上,保證運維管理效果的有效性[3]。

3 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源庫

3.1 研發(fā)軟件

為了有效發(fā)揮開放式實驗室的功能和優(yōu)勢,高校要將創(chuàng)新化管理機制和實驗室控制體系結(jié)合起來,并引導(dǎo)學(xué)生積極參與ACM項目,從而真正提高學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新水平。借助開放式實驗室對學(xué)科和競賽訓(xùn)練體系進行了深度研究,研發(fā)程序設(shè)計測評系統(tǒng)的相關(guān)界面,借助C語言和程序設(shè)計模塊能有效判定相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法體系。另外,ARM網(wǎng)關(guān)開發(fā)也是能實現(xiàn)嵌入式編程能力的重要路徑,能借助Linux操作界面對系統(tǒng)相關(guān)庫的移植和服務(wù)器端信息處理提供保障,滿足服務(wù)端設(shè)計要求,落實軟件開發(fā)的基本目標(biāo)。

3.2 續(xù)借模塊

在開放式實驗室常規(guī)化管理工作開展的過程中。要充分有效使用儀器設(shè)備和工具,維護不同輔助材料的同時,有效引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用具體途徑對設(shè)備進行預(yù)約借用。低值物品的預(yù)約,例如低值器件、模塊、工具等都是低值易損耗的物品,學(xué)生可以進行預(yù)約續(xù)借,在借用期間需要登錄系統(tǒng)進行登記。這能滿足一些沒有預(yù)約到工位的學(xué)生,并且也能有效緩解開放式實驗室工位緊張的問題,一定程度上拓展了實驗室基礎(chǔ)性空間。貴重實驗器材的預(yù)約,有效落實系統(tǒng)化使用機制和管控措施,確保學(xué)生能按照標(biāo)準(zhǔn)化要求完成相關(guān)工作。尤其是加工多功能設(shè)備,都是較為重要的實驗室固定資產(chǎn)。學(xué)生可以登錄系統(tǒng)對工位設(shè)備進行預(yù)定預(yù),并作好相關(guān)記錄,確保實驗室學(xué)習(xí)工作開展的有序性和完整性。

4 結(jié)語

總之,在物聯(lián)網(wǎng)時代開展開放式實驗室項目能有效提高管理實效性,為后續(xù)常規(guī)化管理升級提供保障。今后,更加智能化的實驗室開放管理系統(tǒng)一定會日益發(fā)展。在開放式實驗室中,學(xué)生發(fā)揮其創(chuàng)新能力,充分借助實驗室設(shè)備和相關(guān)資源,來提升自己專業(yè)能力水平,這就是開放式實驗室管理系統(tǒng)發(fā)展的初衷。

[1]張歡.基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計[J].湖南造紙,2015,(03):41-43.

[2]林麗芝,許發(fā)見,丁強,等.物聯(lián)網(wǎng)及無線定位技術(shù)在物證管理中的應(yīng)用[J].山西警官高等專科學(xué)校學(xué)報,2013,(03):73-76.

[3]吳萍,高興茹.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開放式物理實驗室建設(shè)[J].科技視界,2016,(09):89-89,97.