基于物聯網技術的實驗室設備管理系統設計

摘要：軍隊院校實驗室教學科研設備種類繁多、存放地點分散、而管理人員相對不足，傳統的資產管理方式已經很難適應管理需要。為了提高實驗室設備管理的效率，保護設備的安全與完整，防止資產流失，提出了一個在實驗室設備管理中引入物聯網技術的總體解決方案，并給出了其中主要的軟硬件的具體設計方法。

關鍵詞：RFID技術；物聯網；實驗室設備管理系統

1 概述

軍隊院校實驗室是進行教學實踐和科學研究的場所，是培養學員動手能力、提高知識運用和創新能力的重要基地。一個院校的實驗室規模和水平在一定程度上代表著一個院校的科研水平和院校層次。實驗室的管理的重點是實驗設備管理，院校實驗室實驗設備具有價值高、數量多、使用周期長，使用人員多而導致使用地點分散、管理難度大等特點。

目前，軍隊院校實驗室管理主要存在以下一系列的常見問題：

1）信息系統自動化程度還較低，大多采用設備卡片或者紙質標簽，標簽表示的設備信息不夠全面，更新非常困難。

2）設備信息管理繁瑣，新采購的實驗設備入賬每次均要通過大量的手工操作進行分類登記，工作繁重，而且容易出錯。

3）小型儀器設備容易丟失，不能對實驗設備實時查詢、動態跟蹤監管和安全監控，監督和控制較難進行，影響了教學實踐和科研活動的開展。

4）大型儀器設備的維護較困難，大型儀器設備的許多技術參數和配置信息很難管理。參數和信息記錄在數據庫表或者電子文檔里面，增加了維修維護成本。

針對目前軍隊院校實驗室設備管理現狀，可將物聯網技術引入到設備管理中，從而提高實驗室設備管理效率，降低管理人員工作量，實現對設備的跟蹤追溯，有效防止資產流失。

2 物聯網技術簡介

物聯網（Internet of Things，IOT）：即“物物相連的互聯網”。從實現方式來講，物聯網是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。在這個網絡中，物品能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預，其實質是把所有物品通過信息傳感設備與互聯網連接起來，實現物品的智能化識別和管理，提高資源利用率和生產力水平。

3 以物聯網技術為基礎的實驗室設備管理系統設計

3.1 系統框架設計

基于物聯網技術的實驗室設備管理系統以滿足軍隊院校實驗室設備管理實際應用為中心，依據物聯網建設一般應用模式，充分考慮系統模塊的可重用性和可擴充性，建立硬件和軟件平臺相結合的設備管理體系，系統建設整體架構設計主要分為三層架構：感應層、中間層和應用層。

感應層：主要是完成設備信息的自動識別、收集、過濾和傳輸。根據管理需要將電子標簽粘貼在各類實驗室設備上，根據應用需求合理部署固定式讀寫設備和PDA設備，并通過空中接口將觸發的標簽信息傳輸到相應的設備，實現物理設備與標簽間的連接，以及標簽數據自動識別、獲取、過濾和傳輸。感應層還可具體劃分為感應部署層和感應接收層。

中間層：是RFID應用系統的核心功能之一，也是功能較為復雜的公共系統應用平臺。中間層建立在現有通信網絡數據傳輸基礎之上，其核心功能就是提供一個異構的RFID硬件、數據格式和業務管理軟件之間動態自適應無縫連接環境。

應用層：主要強調RFID在設備管理的應用模式。系統采用應用軟件與中間件平臺之間的標準接口和規范實現基于SOA的動態業務集成與組裝，實現對設備的清點、定位、跟蹤、統計及報表等功能。

3.2 系統硬件部分集成設計

實驗室設備管理系統硬件部分主要包括電子標簽、RFID讀寫設備、數字校園平臺、AP和服務器等部分。對實驗室的每個設備用RFID標簽進行唯一性標識，在實驗室和關鍵通道安裝固定式RFID讀寫器：把固定式讀寫器安裝在實驗室中心內頂，靜止讀寫器安裝在實驗室入口處，每個RFID讀寫設備對應著相應的房間號或一定區域。集成視頻、溫濕度、煙感監控和門禁、生物傳感、各類報警設備等硬件，統一傳輸協議標準，集中采集數據，創設全時全區域的監控環境，當帶有RFID標簽的實驗設備進入到某一實驗室或特定區域，就會被該位置的讀寫設備所識別，并把讀寫設備內碼和標簽內碼通過有線校園網傳送至后臺服務器，服務器根據接收到的信息即可自動跟蹤每一臺設備的位置，某些設備超出特定區域進行報警。服務器主要用來運行相應的軟件系統，PC機是終端機來進行查看。RFID讀寫設備用于讀取和修改標簽信息已經是比較成熟的物聯網相關設備，讀寫器可以分成固定、靜止和移動三類。固定讀寫設備主要用于設備盤點和位置移動監控；靜止讀寫設備大多放置在出人口處，對出入實驗室的設備進行檢測，同時，可以將檢測到的信息發送至設備信息顯示屏幕和報警提示燈，這樣經過出入口處的設備信息會同步顯示，也可以根據設置好的報警觸發條件對未授權的設備移動進行報警，保證資產安全。移動手持讀寫器，應用于對設定的特定區域的設備局部盤點、設備狀況核查驗證，如：核查計算機硬件配置與設備管理數據庫中的信息是否一致；設備上下架確認；設備標簽信息修改等。根據本系統的實際情況和應用需求，本系統設計選用三類RFID讀寫器組合使用。固定式的安裝在實驗室內頂處，靜止式的安裝在實驗室入口處，手持式PDA主要進行特定區域的設備的局部盤點。

3.3 系統軟件設計

3.3.1軟件總體架構

實驗室設備管理系統建設主要包括應用系統、中間件系統、PDA輔助管理系統、后臺數據庫管理等幾大部分。通過在WEB服務器上運行應用系統，提供實驗室設備管理信息平臺，系統的各類用戶在辦公區通過瀏覽器進行實驗室設備管理的信息處理。

由于本系統的業務協同復雜，信息服務多樣，如果僅將業務需求分散為許多的業務小塊，塞到各個軟件模塊之中，這樣使得業務處于一個從屬于技術和模塊之下的位置，業務和技術緊緊地捆綁在一起。這樣的系統存在兩個問題：首先，業務需求的變化較大時，現有的技術難以適應，難以在現有系統上擴展，往往會導致把系統推倒重新開發；其次，應用的技術一旦被淘汰，其實現的業務服務也會跟著被淘汰，且難以快速切換到其他新的技術。因此，系統采用面向服務架構來設計和實現本軟件系統。基于SOA的軟件系統解決了為快速適應新需求而對現有服務所產生的影響.使系統具有很強的可互操作性、可重用性和靈活性，當技術發生變更時，只要服務接口不變，對現有的服務影響不大，對系統的影響能降到最低。

3.3.2軟件功能模塊

根據系統用戶需求分析，應用軟件應具備基本信息錄入功能，設備基本信息、狀態查詢功能，設備增加、刪除及清點功能，用戶管理、數據備份功能以及統計功能。實驗室設備管理系統的具體功能如圖1所示。

4 結語

物聯網技術是一個信息技術發展的一個新方向，基于物聯網技術的實驗室設備管理系統是利用該新技術改造傳統管理方式的一個嘗試。本文設計了一個基于物聯網技術的實驗室物品信息管理系統，經初步測試表明，系統功能可基本實現，未來將繼續進行軟件詳細設計。

參考文獻：

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[2]盧磊.基于J2EE的高校資產管理系統的設計與實現[J].電子設計工程，2O11，l9（2）.

作者簡介：王婧（1982.06）女，民族：漢族，籍貫：廣西省桂林市，職務：教師，職稱：講師，學歷：本科，研究方向：項目管理，單位全稱：95795部隊。