基于物联网技术的实验室设备管理系统设计

摘要：军队院校实验室教学科研设备种类繁多、存放地点分散、而管理人员相对不足，传统的资产管理方式已经很难适应管理需要。为了提高实验室设备管理的效率，保护设备的安全与完整，防止资产流失，提出了一个在实验室设备管理中引入物联网技术的总体解决方案，并给出了其中主要的软硬件的具体设计方法。

关键词：RFID技术；物联网；实验室设备管理系统

1 概述

军队院校实验室是进行教学实践和科学研究的场所，是培养学员动手能力、提高知识运用和创新能力的重要基地。一个院校的实验室规模和水平在一定程度上代表着一个院校的科研水平和院校层次。实验室的管理的重点是实验设备管理，院校实验室实验设备具有价值高、数量多、使用周期长，使用人员多而导致使用地点分散、管理难度大等特点。

目前，军队院校实验室管理主要存在以下一系列的常见问题：

1）信息系统自动化程度还较低，大多采用设备卡片或者纸质标签，标签表示的设备信息不够全面，更新非常困难。

2）设备信息管理繁琐，新采购的实验设备入账每次均要通过大量的手工操作进行分类登记，工作繁重，而且容易出错。

3）小型仪器设备容易丢失，不能对实验设备实时查询、动态跟踪监管和安全监控，监督和控制较难进行，影响了教学实践和科研活动的开展。

4）大型仪器设备的维护较困难，大型仪器设备的许多技术参数和配置信息很难管理。参数和信息记录在数据库表或者电子文档里面，增加了维修维护成本。

针对目前军队院校实验室设备管理现状，可将物联网技术引入到设备管理中，从而提高实验室设备管理效率，降低管理人员工作量，实现对设备的跟踪追溯，有效防止资产流失。

2 物联网技术简介

物联网（Internet of Things，IOT）：即“物物相连的互联网”。从实现方式来讲，物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预，其实质是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，实现物品的智能化识别和管理，提高资源利用率和生产力水平。

3 以物联网技术为基础的实验室设备管理系统设计

3.1 系统框架设计

基于物联网技术的实验室设备管理系统以满足军队院校实验室设备管理实际应用为中心，依据物联网建设一般应用模式，充分考虑系统模块的可重用性和可扩充性，建立硬件和软件平台相结合的设备管理体系，系统建设整体架构设计主要分为三层架构：感应层、中间层和应用层。

感应层：主要是完成设备信息的自动识别、收集、过滤和传输。根据管理需要将电子标签粘贴在各类实验室设备上，根据应用需求合理部署固定式读写设备和PDA设备，并通过空中接口将触发的标签信息传输到相应的设备，实现物理设备与标签间的连接，以及标签数据自动识别、获取、过滤和传输。感应层还可具体划分为感应部署层和感应接收层。

中间层：是RFID应用系统的核心功能之一，也是功能较为复杂的公共系统应用平台。中间层建立在现有通信网络数据传输基础之上，其核心功能就是提供一个异构的RFID硬件、数据格式和业务管理软件之间动态自适应无缝连接环境。

应用层：主要强调RFID在设备管理的应用模式。系统采用应用软件与中间件平台之间的标准接口和规范实现基于SOA的动态业务集成与组装，实现对设备的清点、定位、跟踪、统计及报表等功能。

3.2 系统硬件部分集成设计

实验室设备管理系统硬件部分主要包括电子标签、RFID读写设备、数字校园平台、AP和服务器等部分。对实验室的每个设备用RFID标签进行唯一性标识，在实验室和关键通道安装固定式RFID读写器：把固定式读写器安装在实验室中心内顶，静止读写器安装在实验室入口处，每个RFID读写设备对应着相应的房间号或一定区域。集成视频、温湿度、烟感监控和门禁、生物传感、各类报警设备等硬件，统一传输协议标准，集中采集数据，创设全时全区域的监控环境，当带有RFID标签的实验设备进入到某一实验室或特定区域，就会被该位置的读写设备所识别，并把读写设备内码和标签内码通过有线校园网传送至后台服务器，服务器根据接收到的信息即可自动跟踪每一台设备的位置，某些设备超出特定区域进行报警。服务器主要用来运行相应的软件系统，PC机是终端机来进行查看。RFID读写设备用于读取和修改标签信息已经是比较成熟的物联网相关设备，读写器可以分成固定、静止和移动三类。固定读写设备主要用于设备盘点和位置移动监控；静止读写设备大多放置在出人口处，对出入实验室的设备进行检测，同时，可以将检测到的信息发送至设备信息显示屏幕和报警提示灯，这样经过出入口处的设备信息会同步显示，也可以根据设置好的报警触发条件对未授权的设备移动进行报警，保证资产安全。移动手持读写器，应用于对设定的特定区域的设备局部盘点、设备状况核查验证，如：核查计算机硬件配置与设备管理数据库中的信息是否一致；设备上下架确认；设备标签信息修改等。根据本系统的实际情况和应用需求，本系统设计选用三类RFID读写器组合使用。固定式的安装在实验室内顶处，静止式的安装在实验室入口处，手持式PDA主要进行特定区域的设备的局部盘点。

3.3 系统软件设计

3.3.1软件总体架构

实验室设备管理系统建设主要包括应用系统、中间件系统、PDA辅助管理系统、后台数据库管理等几大部分。通过在WEB服务器上运行应用系统，提供实验室设备管理信息平台，系统的各类用户在办公区通过浏览器进行实验室设备管理的信息处理。

由于本系统的业务协同复杂，信息服务多样，如果仅将业务需求分散为许多的业务小块，塞到各个软件模块之中，这样使得业务处于一个从属于技术和模块之下的位置，业务和技术紧紧地捆绑在一起。这样的系统存在两个问题：首先，业务需求的变化较大时，现有的技术难以适应，难以在现有系统上扩展，往往会导致把系统推倒重新开发；其次，应用的技术一旦被淘汰，其实现的业务服务也会跟着被淘汰，且难以快速切换到其他新的技术。因此，系统采用面向服务架构来设计和实现本软件系统。基于SOA的软件系统解决了为快速适应新需求而对现有服务所产生的影响.使系统具有很强的可互操作性、可重用性和灵活性，当技术发生变更时，只要服务接口不变，对现有的服务影响不大，对系统的影响能降到最低。

3.3.2软件功能模块

根据系统用户需求分析，应用软件应具备基本信息录入功能，设备基本信息、状态查询功能，设备增加、删除及清点功能，用户管理、数据备份功能以及统计功能。实验室设备管理系统的具体功能如图1所示。

4 结语

物联网技术是一个信息技术发展的一个新方向，基于物联网技术的实验室设备管理系统是利用该新技术改造传统管理方式的一个尝试。本文设计了一个基于物联网技术的实验室物品信息管理系统，经初步测試表明，系统功能可基本实现，未来将继续进行软件详细设计。

参考文献：

[1]吴新生，茅晓红，李克勤.基于物联网技术的高校资产管理系统设计[J].物联网技术，2012，2：68—72.

[2]卢磊.基于J2EE的高校资产管理系统的设计与实现[J].电子设计工程，2O11，l9（2）.

作者简介：王婧（1982.06）女，民族：汉族，籍贯：广西省桂林市，职务：教师，职称：讲师，学历：本科，研究方向：项目管理，单位全称：95795部队。