開放型實驗實訓室管理系統設計

孟磊，張巖

（西安職業技術學院，陜西 西安 710077）

引言

目前高等院校中多數實驗室還是傳統人工管理模式，由專業課教師兼職管理實驗室，任課教師在上課前聯系實驗室管理員借用鑰匙開門，使用完成后再由實驗室管理員對設備進行檢查，人工填寫使用記錄[1-2]。使用過程中儀器電源全部通電，不僅浪費電能還有安全隱患[3]。這種傳統的管理方式需要使用人員高度負責，并且人為因素影響很大。通常實驗室管理員屬于專業課教師兼職管理，如果某個時間管理教師此時段沒有課程安排，則難以完成鑰匙的及時交接，以及對每個實驗室進行檢查。因此需要建設信息化的智能開放實驗室[4]。

1 智能開放型實驗室建設方案

在我院機電工程系工科類實驗室，多屬于電氣類實驗室，目前新實驗室建設均引入互聯網按照一體化實驗室進行建設[5-6]。將實驗室對外開放，以提高實驗室的使用率[7]。但是開放產生的相應問題，需要建立一套智能化開放實訓室管理系統。實驗室對外開放，開放過程中將遇到人員安全、用電安全、設備的安全問題，同時還需要健全開放實驗室的管理制度。利用信息化手段建立開放型實驗室管理系統，主要方案是設計手機端APP實現實驗室預約使用登記[8]、實驗室課表及相關信息的推送、使用OpenCV編程實現人臉識別門禁，考勤系統，所需主要硬件如表1所示。并且鼓勵有興趣的學生參加相應的社團，選拔成員對開放型實驗室進行協助管理，對師生進行教學、競賽、科研的全面開放。

表1 硬件設備表

1.1 智能安全預警功能

目前已有許多院校已經建立了實驗室管理信息系統，進入實驗室普遍采取刷卡門禁系統，管理員或上課教師需要攜帶專用的門禁卡。這和使用鑰匙有一定程度的改進，避免了申請和歸還鑰匙的麻煩，采用電磁門禁系統進行管理，而且可以記錄刷卡進出的時間，但是這種門禁系統主要適用于企業、社區，僅能設置使用時限，授權后的卡片往往未關聯使用者身份信息，難以實現對使用人員考勤管理。而實驗實訓室，既要確定使用者身份信息又要分時間段進行控制，因此一般的門禁系統還不能完全適用，在手機客戶端APP編寫程序，采用攝像頭智能視覺系統識別使用人員身份信息，并按照申請使用時段具體情況才能打開電磁門鎖，電磁門鎖通過WiFi模塊遠程收發指令，進行開關控制操作，如圖1所示。

圖1 智能門鎖

需要借助視頻監控系統。在開放式實驗室管理系統中，確保監視無死角在室內安裝多個角度的數字攝像頭。設計使用OpenCV實現室門和窗戶區域的入侵實時監測，并進行標記通過網絡第一時間向管理員發出安全報警信息，從而保證實驗室的安全運行，可實現人臉識別對使用人員身份進行識別并標記，和智能入侵監測當發現門窗有人異常入侵進行標記報警。如圖2所示。

圖2 遠程智能門禁安防系統

1.2 遠程控制

設計在總電源端設置無線遠程WiFi空氣開關，編寫安卓手機端APP，對空開、插座、照明、門鎖收發不同的開關指令代碼進行遠程控制。攝像頭檢測到室內無人使用狀態下延時一定時間后，自動發送指令控制總電源空開的斷開。管理員根據管理服務平臺通過網絡給各個遠程電源控制端發送不同的指令，進而控制各個實驗室的各路電源設備的通斷，并返回執行結果，接收并顯示當前數據狀態信息，實現對實驗室分路電源的智能化控制，實驗室計算機設備使用申請及狀態顯示界面如圖3所示。

圖3 遠程控制預約申請

1.3 開放預約

實驗室還可以面向各項競賽進行開放，實驗室管理員使用遠程APP客戶端對申請使用人員進行審批，審批通過后由APP進行信息推送顯示在申請者手機上。

成立科技創新學生社團，設置培訓部、管理部、發展部。管理員將申請數據匯總，發展部對申請者進行篩選錄用，由培訓部高年級學生組織一學期的基礎知識培訓，為成員提供專業基礎知識培訓，有“電子技術基礎教學”“PLC實驗教學”、“仿真平臺設計教學”、“機器人編程教學”等，為會員提供參加電子制作、機器人技術相關技能大賽的機會。在第一學期末進行考核，管理部根據學生掌握情況分配到不同指導老師競賽或科研項目中。由管理部成員組織維護包括計算機硬件維護，軟件維護，系統維護，各類儀器設備。安排成員每天輪流值班，協助實驗室管理人員共同管理，為申請使用實驗室的師生做好后勤保障。

發展部可在考核過程中學生學習積極性不高，進行人員替補，并督促學生學習。使用過程中管理員在手機端利用室內視頻系統對參與人員進行考勤，如圖4所示。

圖4 室內監控

開放的工業機器人實訓室為學生、教師競賽等提供實驗設備和訓練場地。實驗室經過一段時間的開放，師生利用實驗室課余時間的開放使用，使用實驗室提供的網絡和設備在參加了兩屆信息化教學大賽，以及省級工業機器人技術應用賽項和國家級制造單元智能化改造與集成技術賽項均取得了多項成果，如表2所示。

表2 實驗室開放取得成果

2 結束語

對實驗室進行全面開放，可進一步提升理論和實踐教學的有機結合，實現學生自主學習，自主創新，為學生提供平臺和空間，開放過程需要加大精細化、信息化建設的步伐，健全網上管理服務系統，實現集網上申請預約、遠程考勤、自動簽到登記、實驗項目公開等集約化服務的開放實驗室管理服務平臺，實行數字化管理。