基于物联网探究开放式实验室管理系统的设计

陈志椿

(阳光学院 创新创业教育中心,福建福州 350015)

开放式实验室在高校人才培养中具有重要的作用,不仅仅能为学生创新化实践提供有效的支撑,也能建构完整的教学条件和环境。但是,开放式实验室自身的特殊性决定了学生的学习时间不固定、仪器设备不固定等。因此,需要借助物联网对实验室进行创新化管控,提升实验室设备和人员管理的效率,建构更加系统且有序的运行管理机制。本设计借助校园一卡通平台及实验室原有的工位布局增设检测装置,通过整合数据,实现预约以及动态化管理。

1 物联网背景下开放式实验室管理系统设计过程

1.1 网上预约平台

网上预约系统管理平台,采用了BS架构开发,利用.NET技术和Sqlserver数据库进行系统的开发,应用软件系统既为用户提供了一个简单易用的浏览界面,也为管理员提供了一个通用的、友好的、易扩展的管理界面。因为预约系统是运行在服务器上,所以所有用户无需安装和繁琐的配置,只需用户登录及可以完成管理个人信息、新增预约选项等。开放式实验室管理系统,利用工位预约的方式完成实验室常规化管理,具体设计结构可以分为软件测试区和硬件测试区。学生可以借助系统进行信息查询,并且预约工位,时间方面会有固定选项,从而实现开放性实验室的动态化管理,真正提高了实验室使用效率[1]。

1.2 门禁控制系统

门禁控制系统主要是由计算机、门禁管理软件、门禁控制器、门禁读卡器、发行器和感应式卡片组成。门禁管理计算机主要是承载、运行系统管理软件。IC卡发行器负责卡片发行、检测等功能。门禁控制器作为识别用户卡片,判别卡的合法有效性,并作出相应的控制,如开启门、报警等,同时将有效读卡数据存储。感应式智能卡片是承载信息的载体,对卡片的读写操作需多重密码认证。门禁读卡器是连接卡片与控制器所的桥梁。

在实际设计项目中,门禁卡的设计借鉴了身份卡的设计理念,对学生进行有效的授权,确保学生能在固定时间范围内进入到实验室中。这种方式最大化的减少了工作人员的工作强度,能为学生提供更加便利化的运行机制和服务。设计参数的项目中,不仅要对卡号、学号、姓名以及卡片有效日期等基础性信息进行授权设计,也要对数据进行及时性读取,并且保证在规定的IP地址内,端口号、原机号都能满足Tcp/Ip的通讯需求[2]。只有保证相关信息读取成功,才能进行有效的管理数据读取和处理。实验室管理系统的查询功能、预约功能以及预约工具等都能对数据进行实时整理和汇总,形成使用人数数据库、使用人员分布数据库、使用时间数据库等。借助门禁卡能有效落实自主性管理机制,确保开放式实验室常规化工作的整体效率。

2 安全管理系统设计

2.1 实验设备安全

开放式实验室管理系统中建立了设备安全管理检测体系,主要是借助RFID管理机制实现物联网技术和视频监控技术,能对重要的实验室器材和设备进行监督管理,保证实验室设备的安全性和完整性。管理人员会在设备上粘贴RFID标签,并在实验室门口安装对应的非接触式读取装置,当贴有标签的实验室设备被带离实验室时,安装在门口的感应装置就会报警,并且能同时启动视频监控系统,对人物像特征进行采集,一定程度上保证设备的安全性。这种基于物联网的自动化管理系统,能在优化常规化管理效果的同时,确保设备管理水平得以全面升级,且整体管理水平更加贴合实际需求。

2.2 实验环境安全

借助ZigBee无线传感网络智能控制模块对实验室内不同项目进行系统化管理,利用的是无线传感器节点和电器控制节点等,能有效维护节点采集前端数据的过程,并且整合相关信息应用智能化网络提升信息管理系统平台的有效性和实际价值。管理人员要借助PC端或者是移动设备远程登录信息管控平台端对实验室内的温度、湿度、CO2/O2浓度、烟雾检测参数等予以实时观测,对于异常情况能及时处理。在系统中还具备远程控制项目,能对插座、空调、投影等进行同步控制,实现智能化管理的目标。之所以能实现信息的实时收集,主要是借助智能网关技术,能对不同信息协议进行分析,有效判定相关登录效果和处理实效性,维护关系结构的有效性。在智能网络体系中,能将管理人员和实验室设备之间建立相应的关系,确保控制单元能发挥其实际价值,在数据读取、指令发送以及设备无线通信的基础上,保证运维管理效果的有效性[3]。

3 优化网络资源库

3.1 研发软件

为了有效发挥开放式实验室的功能和优势,高校要将创新化管理机制和实验室控制体系结合起来,并引导学生积极参与ACM项目,从而真正提高学生的综合实践能力和创新水平。借助开放式实验室对学科和竞赛训练体系进行了深度研究,研发程序设计测评系统的相关界面,借助C语言和程序设计模块能有效判定相应的数据结构和算法体系。另外,ARM网关开发也是能实现嵌入式编程能力的重要路径,能借助Linux操作界面对系统相关库的移植和服务器端信息处理提供保障,满足服务端设计要求,落实软件开发的基本目标。

3.2 续借模块

在开放式实验室常规化管理工作开展的过程中。要充分有效使用仪器设备和工具,维护不同辅助材料的同时,有效引导学生应用具体途径对设备进行预约借用。低值物品的预约,例如低值器件、模块、工具等都是低值易损耗的物品,学生可以进行预约续借,在借用期间需要登录系统进行登记。这能满足一些没有预约到工位的学生,并且也能有效缓解开放式实验室工位紧张的问题,一定程度上拓展了实验室基础性空间。贵重实验器材的预约,有效落实系统化使用机制和管控措施,确保学生能按照标准化要求完成相关工作。尤其是加工多功能设备,都是较为重要的实验室固定资产。学生可以登录系统对工位设备进行预定预,并作好相关记录,确保实验室学习工作开展的有序性和完整性。

4 结语

总之,在物联网时代开展开放式实验室项目能有效提高管理实效性,为后续常规化管理升级提供保障。今后,更加智能化的实验室开放管理系统一定会日益发展。在开放式实验室中,学生发挥其创新能力,充分借助实验室设备和相关资源,来提升自己专业能力水平,这就是开放式实验室管理系统发展的初衷。

[1]张欢.基于物联网的开放式实验室管理系统的设计[J].湖南造纸,2015,(03):41-43.

[2]林丽芝,许发见,丁强,等.物联网及无线定位技术在物证管理中的应用[J].山西警官高等专科学校学报,2013,(03):73-76.

[3]吴萍,高兴茹.基于物联网技术的开放式物理实验室建设[J].科技视界,2016,(09):89-89,97.