实验室元器件库信息化管理系统设计*

于福华，陈慧敏，陈 虹

（北京经济管理职业学院，北京 100102）

0 引言

随着中国高职教育中职业技能教育的快速发展，各高职院校的实验室元器件仓库中，元器件的种类越来越多、属性规格成倍增加，实验室元器件库管理难度不断加大。在长期实践教学中，发现传统的实验室人工管理模式随意性大、元器件规格繁杂、出入库记录混乱，给实践教学元器件使用带来非常大的困扰。为解决学校实验室出入库效率低下、错误频发、难以给出准确即时库存、浪费仓储空间和流动资金等元器件仓库的管理难题，本文就管理系统、关键软件、硬件给出了设计原则和设计理念，提出构建实验室元器件库信息化管理系统。希望通过仓库储位可视化引导提高效率、唯一性编码快速精准区分元器件、校园网共享实时仓储信息、开源数据库节省软件投资、基于单片机的控制单元灵活扩展仓库规模，有效降低原有的管理难度和错误发生率，提高管理效率，为实验室元器件库人机协同管理作出探索。

1 元器件仓库信息化管理系统设计

1.1 设计原则

实验室元器件仓库的信息化管理设计，依赖于计算机系统的快速计算、准确存储、即时数据库搜索、智能化工作辅助；依赖于立体化仓库与数据库之间的即时通讯；依赖于校园网络使各教研室电脑终端与实验室元器件仓库数据库进行即时交互，从而有效降低仓库管理员的脑力和体力作业强度，提高工作效率和仓储空间效率，降低错误发生率[1]。

1.2 实现功能

（1）能查询仓库内各种元器件的精准位置与数量，提高管理员的查找效率，充分利用有限的仓储空间。

（2）当某种器件的数量低于特定值时会发出警报，提醒管理员及时补充采购，保持和控制合理库存，避免影响正常教学运行。

（3）管理员可查询仓库中的每一次存取操作记录，及时了解各元器件的去向，当发生损坏或丢失事件时有迹可循，实现可追溯性。

（4）仓库中配置按灯拣货系统，通过货架上的LED（Light Emitting Diode，发光二极管）引导指示灯，可视化引导管理员快速、准确找到器件的存储位置，减少寻找储位的时间，提高效率。

（5）仓库设智能化自动温湿度控制，以保证元器件处于最适宜的温湿环境，避免因存储不善导致的损耗。

（6）对于特殊品、仓库调拨等特殊情况也能进行有效管理。

（7）定期生产报表，使上级领导及时了解仓库的管理情况，从传统的依靠经验管理转变为依靠精确的数字分析管理，提升管理水平。

1.3 权限设计

仓库管理系统的访问权限管理非常重要。该系统设置2种权限，只有拥有一级权限的人员（如实验员）可以添加新用户、修改权限，二级权限人员仅能查看，如表1所示。

表1 每个权限等级对应的具体权限内容

在该系统的数据库中添加1份名单，相关人员登录时，系统可以确认其所拥有的权利和可使用哪些功能模块。例如，协助管理的学生与老师没有采购权限；而采购人员也没有将器件取出的权限。

1.4 唯一化编码设计

为便于实现被储存元器件的数字化管理，给每一个订单、仓库中的每一种元器件都赋予一个唯一的编码，从而避免发生混淆的情况，同时管理者也可以很方便地通过输入这个编码来查询相关信息。

1.4.1 订单编码规则

编码规则：日期（8位）+当日订单流水号（2位），共10位。考虑到学校实验室的订单量不会很大，故不需要设计很复杂的编码规则，能满足唯一性要求即可。例如：2019103101、2019110103。

1.4.2 元器件编码规则

编码规则：类别代号（2位）+子类代号（2位）+型号代号（3位）+特殊品判定（1位）。对于工具类，可以赋予类别代号10。压线钳及剥线钳和螺丝刀虽同属工具类，却分属不同的子类，可以赋予子类代号01、02、03。对于螺丝刀，可能是一字螺丝刀、十字螺丝刀，也可能是六角螺丝刀，可以分别赋予型号代号001、002、003。如果该十字螺丝刀非特殊品，则最后一位为0。综上所述，十字螺丝刀的元器件编码为10030030。

对于电阻类元器件，可以赋予类别代号11，而普通电阻与光敏电阻和热敏电阻可以分别赋予子类代号01、02、03。对不同阻值的电阻（如100 Ω、3.3 kΩ、5 kΩ）分别赋予型号代号001、002、003。如果某3.3 kΩ电阻属特殊品，则其最后一位为1，则该3.3 kΩ电阻器件编码为11010021。

元器件在仓库的相应存储位，黏贴对应编码的条形码，便于管理员在仓库储位快速扫描判断操作。

2 关键软件设计

2.1 软件开发和运行环境

实验室元器件仓库信息化管理系统的上位机和各教研室的客户端微机，采用服务器/客户机结构，通过校园网联网，操作系统采用Windows软件；人机界面采用VB（Visual Basic）进行开发；数据库软件采用开源数据库MySQL进行开发；下位机基于单片机的RTU（Remote Terminal Unit，远程终端单元）用C语言编程；上、下位机采用基于RS485的Modbus通讯协议进行通讯。

2.2 仓库管理模块

在仓库管理模块中，分为入库、出库、库存、特殊品、调拨、盘点、预警共7个部分。

入库、出库2个模块是仓库管理系统中最基础的功能，所有产品在入库时都需要自动生成一个唯一编码（条形码）。在出库时，管理员可以通过扫描这个编码，快速找到要找的产品位置及数量，并通过LED指示灯进行引导指示，可视化引导管理员前往目标存储位。元器件入库操作流程图如图1所示，出库流程图如图2所示。

图1 元器件入库操作流程图

图2 元器件出库操作流程图

管理员既可以模糊查询库存，也可以精准查询某些或某个元器件所在的位置及库存数量[2]。数据库中对特殊品有一个特殊的标记，使管理员在查询过程中可以清晰看到哪些产品属于特殊品类别。调拨功能与出库功能类似，但对调拨出去的产品需要添加一个标记，以区分于一般出库产品，并标注出这些调拨产品的具体去向。盘点功能通过报表的生成来实现。

另外，为保障教学工作需要，需要为每种元器件的数量设定一个预警值，以提醒管理员及时进行采购，补充库存[3]。

2.3 系统向LED引导指示灯发送命令

上位机PC与MC9S08AW32单片机搭建的下位机RTU，采用RS485通讯，通讯方式为主从模式[4]。主机为PC，从机为RTU（各驱动板卡或负载卡）；主机地址为80H，从机地址从01H～7FH；通讯速度为38.4 kb/s，一个停止位，数据位为8，无校验。

当获得PCB板位置信息后，向标准驱动卡发送特定命令，使对应位置的LED引导指示灯发光，可视化引导管理员前去指定的仓库存储位置，命令格式如表2所示[5]。

表2 测试帧通讯协议定义Byte

（1）包头：0xFD。

（2）目标地址：值为0xFE时，表示该信息为广播信息，所有在线从机均接收该命令。如是主机向单个从机发送，则为各从机的相应地址；如是从机向主机发送，则为主机地址0x80。

（3）本机地址：发送指令的机器，如是主机向从机发送，则为主机地址0x80；如是从机向主机发送，则为各从机的相应地址[6]。

（4）模式：即该指令将要进行的操作方式。

（5）信息：表述该指令将要进行的具体操作或操作结果。

（6）扩展信息：在信息位不能清楚表示将要进行的操作时，可应用扩展信息位，表述要进行的操作。

（7）校验码：CRC16（Cyclic Redundancy Check，CRC循环冗余校验），指令总校验和。

3 硬件设计

3.1 硬件选型

上位机选用当前主流配置的正规品牌PC机，下位机选用飞思卡尔半导体公司（Freescale Semiconductor，Inc）HCS08家族8位处理器内核的MC9S08AW32单片机作为核心搭建的RTU驱动板卡，每块驱动板卡可驱动128位LED引导指示灯[7]。

图3 LED引导指示灯接线示意图

3.2 RTU下位机接线

LED引导指示灯的接线从标准驱动板引出，如图3所示[8]。

4 结束语

本系统通过基于仓库储位可视化引导、唯一性编码进行快速准确区分物料，有效降低了原有管理难度和错误发生率，提高了管理效率，补齐了学校信息化短板，助力学校教改。通过基于MySQL开源数据库的软件开发，有效降低了实验室管理投资成本；通过基于单片机的控制单元灵活进行仓库规模扩展，增强了该系统移植到其他单位的适用性。该系统的设计研究为实验室元器件库人机协同管理的有益探索提供了参考样本。