開放式實踐平臺智慧管理系統(tǒng)

張金濤 楊蕊 馮慧

[摘 要] 近年來，實驗室的信息化程度已經(jīng)得到了顯著提高，但是單一的信息系統(tǒng)管理模式已無法滿足教學(xué)、科研等活動日益增長的需要。開放式實踐平臺智慧管理系統(tǒng)旨在實現(xiàn)實踐平臺人、物的綜合管理，該系統(tǒng)主要包括上位機(jī)系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)和設(shè)備管理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。

[關(guān) 鍵 詞] 實踐平臺；數(shù)據(jù)庫；上位機(jī)；智能門禁；設(shè)備管理

[中圖分類號] TU244.5 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）19-0217-01

一、引言

進(jìn)入21世紀(jì)后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)不斷地成熟，出現(xiàn)了智能家居、智慧城市和智慧地球等概念。2008年11月，IBM公司正式提出了“智慧地球”的理念。本文將智能家居的結(jié)構(gòu)模式引入實驗室建設(shè)與管理中，實現(xiàn)智慧實驗室管理。

二、上位機(jī)系統(tǒng)

開發(fā)上位機(jī)系統(tǒng)，主要就是構(gòu)建實驗室數(shù)據(jù)庫，同時開發(fā)上位機(jī)軟件作為數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序，使管理人員可以通過該上位機(jī)軟件對實踐平臺的人員、物品等信息進(jìn)行查詢和管理。

1.MySQL管理數(shù)據(jù)庫構(gòu)建實踐平臺，該數(shù)據(jù)庫用來存儲實驗室人員、設(shè)備、器件等信息，使用MySQL.Client.dll基本類實現(xiàn)軟件和數(shù)據(jù)庫的鏈接。

2.Microsoft Visual C# 2010 Express集成開發(fā)環(huán)境（IDE）開發(fā)上位機(jī)管理軟件，在該IDE上使用窗體應(yīng)用類編寫上位機(jī)軟件的操作界面。

3.在窗體中委托調(diào)用Serial Port類實現(xiàn)ZigBee通信接口和協(xié)議的編寫，使上位機(jī)管理軟件和硬件主體之間能完成數(shù)據(jù)通信。

三、智能門禁系統(tǒng)

實現(xiàn)利用手機(jī)、PC機(jī)等智能終端通過上傳自拍或動態(tài)碼的形式開門。該智能門禁系統(tǒng)主要包括手機(jī)門禁APP、服務(wù)器、路由器和門禁控制器，該系統(tǒng)的總體構(gòu)圖如圖1所示。

使用基于ADK的JAVA語言開發(fā)手機(jī)門禁APP，手機(jī)門禁APP用于用戶注冊及登錄，登錄成功后連入后臺服務(wù)器，發(fā)送開門指令。服務(wù)器是整個門禁系統(tǒng)的核心，協(xié)調(diào)整個門禁系統(tǒng)的運作，服務(wù)器上建立的用戶管理數(shù)據(jù)庫，用于記錄所有信息的流向，存儲著門禁的權(quán)限信息，服務(wù)器通過USB接口連接ZigBee通信模塊，通過TCP協(xié)議接收到的信息經(jīng)過處理再由ZigBee通信模塊發(fā)送給門禁控制器。路由器用于構(gòu)建一個局域網(wǎng)絡(luò)，為接入此局域網(wǎng)的服務(wù)器和客戶端分配定向的IP地址，此IP地址即為數(shù)據(jù)庫對用戶進(jìn)行權(quán)限匹配和信息記錄的依據(jù)。門禁控制器包括微控制器、開門指令接收模塊和供電電路，主要用于控制電控鎖的開關(guān)。

四、設(shè)備管理系統(tǒng)

單片機(jī)控制RFID讀寫模塊進(jìn)行讀卡，將所得到的信息傳回上位機(jī)，并完成上位機(jī)指示的對卡的寫入操作和數(shù)據(jù)管理功能。系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖2所示。

系統(tǒng)為每個工具分配ID號，并將其寫入標(biāo)簽。在上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中為所有工具建立初始數(shù)據(jù)檔案，包括工具的購買時間、管理員信息、使用狀況信息等。RFID識別系統(tǒng)自動讀取工具ID號。單片機(jī)系統(tǒng)采用串口通信方式將信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)根據(jù)識別碼將每個工具的使用狀況自動記錄到數(shù)據(jù)庫。

單片機(jī)系統(tǒng)主要包括STM32單片機(jī)、供電電路和Zigbee通信模塊。Zigbee模塊通過設(shè)置可以與上位機(jī)連接來實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新，實現(xiàn)設(shè)備管理系統(tǒng)與上位機(jī)的信息交互，同時上位機(jī)系統(tǒng)還可以讀取工具的使用記錄；人機(jī)界面可通過觸摸屏來實現(xiàn)使用人員查看物品的種類、數(shù)目以及其他人員的使用記錄等功能；指紋識別是用來識別使用人員是否有權(quán)使用平臺內(nèi)工具等。此外，可用PC機(jī)或手機(jī)APP對所需物品數(shù)量和位置進(jìn)行查詢。

五、結(jié)語

高校實驗室信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理是實驗室現(xiàn)代化管理的必然趨勢，只有借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高管理的效率與能力，才能滿足實驗教學(xué)、科研管理工作的需要。開放式實踐平臺管理系統(tǒng)旨在實現(xiàn)實踐平臺人、物的綜合管理。該系統(tǒng)能夠極大地提高實踐平臺的管理效率，特別適用于高等院校、科研機(jī)構(gòu)實驗室。同時，該系統(tǒng)具有很好的通用性、兼容性和易移植性，其市場前景廣闊，具有一定的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]高永清，商丹.基于ZigBee智慧實驗室系統(tǒng)的設(shè)計[J].電視技術(shù)，2015，39（8）：17-21.

[2]石義芳，李志文，張皓明.高校實驗室智能門禁系統(tǒng)的分析與設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28（4）：32-34.