基于移動終端的實驗室管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

吳響，張立，俞嘯（徐州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息學(xué)院，徐州　221000）

基于移動終端的實驗室管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

吳響，張立，俞嘯
（徐州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息學(xué)院，徐州221000）

0　引言

高等院校實驗室設(shè)備管理是一項系統(tǒng)性和業(yè)務(wù)性都較強的工作，隨著高等教育事業(yè)的不斷發(fā)展，教育管理體制改革的不斷深入，高校實驗設(shè)備數(shù)量迅速增長，設(shè)備管理工作愈顯得重要，對設(shè)備管理人員的要求也越來越高［1］。實現(xiàn)實驗設(shè)備管理的制度化、規(guī)范化、信息化，保持實驗設(shè)備的有效性和可靠性，使得實驗設(shè)備的管理顯得尤為重要。但是在傳統(tǒng)的實驗室管理工作中，管理人員只重視使用，輕視管理，沒有從系統(tǒng)管理和發(fā)揮設(shè)備效益的高度看待設(shè)備管理工作，輕視設(shè)備故障預(yù)防、設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)、重復(fù)購置導(dǎo)致的設(shè)備使用效益低下等問題，不僅給實驗設(shè)備本身的使用性帶來極大的誤差，也影響到實驗室設(shè)備效能的發(fā)揮和造成資源的浪費。此外，在日常的實驗室設(shè)備管理中，一般都是由實驗室管理員手動記錄實驗器材的使用情況，其方式為記錄本書寫記錄，這種方式容易造成信息的缺損丟失。面對種類繁多的數(shù)據(jù)和報表，手工處理方式已經(jīng)很難跟上現(xiàn)代化管理的步伐。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和發(fā)展，對高等學(xué)校設(shè)備管理提出了更高的要求［2-3］。

針對上述問題，我們通過信息化的手段，基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立健全實驗室管理體系，設(shè)計實現(xiàn)“基于移動終端的實驗室管理系統(tǒng)”，使得實驗室相關(guān)角色都能夠通過本系統(tǒng)便捷地獲取實驗室設(shè)備的最新信息，進(jìn)行管理、借用、查詢等操作，既降低了實驗室管理的人力消耗，提升了實驗室設(shè)備管理的工作效率，又可以利用計算機程序化管理的優(yōu)勢，整合、優(yōu)化實驗室教學(xué)資源，提升實驗教學(xué)服務(wù)水平，提高實驗教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率，繼而能讓學(xué)生充分發(fā)揮自主創(chuàng)新能力，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的人才，提高高校現(xiàn)代化教育水平。

1　系統(tǒng)整體設(shè)計

在本系統(tǒng)中，如圖1所示，實驗室服務(wù)器與設(shè)備之間使用串口通信技術(shù)進(jìn)行通信，然后通過無線射頻發(fā)送命令信號；手持終端與服務(wù)器之間采取基于TCP/IP 的Socket通信，在無線環(huán)境下發(fā)送的命令經(jīng)過三層交換機傳送到服務(wù)器所在的三層交換機，然后傳送給服務(wù)器。

圖1　系統(tǒng)整體流程架構(gòu)

除了上述流程之外，服務(wù)器接收命令后解析并實行相應(yīng)操作，如果是實驗設(shè)備借記命令則將有用信息存入對應(yīng)數(shù)據(jù)庫，如果是實驗設(shè)備操作消息，則通過無線射頻發(fā)送給連接設(shè)備的下位機端，再通過對連接設(shè)備電路的繼電器的操作控制設(shè)備的簡單開關(guān)操作［4-5］。

2　設(shè)備信息記錄以及追溯

系統(tǒng)借助二維碼標(biāo)簽作為實驗室器材的身份標(biāo)志，其中二維碼包含信息由設(shè)備編號，設(shè)備型號組成，如圖2所示。此外，二維碼標(biāo)簽還作為信息傳輸?shù)妮d體，作用于手持終端與服務(wù)器的通信以及手持終端與數(shù)據(jù)庫的交互之中。

圖2　設(shè)備二維碼標(biāo)簽

當(dāng)新購入實驗設(shè)備時，我們根據(jù)給設(shè)備的順序編號以及設(shè)備的型號兩個信息生成該設(shè)備唯一標(biāo)識二維碼，并在手持終端上輸入其他具體信息提交后存入數(shù)據(jù)庫，打印并貼于儀器之上。在以后對該設(shè)備的所有操作時，只要通過系統(tǒng)手持終端軟件掃描一下二維碼標(biāo)簽就能獲取該設(shè)備標(biāo)識信息，接著輸入其他要求的操作數(shù)據(jù)，提交后存數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或者其他意外情況時，可以掃描設(shè)備二維碼標(biāo)簽，調(diào)用服務(wù)器上數(shù)據(jù)庫信息，獲取該設(shè)備的所有歷史信息。以供追溯求源，更快捷的找出故障問題。

實驗室管理員登錄系統(tǒng)后，通過對身份的判斷，給予他們不同的使用權(quán)限。如圖3所示，管理員進(jìn)入設(shè)備查詢預(yù)定界面，通過掃描二維碼的方式，將設(shè)備信息的入庫、使用、管理等操作信息上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。

圖3　實驗室設(shè)備信息錄入及溯源流程

3　設(shè)備控制

如圖4所示，系統(tǒng)上位機通過串口調(diào)試助手自動將指令以數(shù)據(jù)包的形式通過串口通信的方式發(fā)給發(fā)送端的ATmega16單片機。發(fā)送端的ATmega16單片機通過串口接收服務(wù)器端發(fā)來的指令，并通過ATmega16片內(nèi)自帶的SPI（串行外設(shè)接口）通信方式將收到的指令全部發(fā)送給nrf2401無線模塊，當(dāng)發(fā)送端的ATmega16將全部指令發(fā)送完后，nrf2401就會將接收到的指令打包，以nrf2401無線協(xié)議包的形式（先發(fā)送接收端的地址：接收端地址為0XB5B5B5B505）發(fā)送出去。

此時接收端的nrf2401的接收信道通過接收端ATmega16對nrf2401的相關(guān)寄存器配置為：第五信道開通，并且第五信道地址為：0XB5B5B5B505，并配置接收端的nrf2401為接收狀態(tài)。接收端第五信道的信道地址通過與發(fā)送端發(fā)來的信道地址的匹配。接收數(shù)據(jù)到RXFIFIO寄存器，接收端的ATmega16通過nrf2401接收寄存器的數(shù)據(jù)并不斷讀取，來獲取nrf2401接收到的發(fā)送端發(fā)來的指令。接收端的ATmega16在收到發(fā)送端發(fā)來的指令后會作出相應(yīng)的判斷，根據(jù)指令的具體內(nèi)容，通過控制繼電器來進(jìn)行380微型直流電機的簡單操作。

圖4　設(shè)備控制原理圖

4　系統(tǒng)實現(xiàn)

如圖5所示，系統(tǒng)終端軟件分為新進(jìn)設(shè)備、設(shè)備信息溯源、設(shè)備借用、設(shè)備歸還、設(shè)備控制、工作圈子六個功能模塊。當(dāng)實驗室購買新設(shè)備時，點擊進(jìn)入新進(jìn)設(shè)備子菜單，根據(jù)提示輸入設(shè)備編號，設(shè)備名稱型號購買人姓名，購買原因，購買日期信息。點擊提交按鈕后提交給服務(wù)器軟件。當(dāng)需要執(zhí)行設(shè)備借用操作時，點擊進(jìn)入設(shè)備借用子菜單，我們通過掃描設(shè)備二維碼標(biāo)簽，獲取該設(shè)備基本信息，點擊提交按鈕將設(shè)備借用操作信息提交給服務(wù)器軟件。當(dāng)有人歸還設(shè)備時，點擊設(shè)備歸還子菜單進(jìn)入設(shè)備歸還操作界面，如圖5所示，我們首先點擊右上角二維碼掃描界面掃描設(shè)備攜帶二維碼標(biāo)簽獲取該設(shè)備信息，并且輸入剩下需求信息。點擊提交按鈕后將設(shè)備歸還信息提交至服務(wù)器軟件。

圖5　系統(tǒng)軟件界面

如圖6所示為下位機命令執(zhí)行流程，當(dāng)服務(wù)器軟件接收命令并解析后將操作命令通過串口A發(fā)送至單片機B，單片機B將數(shù)據(jù)包通過天線C發(fā)送給天線D，D由單片機E控制接收信息，E根據(jù)命令包參數(shù)選擇性控制繼電器F，通過F來控制電機G的啟動與關(guān)閉。

圖6　下位機簡易模型

5　結(jié)語

文章首先對實驗室管理系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r做了簡單的介紹，提出了一個初步的功能設(shè)想。在經(jīng)過對系統(tǒng)詳細(xì)的需求分析基礎(chǔ)上，設(shè)計了手持移動終端與服務(wù)器端兩個模塊。其中，手持移動終端實現(xiàn)設(shè)備的信息錄入與信息的溯源查詢，以及實驗設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；服務(wù)器端實現(xiàn)了系統(tǒng)管理模塊（包括角色管理、用戶管理、密碼重設(shè)、實驗室日志的管理），資源管理模塊（包括實驗設(shè)備的錄入、查看、報修、預(yù)訂、溯源、借用），公共事務(wù)模塊（包括相關(guān)規(guī)章制度、實驗課程、實驗教學(xué)計劃、成績查詢、實驗設(shè)備的操作注意事項等信息的瀏覽）的基本功能。經(jīng)實際使用測試，本系統(tǒng)很大程度上減少了實驗室管理員的工作量，并且在系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性方面也具有較好的性能。

［1］胡琨.開放實驗室管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.四川師范大學(xué)，2013.

［2］袁曉平.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗室設(shè)備管理系統(tǒng)［D］.西北師范大學(xué)，2013.

［3］李達(dá).基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗室設(shè)備運行管理系統(tǒng)［D］.長安大學(xué)，2013.

［4］周春月，閆子淇.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧實驗室架構(gòu)研究［J］.實驗室研究與探索，2014，05:239-243.

［5］彭小容.基于物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)生實驗室儀器管理系統(tǒng)［D］.西南交通大學(xué)，2013.

Handheld Terminal；Laboratory Management

Implementation of Laboratory Management System Based on Mobile Terminals

WU Xiang，ZHANG Li，YU Xiao
（School of Medical Informatics，Xuzhou Medical College，Xuzhou 221000）

1007-1423（2015）35-0069-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.35.015

吳響（1985-），男，江蘇徐州人，博士，實驗師，研究方向為災(zāi)害醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)物聯(lián)網(wǎng)、時間序列分析等

張立（1990-），男，江蘇徐州人，本科，研究方向為遠(yuǎn)程醫(yī)療與區(qū)域信息平臺

俞嘯（1989-），男，江蘇徐州人，碩士，實驗師，研究方向為醫(yī)學(xué)物聯(lián)網(wǎng)

2015-12-03

2015-12-12

在實驗室管理中使用手持終端設(shè)備代替“人工+計算機”的方式，實現(xiàn)實驗設(shè)備的信息錄入與追溯、實驗設(shè)備遠(yuǎn)程操作等功能，系統(tǒng)利用二維碼技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行身份標(biāo)識，通過Web Service中間件與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行交互，再通過串口通信給下位機傳達(dá)操作命令。針對實際構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)行測試，實驗表明，該系統(tǒng)能很好地實現(xiàn)設(shè)備的管理操作，并且能夠準(zhǔn)確完成終端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互處理。

手持終端；實驗室管理

江蘇省產(chǎn)學(xué)研項目（No.BY2014033）、徐州市科技計劃項目（No.XM13B021）、徐州市科技計劃項目（No.XM12B077）

Uses handheld devices in laboratory management instead of"artificial+computer"way，to achieve laboratory equipment information input and traceability，laboratory equipment remote operation and other functions，the system uses two-dimensional code technology for equipment identification，intermediate through Web service members to interact with the data server，and then through serial communication to the lower machine to convey the operation command.Finally，the actual build system for testing，experiments show that the system can achieve a good management operation of the device，and can complete the data processing terminal to interact with the server accurate.