基于物聯網探究開放式實驗室管理系統的設計

陳志椿

(陽光學院 創新創業教育中心,福建福州 350015)

開放式實驗室在高校人才培養中具有重要的作用,不僅僅能為學生創新化實踐提供有效的支撐,也能建構完整的教學條件和環境。但是,開放式實驗室自身的特殊性決定了學生的學習時間不固定、儀器設備不固定等。因此,需要借助物聯網對實驗室進行創新化管控,提升實驗室設備和人員管理的效率,建構更加系統且有序的運行管理機制。本設計借助校園一卡通平臺及實驗室原有的工位布局增設檢測裝置,通過整合數據,實現預約以及動態化管理。

1 物聯網背景下開放式實驗室管理系統設計過程

1.1 網上預約平臺

網上預約系統管理平臺,采用了BS架構開發,利用.NET技術和Sqlserver數據庫進行系統的開發,應用軟件系統既為用戶提供了一個簡單易用的瀏覽界面,也為管理員提供了一個通用的、友好的、易擴展的管理界面。因為預約系統是運行在服務器上,所以所有用戶無需安裝和繁瑣的配置,只需用戶登錄及可以完成管理個人信息、新增預約選項等。開放式實驗室管理系統,利用工位預約的方式完成實驗室常規化管理,具體設計結構可以分為軟件測試區和硬件測試區。學生可以借助系統進行信息查詢,并且預約工位,時間方面會有固定選項,從而實現開放性實驗室的動態化管理,真正提高了實驗室使用效率[1]。

1.2 門禁控制系統

門禁控制系統主要是由計算機、門禁管理軟件、門禁控制器、門禁讀卡器、發行器和感應式卡片組成。門禁管理計算機主要是承載、運行系統管理軟件。IC卡發行器負責卡片發行、檢測等功能。門禁控制器作為識別用戶卡片,判別卡的合法有效性,并作出相應的控制,如開啟門、報警等,同時將有效讀卡數據存儲。感應式智能卡片是承載信息的載體,對卡片的讀寫操作需多重密碼認證。門禁讀卡器是連接卡片與控制器所的橋梁。

在實際設計項目中,門禁卡的設計借鑒了身份卡的設計理念,對學生進行有效的授權,確保學生能在固定時間范圍內進入到實驗室中。這種方式最大化的減少了工作人員的工作強度,能為學生提供更加便利化的運行機制和服務。設計參數的項目中,不僅要對卡號、學號、姓名以及卡片有效日期等基礎性信息進行授權設計,也要對數據進行及時性讀取,并且保證在規定的IP地址內,端口號、原機號都能滿足Tcp/Ip的通訊需求[2]。只有保證相關信息讀取成功,才能進行有效的管理數據讀取和處理。實驗室管理系統的查詢功能、預約功能以及預約工具等都能對數據進行實時整理和匯總,形成使用人數數據庫、使用人員分布數據庫、使用時間數據庫等。借助門禁卡能有效落實自主性管理機制,確保開放式實驗室常規化工作的整體效率。

2 安全管理系統設計

2.1 實驗設備安全

開放式實驗室管理系統中建立了設備安全管理檢測體系,主要是借助RFID管理機制實現物聯網技術和視頻監控技術,能對重要的實驗室器材和設備進行監督管理,保證實驗室設備的安全性和完整性。管理人員會在設備上粘貼RFID標簽,并在實驗室門口安裝對應的非接觸式讀取裝置,當貼有標簽的實驗室設備被帶離實驗室時,安裝在門口的感應裝置就會報警,并且能同時啟動視頻監控系統,對人物像特征進行采集,一定程度上保證設備的安全性。這種基于物聯網的自動化管理系統,能在優化常規化管理效果的同時,確保設備管理水平得以全面升級,且整體管理水平更加貼合實際需求。

2.2 實驗環境安全

借助ZigBee無線傳感網絡智能控制模塊對實驗室內不同項目進行系統化管理,利用的是無線傳感器節點和電器控制節點等,能有效維護節點采集前端數據的過程,并且整合相關信息應用智能化網絡提升信息管理系統平臺的有效性和實際價值。管理人員要借助PC端或者是移動設備遠程登錄信息管控平臺端對實驗室內的溫度、濕度、CO2/O2濃度、煙霧檢測參數等予以實時觀測,對于異常情況能及時處理。在系統中還具備遠程控制項目,能對插座、空調、投影等進行同步控制,實現智能化管理的目標。之所以能實現信息的實時收集,主要是借助智能網關技術,能對不同信息協議進行分析,有效判定相關登錄效果和處理實效性,維護關系結構的有效性。在智能網絡體系中,能將管理人員和實驗室設備之間建立相應的關系,確保控制單元能發揮其實際價值,在數據讀取、指令發送以及設備無線通信的基礎上,保證運維管理效果的有效性[3]。

3 優化網絡資源庫

3.1 研發軟件

為了有效發揮開放式實驗室的功能和優勢,高校要將創新化管理機制和實驗室控制體系結合起來,并引導學生積極參與ACM項目,從而真正提高學生的綜合實踐能力和創新水平。借助開放式實驗室對學科和競賽訓練體系進行了深度研究,研發程序設計測評系統的相關界面,借助C語言和程序設計模塊能有效判定相應的數據結構和算法體系。另外,ARM網關開發也是能實現嵌入式編程能力的重要路徑,能借助Linux操作界面對系統相關庫的移植和服務器端信息處理提供保障,滿足服務端設計要求,落實軟件開發的基本目標。

3.2 續借模塊

在開放式實驗室常規化管理工作開展的過程中。要充分有效使用儀器設備和工具,維護不同輔助材料的同時,有效引導學生應用具體途徑對設備進行預約借用。低值物品的預約,例如低值器件、模塊、工具等都是低值易損耗的物品,學生可以進行預約續借,在借用期間需要登錄系統進行登記。這能滿足一些沒有預約到工位的學生,并且也能有效緩解開放式實驗室工位緊張的問題,一定程度上拓展了實驗室基礎性空間。貴重實驗器材的預約,有效落實系統化使用機制和管控措施,確保學生能按照標準化要求完成相關工作。尤其是加工多功能設備,都是較為重要的實驗室固定資產。學生可以登錄系統對工位設備進行預定預,并作好相關記錄,確保實驗室學習工作開展的有序性和完整性。

4 結語

總之,在物聯網時代開展開放式實驗室項目能有效提高管理實效性,為后續常規化管理升級提供保障。今后,更加智能化的實驗室開放管理系統一定會日益發展。在開放式實驗室中,學生發揮其創新能力,充分借助實驗室設備和相關資源,來提升自己專業能力水平,這就是開放式實驗室管理系統發展的初衷。

[1]張歡.基于物聯網的開放式實驗室管理系統的設計[J].湖南造紙,2015,(03):41-43.

[2]林麗芝,許發見,丁強,等.物聯網及無線定位技術在物證管理中的應用[J].山西警官高等專科學校學報,2013,(03):73-76.

[3]吳萍,高興茹.基于物聯網技術的開放式物理實驗室建設[J].科技視界,2016,(09):89-89,97.