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物联网实验室实用13篇

物联网实验室
物联网实验室篇1

自2009年8月总理提出“感知中国”这一物联网建设议题以来,物联网技术连同其在各个领域的应用受到了人们越来越广泛的关注。物联网,被誉为是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息化产业的浪潮。作为互联网、移动通讯网等应用的增长点,将会大大促进信息化的应用,不仅仅可以提高经济效益,还可以为国家的经济发展提供技术动力,为产业行业开拓了又一潜力无穷的发展机会。随着信息技术和物联网的发展和普及,物联网涉及各类产业和人们生活的方方面面,将大大提升互联和智能方面的特性,使实现智慧地球的梦想成为可能[1-2]。物联网技术在高校实验室管理中的应用,综合运用了现均已趋成熟的RFID、WSN技术、智能技术、纳米技术等知识,将实验室中的所有物品,包括仪器设备、办公用品、实验耗材、实验环境、实验人员等,与网络连接起来、与移动信息网连接起来,真正实现实时的远程控制,物联网技术的新时代必将为人们带来生活上、工作上的全新体验[3]。

1物联网技术概念

“物联网”技术是指通过RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按照约定的协议,以有线或无线的方式把任何物品与互联网连接起来,以计算、存储、分析等处理方式构成所关心事物的动态和静态的信息知识网络,用以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[4]。物联网的用途非常广泛,遍及城市管理、数字家庭、定位导航、现代物流管理、食品安全控制、零售、数字医疗、防入侵系统[5]等诸多的领域。

2高校实验室管理现状

高校实验室管理目标可以分为安全性、高效性、精确性、经济性、便捷性等。目前,高校实验室管理最常用的方法还是主要依赖于相关实验管理人员的定点管理以及实验室制度规章的硬性约束这两大措施,而这需要大量的实验室管理人员并投入巨额的维护经费,通过在实验室管理中应用物联网技术可以大大降低人员费用的开支。

3基于物联网技术的高校实验室管理方案

3.1建立中央处理单元

中央处理单元是整个系统的核心,它要能提供强大的数据分析和处理功能,在以下各个模块间起到桥梁的作用,能将各模块的信息进行实时交换、处理、分析并反馈。通过物联网及其他专业技术将实验室中各仪器设备与中央处理单元相结合,便可实现实验室管理员与仪器设备之间的人机互动:管理员可对仪器设备进行信息更新、维护安检、使用预约以及过程监控等操作;仪器设备也可向实验室管理员报告其实时运作状态、环境安全等。

3.2建立设备管理模块

为有需要的仪器设备安装一个RFID标签,相当于赋予每一台设备一个“身份证”。通过读写装置可以非常方便地读取设备的详细信息,例如,名称、规格、型号、生产厂家、经销商等;还可以通过读写装置写入需要添加的内容,例如,单位、实验室地点、注意事项等。另外,设备的维修保养是相当重要的一个部分,可以随时通过中央控制单元或便携式的读写装置将设备的维修记录详细地标注在RFID标签中,需要时便可十分快捷地获取到维修信息,并且,通过设置中央控制单元,可定期定时地提醒管理人员对仪器设备进行检修。由于每次巡检和维护的结果都记录存储于芯片而且这些信息是不能够随意更改的,这就可以避免如果出现和实验设备相关的责任事故,不能明确人为责任还是设备责任的问题时,使实验设备日常维护工作变得有据可查[6]。设备管理模块大大简化了繁重的入库和检修工作。

3.3建立物资管理模块

实验的进行常常都伴随着实验物资的大量消耗,通过设计相应的物资管理模块,通过传感器等检测装置,一旦实验室中某种物资的存储量低于系统设定的最低值时,该模块将信息传递给中央处理单元,中央处理单元再通过移动网络发送信息至实验室管理员的智能手机、平板等移动终端上,内容包含该种存储物资的剩余数量及所需数量等,以方便实验室管理员及时添加物资或向商家发出补货订单。

3.4建立过程监测模块

实验的顺利进行需要实验人员的正确操作,但实验过程中,往往由于粗心大意等原因造成不可估量的损失,这在电子教学实验室中尤为常见。大量专业知识匮乏的学生经常会因错误的操作造成实验仪器的损坏,例如,过载、欠压等。通过实验监测模块,实验指导者可预置必须要用到的实验元件,如热继电器,通过比较实时操作与预置的情况是否一致,该模块一旦检测到实验人员在实验过程中未接入该元件或连接错误时,会自动断开使电路无法运行避免造成仪器损坏,并将信息反映给实验指导人员,方便找到错误原因且及时更正。这将大大提高仪器设备的使用寿命,省去大量的维修及购买经费。实验过程数据可以被实时采集并以适当的方式提供给实验者,实现实验教学的数字化、网络化与智能化[7]。

3.5建立人员监测模块

确保进入实验场所人员的安全有序是实验室管理的重要环节。在实验室入口处安装一个固定的RFID射频阅读器,并给相关的师生配备一个电子标签(电子标签可进一步设计与校园一卡通集成),这样一来,当师生进入实验室时,阅读器便会非常方便地读取该人员的基本信息,例如,姓名、学号、联系电话等,同时相关信息也将通过物联网发送至中央处理单元登记存储。若需要相关考勤的记录,便可通过中央处理单元调用数据库中的记录,非常快捷的导出考勤表等详细内容,省去了大量烦琐的签到工作。而该模块一旦监测到非授权人员擅自进入实验室时,便可立即发出警报并发送信息至实验室管理人员的移动终端,管理员便可第一时间采取应对措施,这对于需要重点保护保密的实验室有非常好的效果。

3.6建立环境监测模块

不少实验室对于实验环境有着不低的要求,而环境监测不光可以帮助实验顺利进行,还可以在出现安全问题,如火灾、漏气等情况时第一时间启动应急措施。环境监测模块可以安装温度、湿度、气体、光电传感器等,并与110联网,通过中央处理单元的反馈,中央处理单元或实验人员即可做出相应的控制。而该模块一旦监测到实验室出现火灾、漏气等险情时,中央处理单元将立即启动消防系统并报警,同时发送信息至实验室管理人员的移动终端,使安全问题在第一时间得到有效控制。

4结束语

本文通过构建一个基于物联网的模块化设计实验室管理平台,来实现高校实验室内的硬件管理、人员检测及安全监测等内容,该系统可以较好地改进高校在实验室管理中存在的信息化程度低、管理工作繁重复杂等问题,对于高校智能实验室建设具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]黄峥,古鹏.物联网实验室建设研究与探讨[J].实验技术与管理,2012,29(2):191-195.

[2]朱勇,张昕明,王宁.基于射频识别技术的物联网专业综合实验研究[J].实验技术与管理,2012,29(6):17-19.

[3]ZORAIM.FromToday'sInternetofThingstoaFutureIn-ternetofThings:aWirelessandMobilityRelatedView[J].IEEEWirelessCommunications,2010,1536-1284:44-51.

[4]杨刚,沈沛意,郑春红,等.物联网:理论与技术[M].北京:科学出版社,2010,5.

[5]徐迪威,蔡建新.物联网及其应用剖析[J].计算机工程与应用,2011,47(15):229-231.

物联网实验室篇2

近年来,大数据、物联网、人工智能等新兴技术在高等学校的不断深入应用为学校教育教学带来了深刻变革,数字校园、智慧校园建设取得了突破性进展。长江师范学院实验室建设过程中,以“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念为指导,按照“智慧感知、服务教学、开放共享、科学决策”原则,以物联网技术应用为基础,以实验室管理改革为重点,以实验室开放共享为目的,通过实验室开放管理平台、实验室信息化综合管理系统和智慧门禁系统建设,实现了信息技术对实验室管理的支撑,促进了学校教育教学改革和发展。

二、实验室建设和管理中存在的问题

以长江师范学院为例,学校在实验室建设和运行中发现,当前的实验室管理过程存在如下问题:实验室建设各自为政;实验教学定时、定点、定内容、定辅导教师,个性化程度低;学生自主发展和实践锻炼的实践、空间和资源有限;实验教学质量评价机制不健全,不能有效调动师生的积极性。这些问题严重制约实践教学体系和创新教育体系建设。结合学校信息化工作开展和以上问题的实际,学校在《长江师范学院事业发展“十三五”规划》明确提出“大力实施信息化战略,加快教育现代化进程”,部署了“优化信息化环境”、“推动教学模式创新”、“实现管理信息化”等3项重大工程,着力推进教育资源和教学环境信息化建设、信息技术与教育教学深度融合、治理体系现代化与信息服务能力同步提升。在这样的背景下,打破实验室建设、管理、使用壁垒,打造基于信息化环境的开放实验室,是建设高水平应用型大学的必然要求,也是培养高素质应用型人才,提高学生实践动手能力、科学研究能力和创新能力的客观需要。

三、建设实验室开放管理平台可行性分析

1.体制机制保障为保证实验室开放建设工作的开展,在学校网络安全和信息化领导小组的统一领导下,教务处、资产管理中心、信息化办公室、各二级学校实验中心各司其职,分工协作,明确责任,对项目中提出的各项任务、重大决策与总体部署进行落实。通过开展实验室开放平台建设调研,定期召开建设工作会,探索实验室开放平台建设机制与应用模式,统筹协调实验室开放平台建设实施,开展实验室开放宣传普及与人员培训。

2.实验室开放建设经费保障依托学校智慧校园建设的经费投入,采取自筹、合作、项目申报等形式获取各级财政支持,按照边建边受益、分步实施的原则投入。形成良性的、循序渐进的资金投入机制,实验室开放建设持续稳定。

3.实验室开放平台政策保障建立校级领导研究实验室开放共享管理工作机制,确保实验室开放建设的规范运行。编制《长江师范学院实验室共享管理平台项目实施方案》,出台《长江师范学院贵重仪器设备管理办法》《长江师范学院仪器设备管理使用规程》《长江师范学院信息化数据管理办法》《长江师范学院信息化项目管理办法》等规章制度。为提高实验室开放建设使用成效,教务处、信息化办公室、各二级学院对教师、学生、试验室管理人员开展培训。

四、实验室开放平台架构

1.实验室开放平台架构基于物联网技术的实验室开放平台搭建,需对实验室人员、仪器设备、环境设施等有效感知识别,将视频监控、图像识别、人脸识别、门禁系统、传感器采集、电源控制、无线网络传输、RFID射频技术、实验管理等技术融合应用,实现考勤签到、环境监测、视频监控和远程控制于一体的实验室开放平台。实验室开放平台架构主要由实验室监控系统、实验室门禁系统、实验设备在线预约系统、实验设备综合管理系统、实验课程综合管理与分析系统等组成,如图1所示。(1)实验室监控系统实验室监控系统由视频摄像头、红外传感器、GIS定位等组成,负责采集实验室场地视频数据,实时对实验室监控、录像、视频动态感知、网络联动、存储、备份、画面分组等。是实验室安全监控、采集、存储重要保障,实现实验室安全预警。(2)实验室门禁系统实验室门禁系统充分融合学校统一身份认证,拓展校园卡(码)功能,运用IC卡射频、人脸识别、指纹密码、智能门禁终端、门禁控制器等,实现实验室人员进出权限控制的有效管理。门禁系统与监控系统有效结合实现实时对实验设备电源开启关闭和实验室视频监视,验证并保存记录实验室人员进出情况、实验室内部设备操作过程。(3)实验设备在线预约系统实验设备在线预约系统实现无人值守实验设备在线预约和管理。包括用户管理、权限管理、仪器管理和各类数据的统计分析,对实验室的仪器进行授权使用,对实际运行数据进行采集、监控和分析;管理者可通过统一身份验证进行成员管理、在线预约管理、授权管理、送样审批管理等管理工作。(4)实验设备综合管理系统实验设备综合管理系统实现实验仪器相关基础信息维护、授权维护、授权时段、预约规则定义、收费管理和成果与绩效的管理等。包括仪器管理、仪器计费管理、成果管理和绩效考核。(5)实验课程综合管理与分析系统实验课程综合管理与分析系统实现对实验仪器设备使用人员的基本使用规范的控制,监控实验过程,查询仪器存放位置,保证仪器设备使用安全。包括用户授权与经费、培训、预约等多方面进行关联,系统管理员实现对贵重仪器的实时监控,整合仪器信息与仪器分布地理信息,通过GIS地理监控程序在网页浏览器上对仪器所在楼宇的地理信息进行直观展现,项目成果与仪器的使用同步关联,实时汇总绩效考核信息与结果,自动生成仪器使用情况表等功能。

2.实验室开放平台关键技术方法(1)仪器设备管理控制开放实验室核心端是仪器设备管理控制,按照预约的规则开启和关闭,显示设备信息、使用状态、监控等。采用ZigBee协议无线传输,控制电源、读卡器等,实现刷卡对多台仪器或同一仪器多个组件进行同时控制。通过物联网路由器接入到校园网中,实现与管理平台软件的数据联通。考虑某些大型实验设备是强电压,仪器设备管理控制端,控制电流不低于30A,电压不低于380V。在网络出现脱机情况下,控制器仍能够根据存储信息进行访问控制。(2)ZigBeeZigBee无线通信技术是基于蜜蜂相互间联系的方式实现开放实验室控制平台、网络传输、传感器控制等通过互联网通信与服务器、计算机(或终端)相连接。ZigBee无线通信技术是基于IEEE802.15.4无线标准,具有传输数据流量小、组网安全和GPS功能等特点。作为开放实验室的无线通信技术选择,ZigBee可实现对传感节点网络的组建和实验设备的定位。(3)数据共享开放实验室平台建设与学校其他应用系统对接、共享是智慧校园(数字校园)建设中最重要的技术和管理问题,需要与校内人员信息、课程平台、统一资源库、校内视频监控系统、一卡通系统、财务系统等对接,实现统一身份识别、监控统一管理、报账结算和资源集中管理。数据共享要解决几个关键问题,即数据标准的规范、中心数据库设计、数据同步和对异常数据的处理。

五、实验室开放平台运行效果

1.改变实验室管理模式通过实验室开放管理平台的建设,把原来各二级学院分散的管理转变成学校集中统一的管理,实现实验项目开设中除专业培养方案、课程教学大纲中要求的集中实验项目外,教师、学生可自主申请开设和验证实验教学大纲外的实验项目,拓展了学生的学习资源和空间,有效调动了师生进入实验室的积极性,推进了实践教学体系和创新教育体系建设。

2.数据分析支撑实验室管理实验室开放平台可监控实验室实验过程,查询仪器存放位置,保证仪器设备使用安全,如图2所示。通过GIS地理监控程序在网页浏览器上对仪器所在楼宇的地理信息进行直观展现,如图3所示。项目成果与仪器的使用同步关联,实时汇总绩效考核信息与结果,自动生成仪器使用情况表。

物联网实验室篇3

一、物联网概述

物联网的概念最初在1999年提出:即通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之,物联网就是“物物相连的互联网”。

二、实验室管理现状

(一)实验室管理人员偏少,工作任务重

目前,在院校的实验室里,技术和管理人员比较匮乏,但是实验室内往往设备数量比较多,造成实验室管理人员的任务繁重,而且随着技术的不断发展进步,实验室管理人员没有进行相应补充,带来了管理过程中的诸多矛盾出现。

(二)实验室设备利用率低,闲置时间长

实验教学基本都是依托其他理论课而存在,属于某些理论教学的附属品,实验室的建设没有统一规划,实验室的建设缺乏长远意识和全局建设观念,导致整个院校的实验设备购买出现重复购置,造成诸多人力、财务、物力的浪费。而且有些专业人数较少,无形中造成大量设备的闲置。

(三)实验室资源共享率差,资源浪费多

随着科技的不断进步,越来越强调专业之间的相互渗透、相互交叉,进而培养学员的综合能力和创新能力,以适应现代社会对各种人才的需求。但是实际上,各个专业的实验室是相互独立的,其设置的实验内容往往也只是针对本专业学员,而各个专业的实验室之间基本是没有进行过多的联系和沟通,这样显然无法实现相互之间的资源共享,也无法满足学员综合素质及创新能力提升的需求。

(四)实验室安防手段不足,安全风险高

目前在很多实验室内,初进实验室的管理人员没有经过严格的实验室安全方面的相关培训,安全意识淡薄;或者是有经验的实验人员在刚开始工作时会格外小心注意,但随着时间的推移又会出现思想懈怠的情况;部分实验室电子设备因为使用频率很高或使用不当常常引起故障。

三、基于物联网的实验室信息化管理模式

物联网能够实现对整个系统内的人员、设备进行有效整合,对其进行实时的的识别、定位、跟踪、监控以及管理等功能。具有全面感知、信息传递、智能处理等特点。

基于物联网的实验室管理对象主要包含:一是实验室的使用人员;二是对实验室的物品设备;三是实验室使用时的相关事务。在实现的过程中,首先对人员和实验室内的相关物品、设备根据各种属性的不同,配置相应的标签和传感器,并安装识别设备,同时将信息接入网络,由数据处理中心进行处理。在实验楼建立管理中心,实现对各种信息的采集和,开发中央处理系统,实现人员管理、网络管理、设备管理、实验过程管理及安全管理等。

四、物联网在实验室信息化管理中的应用

(一)使用人员管理:(1)教员评估。利用物联网的终端对教学过程中教员的教学行为进行信息采集,全方位对教员在整个教学过程中的表现进行监控,包括教学方法手段的应用、教姿教态、教学互动等;(2)学员管理。在实验室门口放置RFID读取器, 同时给每个学员配备RFID标签,中央管理系统会自动感应信息,统计学员的出勤情况,教员可通过网络查询学员出勤率、课堂学习信息等获知学员的考勤情况。利用传感技术感知学员活动信息,并将采集到的信息通过网络发送到中央管理系统,通过系统可以查询学员活动,另外,通过在实验室内部署传感探头,教员可以通过终端查看学员的听课情况、课堂纪律情况、考试监控等。

(二)设备物品管理:(1)实验设备信息管理。利用RFID系统系统对实验设备进行管理,在实验室的出入口安装固定读写器,对每一台进出实验室的设备进行自动读写,同时用电子标签将其基本属性和帮助信息等内容存储起来,通过阅读器即可方便地获取实验设备的基本信息并可通过网络进行管理;(2)实验物品信息管理。保持实验室内的消耗物品充足是实验室能正常使用的基本保证之一。基于物联网技术的实验物品管理可以对实验室内的各种实验物品数量进行实时监控,一旦发现物品数量不足,即自动进行网络订购,不需人工管理即可保证实验室内有充足的教学实验物品。

(三)教学管理。通过物联网技术在教学信息化中可以实现校园教学资源共享,引导着学员主动性学习。学员在实验室内进行操作实践的过程可以被物联网全程记录。教员可以通过终端对学员的整个操作过程进行跟踪,如果学员在操作过程中有什么问题,教员可以随时进行辅导和纠正,并通过记录视频对加深学员对错误操作的认识,提高学校效果。

(四)环境管理。在物联网的条件下,可以在实验室内安装感知光线的传感器,管理员通过传感器的反馈信息,根据不同需要调节室内光线明暗程度,以满足教学需要。通过在各种设备上安装传感器,管理员可按照实验室的安排,在系统中设定实验室内投影仪、计算机、空调、电灯等各种设备的开启和关闭时间。

(五)安全管理。通过物联网技术可以对实验室内相关物品和设备进行追踪定位,从而掌握这些设备物品的情况,防止一些有毒或贵重的实验用品被教员和学员带出实验室。物联网的门禁管理系统,可以对实验室使用人员进行有效管理,可以记录使用人员是否在实验室出入的相关信息。通过门禁管理系统,可以防止外来人员进到实验室,保护整个实验楼的安全。

五、结语

随着信息化水平的不断发展,院校的各种信息化应用不断深化,实验室实施信息化管理也是大势所趋。基于物联网平台的信息化管理手段,使得实验室的管理更加灵活便捷,通过优化整合各类教学资源,大大提升了实验室的的工作效率。

物联网实验室篇4

1概述

1.1物联网的背景

物联网(The Internet of Things-IOT)的概念在1999年提出,它的定义是通过射频识别(RFID)定位系统、扫描器等传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,并实现对物体的智能化识别、监控和管理的一种网络。物联网的核心技术,其实是无线通讯和无线网络技术,特别是传感技术和嵌入式技术。

美国在2009年提出了“智慧地球”战略,投资建设新一代的智慧型基础设施,并且将物联网和新能源列为振兴经济的两大武器。物联网掀起了继计算机、互联网和移动通信网之后的又一次世界信息产业的新浪潮。它将成为未来经济发展、社会进步最重要的基础设施。

温总理2009年提出“感知中国”战略以来,物联网被正式列为我国五大新兴战略性产业之一,并写入政府工作报告,物联网在我国受到了极大的关注。在2010年3月教育部发出通知:在高校本科阶段设立物联网专业,为物联网相关产业培养高素质人才。目前对于精通物联网相关技术的人才在我国十分稀缺,因此物联网专业的就业前景被一致看好。

1.2物联网的关键技术

物联网的技术根据不同功能,可分为三类:

第一类是传感技术,通过多种传感器、RFID、二维码、定位等数据采集技术,实现对外部信息的感知和识别。

第二类是网络技术,通过互联功能,实现对各种感知信息的传送,包括各种有线和无线传输技术、交换技术、组网技术等。

第三类是应用技术,通过各种应用程序提供信息的分析处理,包括数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息交互等。

基于以上技术,物联网不仅仅提供了传感器的连接,实现物物相连,其本身也具有了智能处理的能力,能够对物体进行智能控制和信息分析。

2高校物联网综合实验室建设的重要性

如今工信部已将物联网纳入“十二五”规划,物联网产业在全国多个城市呈现高速发展的态势。各地陆续物联网的发展规划,江苏拟在2015年全省物联网产业销售收入超4000亿元。浙江要在2015年物联网产值达到1000亿元。广东提出2年内物联网产值超2000亿元。山东提出2015年物联网产值突破2000亿元。各地政府对物联网产业的大力支持揭示了该产业在未来的发展潜力巨大。

然而,随着物联网市场的不断扩张,全国物联网相关技术人才紧缺,缺口量在18万以上。所以物联网工程专业的就业前景非常广阔。

物联网工程专业的开发应用涉及多个专业的综合应用,实操性要求非常强。高等院校在人才培养方面应以物联网各种应用的实验、项目开发为主,重点提高学生实践能力。而项目驱动的教学模式则需要配有符合要求的综合性的物联网专业实验室。因此,建立符合人才市场需求的专业实验室是物联网专业建设的重要工作之一。

3高校物联网综合实验室的建设方案

3.1物联网综合实验室建设的总体方案

基于当前物联网的形势,高校物联网综合实验室的建设应符合如下特点:有利于理论知识学习,并提高学生实践应用和创新能力;让学生在实验室这个开放的平台上尽可能多的接触到更多技术和实际产品,激发学生的学习热情和兴趣。并达到以下的建设目标:培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能,具备通信技术、网络技术、传感技术等领域的工程技术应用型人才。

本文提出的物联网综合实验室的建设方案是:基于无线局域网和光纤通信技术的光载无线交换机,并以此为基础结合嵌入式M2M终端设备组建的物联网综合信息网络系统。该实验室把无线通信、嵌入式设备、各种传感器以及射频识别等技术融为一体,它不仅能提供基础性的物联网实验,还配置了各式的实际应用设备并展示了相关产品模型,使得在有限的实验环境内尽可能地模拟真实环境且功能完备。学生除了进行一些验证性实验,还可以进行硬件接口设计、软件编程设计和实际的物联网综合应用设计。

3.2物联网综合实验室硬件配置

该实验室主要的设备包括:光载交换机、光载无线天线盒、WIFI考勤机、指纹门禁机、WIFI摄像机、温湿度传感器、烟雾传感器、仓储物资读卡机、直流电机、智能家居模型、交通灯模型、龙门吊模型、GPGS模块、WIFI设备服务器、路由器、交换机、装有无线网卡的电脑、物联网实验箱、条码扫描器、PDA、单片机等。

3.省略 2008、IAR、JDK1.6、protel、Keil、WirelessMon、ComMaster、ChipconFlashProgrammer、PLC、NetIQ Chariot、定位监控软件。

3.4物联网综合实验室专业实验课程的设置

该实验室支持三大类物联网专业实验。

3.4.1传感层实验

传感层器件(射频识别、传感器、嵌入式机器)的网络化处理,包括硬件设计、协议通信,实现数据采集。

3.4.2网络层实验

光载无线通信技术和光载无线交换机的安装、配置与调试,有线、无线局域网组建等,实现数据以不同的方式传输。

3.4.3应用层实验

各种应用平台的设计,对采集到的数据进行分析和处理,包括视频监控、温湿度传感、人员考勤管理等平台。

除了基本的课程实验外,还可开设一些面向物联网综合性应用的实践项目,例如:智能家居系统、智能超市系统、物流仓管系统等,使得课程实验内容由验证型向综合型、设计开发型逐步推进。采用工程案例化教学,人才培养以适应社会需求为目标,提高学生的理论应用和实践能力,为社会培养出技能型、应用型的人才。

4结语

在当前物联网高速发展的形势下,高校应结合实际,培养出适合社会需求的物联网技术人才。为了让学生适应物联网实际的开发需求,熟悉未来的工作环境,物联网综合实验室应建成一个仿真的应用环境,强调关键技术的应用,并构建团队开发环境,培养学生的团队精神、软件架构开发等能力。最终学生才能充分体会到实际工程案例式教学的作用,把理论应用于实践。

参考文献

[1]百度百科.物联网.

baike.省略/view/1136308.htm.

[2]卫菊红.物联网技术发展及应用研究进展[J].工业控制计算机,2011,(12).

[3]黄征宇.物联网“云卷”未来[J].中国信息化,2012,(1).

物联网实验室篇5

“物联网”(Internet of Things)指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。物联网是一个未来发展的愿景,其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,方便识别和管理。能够实现人在任何时间、任何地点、使用任何网络、联系任何人或物,以达到信息交换的自由。

目前,世界各国都在物联网研究方面投入巨资,我国也不例外。早在10年前,中科院就启动了传感网研究。现如今,物联网更是被提升为国家战略,已进入快速发展时期。总体来看,物联网发展已成为国家层面技术及产业创新的方向之一,重视物联网的研究和开发,推进物联网产业化、规模化发展的技术环境已基本具备。物联网技术的发展带动了经济社会形态、创新形态的变革,推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新形态的形成。

二、ZigBee技术的优势及应用

ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。IEEE802.15.4和ZigBee从一开始就被设计用来构建包括恒温装置,安全装置和煤气读数表等设备的无线网络。这是由其主要技术优势决定的:

(1)数据传输速率低:只有10k字节/秒到250k字节/秒,专注于低传输应用。

(2)功耗低:在低耗电待机模式下,两节普通5号干电池可使用六个月到两年,免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。

(3)成本低:ZigBee数据传输速率低,协议简单,大大降低了成本,且免收专利费。

(4)网络容量大:每个ZigBee网络最多可支持255个设备。

(5)时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间。

(6)安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,采用AES-128加密算法。

(7)有效范围小:有效覆盖范围10~75米之间,具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定,基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。

(8)工作频段灵活:使用频段为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国),均为免执照频段。

一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗及系统成本都在增加。相对于现有的种种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点,也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。

三、物联网实验室建设方案

高职院校自主研制物联网实验室,应主要包括温度传感器节点、多媒体传感节点、RFID节点,以及多种传感器节点实验室。搭建物联网融合实验室,包括网络传输节点、传感器节点、数据处理和控制节点,实现完整的物联网系统功能。另外还可以与不同行业的相关企业合作,建立校外实训基地。

1.系统硬件设计

系统硬件,通过上位机向串口发送命令到协调器,协调器接收到数据后,分析并将命令再发送到受控的智能终端控制其动作,最终完成要求并返回终端的状态信息。各种实验室设备可在信息交互的基础上实现互相操作,相互协作和远程控制的功能。系统创新性在于提出了万能联动功能,即任何传感器可以和任意执行器之间产生联动。温湿度传感器可以联动打开空调,或者打开除湿器;入侵探测器报警可以联动打开灯光;光照传感器将检测到的光照强度来判断是否打开照明灯,或者打开电动窗帘等操作。

2.系统软件设计

本系统开发环境是IRA7.30B,采用的协议栈为TI的Z-STACK。系统将解调器通过串口和上位机相连,通过人机交互的方式对实验室的传感器和环境参数进行采集。必须知道每个传感器节点的网络地址,这就需要每个传感器设备在加入网络后把网络地址发送给协调器,协调器收到传感器的网络地址后建立地址表存储起来,以便用户要求采集数据时依据地址表来采集每个传感器的数据。

(1)协调器节点软件设计

ZigBee协调器在运行之前需要配置相关的网络参数和设备参数,供后面使用。在加电之后,ZigBee协调器首先应当扫描信道,选择合适的信道和网络标识建立网络,然后允许其他设备加入网络,到这里ZigBee协调器的初始化工作结束。进入正常操作状态之后,zigBee协调器需要管理网络中的设备,包括处理它们的加入和离开;ZigBee协调器需要处理来自其他设备的绑定请求,为不同设备之间的数据转发建立相关绑定信息;它还需要能够处理各种设备和服务查询请求;还需要能够发送和接收数据。

当协调器收到信息时,根据数据的第1个标识字符来判断是传感器的网络地址还是传感器采集的数据。若是传感器的网络地址,则把该网络地址存储在地址表里,然后把网络地址通过串口发给上位机,由上位机做进一步处理;若是传感器采集的数据信息,则需通过标识符进一步判断;如果用户是数据采集请求,则把该数据显示给用户。当用户通过上位机监测系统发送数据请求时,传感器的网络地址会通过串口发给协调器,协调器根据该网络地址进行数据采集。

(2)传感器节点软件设计

设备上电后将扫描信道,加入合适的PAN网络,加入网络后将把16位网络地址发给协调器。设备工作时将周期地轮询路由器,看是否有采集数据命令信息。若有,则采集数据并把数据发给协调器,否则继续侦听信道。在进入正常操作状态之后,ZigBee终端设备往往只是简单地发送和接收数据,它们并不处理网络管理等功能,大多数时候都处于休眠状态。

在建立这样一个平台后,我们便可以依照研究目的的不同,更改传感器及应用程序,为进一步的无线传感器实验室建设打下坚实的基础,推动物联网技术的发展,真正地实现“物物相连,感知世界”。

物联网实验室篇6

Laboratory Management Based on the Internet of Things

WANG Jin

(Guizhoou Industry Polytechnic College, Guiyang 550008, China)

Abstract: This article describes the traditional management of university laboratories drawbacks exist, through the use of advanced RFID technology to improve things networking laboratory management, to the basic data on the experimental materials, experimental procedure and experimental equipment to conduct full life cycle system management. Ultimately reduce labor intensity, improve operational efficiency.

Key words: the internet of things; laboratory; management

实验室建设是高校教育事业赖以生存和发展的前提,实验室物品是高校实验室建设的重要内容,因此,实验室物品管理的好坏将关系到高校教育质量能否得到保证,加强实验室管理是教学和科研顺利开展和完成的重要保障。[1]

一般来说,实验室人多,物品多且杂,长期以来,实验室物品都是依靠手工建立台帐、标签等来进行管理,效率低下,容易出错,更新困难,而且不便于使用计算机软件管理,更不便于使用互联网来进行动态的管理。借助先进技术进行实验室物品管理是解决这一问题的最好途径。物联网技术就是这样一种解决问题的先进技术。

1 物联网技术概念

物联网概念的定义有很多种,根据其具体含义概括如下:“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念,即“物物相连的互联网Internet ofThings”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。其定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接。进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。其由全球产品电子代码(EPC)、射频识别系统以及信息网络系统三大部分组成。[2]

射频识别(RFlD),是一种利用射频非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,无须人工干预,可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。通常RFlD系统包括三个部分:电子标签、阅读器、数据处理平台、系统软件等。

RFlD系统的工作原理是:RFlD标签进入读写器发出的电磁射频信号后,通过自身藕合电路感应获得能量读取存储在芯片中的产品数据信息(被动式标签),或者通过自身储电设备中的能量主动发送某一频率的信息(主动式标签),阅读器读取标签所发送的产品信息并解码后,送至计算机进行数据处理。

2 基于RFID技术的实验室管理

2.1 实验物品基本信息管理

传统上,我们获知实验设备或者耗材相关信息的方式都是通过产品说明书得到。这种纸质的说明书容易丢失、污损。而且限于篇幅,此类说明书大多较为简略不利于实验操作。如使用RFlD系统系统对实验设备进行管理,可用电子标签将实验物品的基本属性和帮助化信息等内容存储起来,通过阅读器即可方便地获取实验物品的基本信息并可通过网络进行管理。这些基本信息包括型号、规格、单价、出厂日期、设备号、使用单位、使用地点、维修纪录、生产厂家等多种信息。传统的纸质标签就无法将全部信息表示,且当部分内容变化时(如使用地点),无法更改标签信息,只能重新制作标签。不但费工费力,还会造成标签内容和数据库记录的不一致,导致管理混乱。统一使用电子标签后,每个仪器将带有一个具有存储芯片的模块,上述所有的仪器信息将全部存储在模块中。当仪器的内容发生变化时,用手持读/写卡器将很容易地修改芯片的内容,完成电子标签内容的更新,同时新的信息可自动通过手持机发送到仪器管理服务器进行数据更新。还可以使用手持式RFlD阅读器对实验室中低质耗材进行快速而准确的盘点操作,大大减少传统盘点中出现的遗漏等差错,减少盘点所花费的时间,提高盘点的质量。

2.2 实验过程管理

使用RFlD系统可以对实验设备进行实时的跟踪管理,如许多实验设备常用于演示教学,会被借出到不同的教室使用。如不能动态地掌握这些设备的流向,指定合理的分配方案,会导致不必要的冲突。传统手工方式的管理就会因为不能及时掌握设备流向而出现此类问题。现在只需在每个实验室出入的门上要安装门禁模块,这个模块包括了读头和联网接头,模块重要的功能是自动扫描进出门的实验物品,并将其时间,进出房间号等信息直接发给管理计算机。这样,当带有电子标签的实验设备进出实验室时,就会被门禁模块扫描到,并将该信息通过网络传输到管理计算机。就可实时反映在网络上。运用此技术还可以为实验设备预定若干安放位置,并可将当前位置与预定位置相比较,并设置报警,可防止私自挪用或意外情况发生,达到全方位、实时有效监管。RFID电子标签存储容量大,目前典型的数据容量可达兆字节,且可以重复读写,这就为随机存储实验设备的技术档案提供了可能。这样,通过手持式RFlD阅读器就能在实验时读取实验步骤、操作要点、使用帮助等,帮助实验者正确地完成实验。与相关技术结合,可实现对实验设备使用的动态控制,当使用不当时能自动警告并中断实验过程,避免不必要的损失。实验者可以远程控制异地纳入物联网的实验器材:实验过程数据可以被实时采集并以适当的方式提供给实验者,实现实验教学的数字化、网络化与智能化。

2.3 实验设备信息生命周期管理

正常维护巡检对于保证实验设备的完好是至关重要的,传统的维护巡检往往缺乏计划性,较为盲目,一般只是在实验结束后进行,而设备规定的维护时间间隔也要靠设备维护人员自己掌握,往往不能够做到较为严格。通过应用RFID系统可以使设备巡检、维护变得简单易行,这样可以对实验设备巡检维护的次数,同时由于每台实验设备上的电子标签都存储有设备的大量信息以及维护维修的情况,这样可以在现场就可以明确该设备的使用情况,大大缩短维护巡检的时间,提高维护巡检的工作效率。设备维护巡检后的信息在现场可以录入手持机,同时存储于设备上的电子标签,这样不仅节省了人力物力,也同时提高了实验设备使用效率。并使学校用于设备维护的成本降低。应用射频跟踪自动识别管理系统,由于每台设备上都附有射频芯片,可以储存大量的设备信息,同时还有每次维护、维修、巡检的相应记录。这样可以预防由于不确定原因造成原设备建档档案损坏和遗失造成的设备信息资料的丢失的损失。而且每次巡检和维护必须做到对每一台实验设备的情况进行了解维护,并作相应的信息存储操作,这样可以避免对设备巡检和维护工作的疏漏。由于每次巡检和维护的结果都记录存储于芯片而且这些信息是不能够随意更改,这就避免如果出现和实验设备相关的责任事故,不能明确人为责任还是设备责任的问题,使实验设备日常维护工作变得有据可查。[3]

3 结束语

教育事业的发展,将使得实验室的数量和规模不断扩大,实验物品的种类和数量不断增加,将会加大实验物品管理上的难度。借助物联网技术,通过RFID技术和计算机网络技术的完美结合,将可以使得以前琐碎、复杂的手工管理转变成为简单、轻松的自动化管理模式,极大的减轻了劳动强度,提升了工作效率。

参考文献:

物联网实验室篇7

0 引 言

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的理念最早见于比尔盖茨1995年的《未来之路》一书,但受限于当时的条件,并未引起重视[1]。物联网的基本思想出现于20世纪90年代,但最近几年才真正引起广泛的关注。2005年,在突尼斯举办的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)了《ITU互联网报告 2005:物联网》,提出了物联网的正式名称,并预测了物联网时代的到来[2]。2009年,奥巴马与美国工商业领袖举行的“圆桌会议”上,IBM总裁首次提出“智慧地球”这一概念,得到美国各界的高度关注,在世界范围内引起轰动。物联网顾名思义就是“物物相连的互联网”,但是缺乏精确和公认的定义。《物联网导论》认为:物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络[3]。

2009年,总理在无锡视察时提出了“感知中国”这一重要战略构想,物联网由此受到全社会的极大关注,各高校作为科研的重要基地,纷纷开展有关方面研究,甚至设立了相关专业。本课题准备对于如何借助物联网技术进行实验室的智能化管理进行一定的研究[4],包括学生身份的认证、实验装置的自动管理、室内环境信息的采集、远程视频监控以及安全与能耗的管理等方面的内容,为打造真正的智能实验室提供一种可供参考的雏形。

1 系统概述

本系统采用三层结构,总体架构如图1所示。

顶层是在服务器上使用WAMP Server或者LAMP Server快速搭建PHP集成环境,其中W和L指Windows或者Linux系统,其他分别是Apache网页服务器、MySQL数据库管理系统(或者数据库服务器)、PHP脚本语言。上位机利用套接字编程和嵌入式平台进行TCP/IP通信,将嵌入式终端获取的实时状态数据写入MySQL并且进行登录信息的验证,Web平台显示实时的状态并且使用套接字编程向嵌入式终端发送控制命令[5]。

中间层是嵌入式控制终端,负责统筹整个系统,同时与底层和顶层之间通信。接收来自无线传感网和USB摄像头的环境数据,进行处理并且通过Internet上传服务器,可以远程通过服务器上的网页进行查看和控制[6]。

最底层是无线传感网和USB摄像头,通过ZigBee和温湿度、烟雾、火光等传感器组建无线传感网,将实验室的实时环境数据回传嵌入式控制终端;RFID模块用来进行学生身份的验证[7];USB摄像头用来监控实验室内的情况,还可以拍照保存学生的实验结果,方便老师远程或者其他时间做出评价。

2 系统硬件设计

本系统的硬件示意图如图2所示。现将系统中的各个模块进行说明。

2.1 主控CPU

嵌入式控制终端选用基于三星公司的16/32位RISC微处理器S3C2440A。S3C2440A采用了ARM920t的内核,0.13μm的CMOS标准宏单元和存储器单元,并在外扩SDRAM和FLASH的基础上设计相应的电路。S3C2440的主频高达400 MHz,最高可以支持533 MHz的工作频率,完全可以满足控制终端数据处理的需求。

2.2 网络接口

本部分电路选用DM9000芯片实现Internet的接口功能。DM9000是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网MAC控制器,有10/100 M自适应的PHY和4 K DWORD值的SRAM,支持3.3 V和5 V的宽电压工作。在本系统中DM9 000采用16位模式工作,所以电路设计为以S3C2440A的16位总线方式对DM9 000进行访问,即数据总线D0~D15与芯片的SD0~SD15连接。

2.3 串口接口

串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。通信使用3根线完成:①地线;②发送;③接收。由于串口通信是异步的,端口能够在一根线上发送数据,同时在另一根线上接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口,这些参数必须匹配。MAX3232是3.3 V工作电源的RS-232转换芯片,由于嵌入式模块是3.3 V系统,因此使用MAX3232进行电平转换,从而实现系统的串口接口功能。

2.4 ZigBee模块

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议,是一种短距离、低功耗、可自组网的无线通信技术。由于其网络可以便捷地为用户提供无线数据传输功能,因此在物联网领域具有非常强的可应用性。本系统的ZigBee模块基于TI公司的CC2431芯片,CC2431有一个无线定位跟踪引擎,具有良好的定位性能,可以用来防止设备的丢失,运行ZigBee2006协议[8]。与嵌入式控制终端连接的ZigBee模块作为coordinator,与其他各个子块连接的作为router,组成无线传感网。

2.5 图像采集模块

本系统采用USB摄像头作为远程控制的监测视频采集部件,市面上的摄像头品牌很多,采用的芯片和传感器也各不相同,考虑到方便系统使用时的维护,需要采用价格便宜、接口简单的摄像头。中星微的64位摄像头ZC301P具有130万像素,采用高品质的CMOS传感器和不变形镜头,色彩逼真,图像清晰,价格便宜,符合本系统的要求。嵌入式控制终端采用Linux-2.6内核,包含该型号的摄像头驱动,因此不需要移植驱动,方便了很多。

2.6 RFID模块

RFID技术是一种通信技术,可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。为了实现自动化的管理,必须要进行学生身份的验证。目前学生每个人都拥有“一卡通”,利用这一点,不但方便快捷,而且可以在以后的实际应用过程中大大节省成本,实现资源的有效利用。

本系统的RFID模块采用的是NXP公司推出的低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片MF RC522。MF RC522利用了先进的调制和解调概念,完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。模块采用3.3 V供电,通过SPI接口同无线传感网中子节点的主控芯片PIC18F45K20进行通信。

2.7 环境参数传感器组

本系统的环境参数传感器组主要完成温湿度检测、防火检测以及人员检测的功能,因此包括四个模块:湿温度检测模块、火光检测模块、烟雾检测模块和热释电红外模块[9]。主控芯片采用Microchip公司的8位低功耗RISC架构单片机PIC18F45K20。

(1)温湿度检测模块

选用Sensifion生产的SHT15作为系统的湿度温度检测模块。SHT15型传感器是单片、多用途的智能传感器,其中不仅包含基于湿敏电容器的微型相对湿度传感器和基于带隙电路的微型温度传感器,而且还有14位的A/D转换器和2线串行接口,能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据。

(2)火光检测模块

选用日本HAMAMATSU公司R2868火焰传感器搭配电路作为系统的火光探测模块,R2868称为火焰发现者。在火星产生瞬间能够准确地发现,并且对非可见光的高传输的电晕现象可以完全解除。R2868 利用紫外线 TRON 通过金属的光电效果和瓦斯乘法效果来发现火星源。它可以探测 185 ~260个不同的狭窄光谱敏感源。它对可见光完全没有感应,也不需要过滤任何可见光(不像半导体探测器)。它具有很小的体积和很宽敏感角度(择向性),并能快速准确地发现从火焰发出的弱紫外线 (能够探测 5 m 或在稍远处发现香烟点大小的火焰)。

(3)烟雾检测模块

选用Motorola公司的MC145012作为系统的烟雾探测模块,配合湿度温度检测模块SHT15可以及时地检测火情。MC145012是一款带I/O和瞬时图形扬声器驱动的光电烟雾探测IC,它包含复杂的低功率模拟电路和数字电路。此IC用一个红外光电盒感测来自微小烟雾粒子或其他烟雾的散射光,以实现探测。当探测到烟雾时,脉动报警经片上推挽驱动器和外部压电传感器发声。

(4)热释电红外模块

选用德国PerkinElmer公司的LHI778探头和集成芯片BISS0001作为系统的热释电红外探测模块。BISS0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路,它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。

2.8 电箱与门禁

电箱与门禁的电子锁由分模块的主控芯片PIC18F45K20通过继电器进行操作。当前来做实验的学生通过身份认证后,电子锁弹开,学生可进入实验室。同时,由嵌入式控制终端分配实验装置给当前学生,将此信息通过ZigBee网络发送至分模块,控制电箱打开相应实验装置的电源。在学生确认实验完毕或者热释电红外模块检测到学生已离开后,则关断相应的电源。

3 系统软件设计

图3所示是控制终端和无线传感网的软件流程图。

3.1 嵌入式控制终端软件设计

由于Linux系统的内核效率高、紧凑性强、可靠性高、容易扩展,并且源代码是公开的,因此在嵌入式控制终端的软件设计中,选择了Linux作为底层操作系统。Bootloader采用韩国Mizi公司的vivi,Linux内核版本号为2.6.32,文件系统为yaffs文件系统[10]。

首先初始化整个系统;其次通过ZigBee获取来自无线传感网的环境参数和状态信息;然后建立面向连接的Socket通信机制,通过TCP协议将环境参数和状态信息发送到服务器,并且接收来自服务器的控制信息。当收到通过ZigBee传来的学生射频卡验证信息时,通过TCP协议将此信息发送到服务器端,由服务器端上位机进行数据库的检索,然后根据接收到的检索结果判断是否打开门禁和分配实验装置。最后,当学生做完实验或者提前离开的时候,可通过无线传感网关断实验装置电源。

3.2 无线传感网软件设计

无线传感网的软件设计主要就是对PIC18F45K20微处理器系统进行程序设计。首先要对使用到的各项外设进行初始化,然后各分节点分别将各自的各项环境参数或状态信息通过ZigBee发送到嵌入式控制终端的主节点,最后根据接收到的来自控制终端的信息做出相应的动作,同时每隔一段时间进行一次定位,防止设备丢失。各分节点作为ZigBee协议中的router,具有相同的地位,且相互之间无需通信;同时,为了降低功耗,对于传感器的响应多采用中断触发的方式。

3.3 服务器端软件设计

服务器端的软件设计中,采用Python设计上位机,负责通过TCP协议同嵌入式控制终端进行通信,将数据写入数据库,并且当有学生验证信息传来时,可以检索数据库进行核对。数据库采用Mysql,存放来自于无线传感网的环境参数和状态信息以及学生的验证信息,并且可以进行成绩和使用时间的统计。采用可以跨平台的服务器端脚本技术PHP创建一个动态网页,PHP跟Mysql之间的结合相当好,有利于整个系统的稳定和高效。

图4所示是服务器端的监控页面图。

图4 服务器端监控页面

4 结 语

物联网目前还处于起步阶段,发展和完善还需要不少的时间,但是必将成为一种新的趋势,为人们的工作和生活带来极大的便利。本项目实现了一个基于物联网的智能实验室的监控系统,通过将网页服务器和数据库架构在通用服务器上减轻了下层的工作量,提升了速度和性能,同时能够加强系统的安全性。希望本项目能够起到抛砖引玉的作用,为智能实验室的研究者起到一些参考作用。

参 考 文 献

[1] 比尔·盖茨.未来之路[M].北京:北京大学出版社,2010.

[2] ITU Strategy and policy Unit (SPU). ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things [R]. Geneva: International Telecommunication Union (ITU), 2005.

[3] 刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2011.

[4] 吴峥,周春月.基于物联网的智慧实验室[C]//中国通信学会青年工作委员会.第十七届全国青年通信学术年会论文集.北京:国防工业出版社,2012:206-209.

[5] 赵鹤芹.设计动态网站的最佳方案[J].计算机工程与设计,2007,28(4):933-934,938.

[6] 季英瑜.基于Internet的嵌入式远程控制系统的设计与应用[D].杭州:浙江工业大学,2011.

[7] 刘媛媛.基于RFID+Zigbee技术的开放型实验室管理系统设计[D].南京:南京邮电大学,2011.

物联网实验室篇8

一、高职实验实训室的管理现状

当前,我国高职实验实训室的管理主要存在监督管理力度不够、信息系统自动化程度低、仪器设备闲置率较高、小型设备仪器较易遗失、大型仪器设备维护较难、实验环境存在安全隐患、资源开放共享程度不够等问题。为了提高管理效率,各院校采取了各种方法,例如制定相应的规章制度和人工监督评估方案、对各类仪器设备实行“标签化”、投入大量运营经费、安排实验室管理员进行美文学教学模式,采用多种方法,如研读短篇小说、背诵诗歌、朗读剧本、扮演角色等,使学生在学习语言的同时,了解英美文学,加深对英美文化的理解和认识。选择一些学生熟悉的英美作家,或是学生看过的一些译著,让学生进行课后泛读,加大阅读量,扩大词汇量。最后,选择一些学生喜欢的英美影视作品,对学生进行视听说练习。英美文学作品被拍成电影后更具有生动性、直观性和娱乐性。在教学中,可以利用多媒体对学生视觉、听觉进行刺激,强化对知识的理解。

课堂教学时间是有限的,对于高级技工学校的学生来说,在课堂上没有足够的时间来研读英语文学作品或观看电影。我们要想在有限的时间里有效地组织教学,就要充分利用多媒体手段进行教学。在教学中,教师充分发挥多媒体集合文本、图片、声音、视频等优势,多信息、多形式地呈现教学内容,以调动学生的学习兴趣,提高教学效率。有些文学作品重在欣赏,使读者在欣赏中体会作品的原汁原味,这对学生了解西方国家的风俗、语言习惯都大有裨益。教师可以利用网络平台,建立英美文学作品库,为学生提供学习的素材。教师可以根据本班学生的特点,为学生确定必读作品和选读作品,要鼓励学生利用课余时间读原著、看英美文学作品改编的电影,然后写摘要等。日常维护等。总之,这些常用的方法主要依赖于“人”或“制度”,即依赖管理人员的手动操作或依靠规章制度的硬性约束,没有从根本上实现管理的自动化、智能化和实时化。

二、物联网的内涵及关键技术

物联网,即物与物相连的互联网,是指将射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感设备与互联网联合起来形成的一个巨大网络。通过信息交换和传输,实现实体物品间的物物通讯和实时共享等功能。

物联网实验室篇9

长期以来,大部分高校实验室都是依靠手工建立台帐、标签等措施对实验设备进行管理,这样不仅管理效率低下,错误频出,更新困难,而且面对实验室动态管理要求的不断增加和计算机软件管理快捷准确的要求表现出更多的不适应。造成这些问题的主要原因有:

2.1 实验设备数量多

由于现在高校办学规模的不断扩大,实验室开设实验项目增多,实验设备数量增长加快,传统纸质记录的实验室管理方式已经不能满足现代实验室管理的要求。

2.2 实验室管理人员不足

设备的编号与放置位置的对照关系,需要花费管理人员大量的精力和时间;往往由于处理这些事务实验室设备不能得到及时的监管、维护,造成了一定的资源浪费。

2.3 实验室使用人数增多,实验室财产易丢失

目前实验室的固定资产一般不会丢失,但是一些易耗的物品,往往因为缺乏管理的规范,有时会被一些使用者顺手牵羊,实验室管理人员无法每天定时地清理相关仪器的数量,因而在一定程度上造成了实验室财产的损失。

2.4 实验室设备流动性强

随着现代教育技术的发展,许多实验设备常用于演示教学,会被借出到不同的教室使用。传统手工方式的管理不能及时掌握设备流向使得管理人员不能制定合理的分配方案,从而导致不必要的冲突。

3 物联网技术在高校实验室信息化管理中的应用

3.1 实验设备信息化管理

早期的实验室设备器材的说明书等信息都是纸质品,容易丢失破损,对实验操作极不方便,一旦纸质标签丢失或需更新,不仅管理起来不便,而且设备参数信息也难以查询。通过物联网技术可以方便查询相关实验用品的信息,实验用品的位置、库存量、实验仪器的位置、数量等。物联网是在互联网的基础上对这些信息进行准确无误跟踪,实时监控。任何一个安装有读写器的终端都可以通过射频扫描技术读取实验用品的相关信息,并通过互联网的信息传输作用,实现对实验用品与仪器的信息的实时监控。

3.2 优化实验教学与管理

利用物联网技术对计算机实验室进行管理使实验室的管理更加智能化,网络化。在每个实验室的门口安装门禁(RFID读取器),同时每名学生带有RFID标签,教师可以通过系统获取每名学生的出勤情况和学习内容等监控信息;通过各种数据采集终端获取数据,监控教师上课的全部信息,并根据获取的数据系统进行全方位分析和检测,评定其教学质量及优缺点,以求改进不足;学生课堂学习的过程可以被物联网全程记录。如果学生在上机操作过程中,学生对某个知识点掌握不好,可以通过记录的学习过程再次学习,弥补学习中的漏洞。

3.3 实现资源共享

我国教育系统虽然有联通各高校的链接路径,但高校之间的信息流通量很少。基于物联网的校园网一旦建成,各高校之间的可共享的资源将会非常丰富,能够大大方便相互交流与学习。首先是实验室硬件资源可以通过传感器网和互联网共享,并可以远程控制部分实验设备,在线分析与检测实验数据。既可以节省昂贵的实验器材和设备的购买费用,而且便于在线交流实验的方法和经验。

物联网实验室篇10

Xu Chunling

Zhejiang industry polytechnic college, Shaoxing, 312000, China

Abstract: According to the problems in the traditional management of language lab, this paper is dedicated to make use of the internet of things to improve the management. Based on the meaning and features of the internet of things, the paper constructs new language lab management mode and gives the concrete application of the internet of things technology in language lab management.

Key words: the internet of things; language lab; management mode

语言实验室是培养学生外语听、说、读能力的重要场所,语言实验室的管理水平直接影响外语教学设备资源效益的发挥,关系到高校外语教育质量。因此,加强语言实验室的管理是外语教学、科研顺利开展的重要保障。长期以来,语言实验室都是采用人工管理的方式,效率低且容易出错,在实验室环境卫生保持、设备运行状态监测、设备故障责任追踪、设备安全保障、学生出勤情况统计等方面尚存在不少亟待解决的问题。考虑借助物联网这一先进技术对语言实验室进行管理,达到解决当前语言实验室管理中种种难题的目的。

1 物联网的内涵

物联网(The Internet of Things,简称IOT)指将各种信息传感设备,射频识别装置、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等装置与互联网相结合而形成的一个巨大网络,从人与人之间的连接沟通扩展到人与物、物与物之间的连接沟通。物联网可以让设备终端与网络连接起来,进行信息交换和通讯,从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理,主要有由全球产品电子代码、射频识别系统和信息网络系统三大部分组成。

在这个网络中,物品之间无需人的干预就能够进行“交流”,其实质是利用一种能够让物品“开口说话”的技术,通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联共享,而RFID正是这种能够让物品“开口说话”的技术。在“物联网”构想中,RFID标签中存储着规范且具有互用性的信息,通过无线网络自动采集到中央信息系统,实现物品的识别,进而通过开放性的互联网络进行信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。

物联网运行过程可分为三步:

第一步:标识物体属性,包括静态和动态属性。静态属性可以直接存储在标签中,动态属性需要先由传感器实时探测。

第二步:物体属性读取和转换。识别设备实现属性读取,并将属性信息转换为适合网络传输的数据格式。

第三步:信息的传输和计算。物体信息通过网络传输到信息处理中心,信息处理中心实现相关计算。

物联网充分将新一代IT技术运用到各行各业之中,将感应器嵌入到电网、铁路、桥梁、供水系统和油气管道等各种物体中,然后将之与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合。在这个网络中,能力超强的中心计算机群能够对整合网络内部的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制,在此基础上,人类能够以更加精准和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”的状态,进而提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然的关系。

2 基于物联网的语言实验室管理模式

物联网能够实现人类社会与物理系统的有效整合,能够实现对整合系统内的人员、设备进行实时的信息采集和管理控制,可以对系统内的行为进行动态追踪,极大地提高了系统的自动化、智能化程度。语言实验室的管理是一个复杂、系统的工作,尤其是语言实验室的日常管理,采用人工管理的形式,效率低下、问题频出。笔者探讨基于物联网的语言实验室管理模式,利用物联网技术改善语言实验室的日常管理工作。

语言实验室的日常管理,主要可以认为是对人、物、事的管理。即有效促进人、物、事高效运作的过程。在物联网技术的基础上结合语言实验室管理现状,设计出了基于物联网的语言实验室管理模式图(如图1所示)。

图1 物联网视角的语音室管理模式图

基于物联网的语言实验室管理,一是需要对语言实验室系统的人、物进行属性标识,依据静态属性和动态属性的不同,分别配置标签和传感器。二是识别设备的安装,针对不同的属性标识,安装识别设备。三是将信号接入互联网,数据处理中心接受、处理数据。

3 物联网在语言实验室管理中的应用

在语言实验室日常管理中,物联网技术在三个方面得以体现,分别为人、物、事的管理。

3.1 人的管理

3.1.1 学生考勤

在语言实验室门口架设RFID读取器,同时给每个学生佩戴RFID标签,实验系统会自动感测RFID信息,结合学生课堂学习监控等统计学生的出勤情况。教师可通过网络查询学生出勤率、课堂学习信息等获知学生上课情况。

3.1.2 教师评估

利用物联网的多种数据采集终端,对课堂中教师的教学行为进行采集,随时对教师教学管理、教学实施和教学保障工作状态进行全方位、全天候的质量评估监控。并且提供多种数据处理结果,对教师进行全面的分析评估,科学、公正、合理地反映教师课堂教学质量,并帮助教师找出差距,分析原因,进一步提高学校教学水平和教师素质,建设一支理论基础雄厚,实践能力更强的高素质师资队伍。

3.2 物的管理

3.2.1 构建智能化教学环境

物联网的引入使教学环境的每个物件都具有了数字化、网络化、智能化的特性,管理员可即时捕捉、分析师生教与学的需求信息,并做出相应调整,为师生提供更加智能化的教学支持。

例如,可在教室内装上有特种感知的传感器,管理员通过管理计算机设定教室照明灯、风扇、空调的开关和语音设备的启动时间,上课前计算机遥控传感器自动开启各类设备,下课时再自动关闭,提高了管理员的工作效率。我们还可以在实验室门口处装上探测器,探测学生是否带有零食、饮料等禁止携带入内的物品进入实验室,并对违规者发出警告,从而加强语言实验室环境安全与卫生的维持。

3.2.2 设备信息管理

传统上,我们获知实验设备或者耗材的相关信息一般都是通过翻阅产品说明书。这种纸质的说明书很容易被丢失或遭到污损,不方便保存。使用物联网中的RFID技术对实验设备进行管理,可用电子标签将实验设备的基本属性(型号、规格、出厂日期、单价、设备号、使用地点、生产厂家、维修记录等)和帮助信息等内容存储起来,通过阅读器阅读即可方便地获知并可通过网络进行管理。当存储的信息内容发生变化时,用手持读/写卡器修改芯片内容,更新电子标签,同时更新后的标签信息可自动通过手持机发送到设备管理服务器进行数据更新,进而减少盘点时间,提高盘点质量。

由于实验设备的电子标签存储有大量信息及维护、维修记录,这样在现场就可以很清楚地掌握该设备的使用情况,设备维护、巡检后的信息立刻即可录入手持机,同时存储在设备的电子标签中,这样不仅节省了人力、物力,同时也提高了实验设备的使用效率,使设备巡检、维护变得简单易行。

3.2.3 设备状态检测

语言实验室管理中,设备状态检测是一项重要工作。设备的维修与否是建立在设备状态检测的基础上。传统的设备维修一般采用两种方式:一种是定期维修,经过一定时间运行后,统一对设备进行检修;另一种是故障后维修,当设备运行出现故障后对设备进行维修。定期维修,容易造成资源浪费,在一些不需要维修的设备上浪费时间和资源。故障后维修周期较长,不能尽快投入使用,影响正常的实验教学进程。因此,实验设备的运行状态监测是实验设备管理的重中之重。

物联网环境下,在实验设备中嵌入传感器,监控设备运行状态,评估关键的运行参数,设备的这些关键运行参数一旦发生改变,传感器将会立刻向物联网发出警示信号,信息处理中心在收到这些信号后,设备运行状态评估系统将对设备运行状态进行评估,并反馈评估结果。管理者根据系统反馈结果,进行设备管理决策,决定设备维修策略。

3.3 事的管理

3.3.1 学习过程评估

物联网能同步记录学习过程,可以应用到学习过程评估中。同时,学生可以多方面利用记录的学习过程:如果在学习过程中,学生对某项知识理解不透彻或有错误,可以利用记录过程进行学习反思,寻找学习失败原因;也可以利用学习记录信息,回顾学习过程,加深对学习涉及知识的理解。

3.3.2 故障责任追踪

语言实验室内每天都有不同班级的学生来上课,承担教学任务繁多,实验设备很容易出现故障,如果没有充分的证据说明,管理员很难查出设备损坏的原因,即便查出是人为损坏,也很难追踪到具体的责任人,以至于不能立刻采取有效的处罚措施。使用射频跟踪自动识别管理系统,由于每台设备上都装有射频芯片,储存了大量的有关设备信息,包括每次维护、维修、巡检的记录,而这些信息是不能随意更改的,这就避免了一旦出现相关责任事故,不能明确责任的问题,使实验设备日常维护工作变得有据可查。

3.3.3 安全管理

使用RFID技术,可以对语言实验室设备进行实时的跟踪管理,可以尝试在每个实验室门上安装门禁模块,该模块包括读头和联网接头,其主要的功能是自动扫描进出实验室门的物品,并将搬动时间、进出房间号等信息发给中心管理计算机。管理员可运用此技术为实验设备预定若干命令,并设置报警装置。这样,当有人将带有电子标签的实验设备带出实验室时,就会被门禁模块扫描到,如果当前位置与预定位置不相符,门禁模块即可发出报警讯号,并将该信息通过网络传输到中心管理计算机,防止私自挪用实验室设备或发生意外情况,达到保护实验设备安全的目的。

4 结束语

借助物联网技术,可以使琐碎、复杂、低效的手工管理转变为简单、轻松、高效的自动化管理,极大地简化了管理流程,降低了管理人员的劳动强度,提升了管理效率。由此可见,物联网技术必将成为语言实验室智能化管理的一个重要手段。

参考文献

[1] 王宝云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009,23(12):1-6.

[2] 沈苏彬,毛燕琴,范曲立,等.物联网概念模型与体系结构[J].南京邮电大学学报,2010,30(4):1-8.

[3] 王瑾.基于物联网的实验室管理技术[J].电脑知识与技术,2010,21(6):5741-5742.

物联网实验室篇11

由于高校计算机实验室承担着繁重的教学任务,用机主体不固定,用机习惯不统一,用机操作不规范。加之传统的实验室管理采用人工管理模式,使得计算机故障频发,难以保证计算机实验教学的顺利进行。而物联网技术的提出,使得计算机实验室管理问题迎刃而解。

1 物联网含义

1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议首次提出物联网(The Internet of things)这个概念并提出“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。

物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。“物联网就是物物相连的互联网”。可见物联网是在互联网的基础上延伸和发展起来的网络,物联网的核心和基础仍然是互联网,物联网将其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。

2 传统计算机实验室管理

教学管理方面,教师上课时需要利用教学软件对学生进行电子点名,然后需手动统计缺席学生。在进行实验教学时,一个实验室六十名学生配备一名实验教师,学生如对所学知识存在疑问或者不会的情况下,需要教师对学生进行指导答疑,课堂时间有限,不能满足学生的解答需要。

计算机的基本信息管理方面,利用纸质的记录本记录每批软、硬件的购入时间和损坏时间,每台计算机的维修时间,以及每次课每台计算机的用机记录,由于部分学生不填写导致记录不完整,实验室管理人员无法根据用机记录情况排查计算机运行情况,给实验室管理员的工作带来了极大的不便。而且纸质的资料容易丢失,不易保管。

计算机的定期检测方面,实验室管理员需要维护众多的计算机,然而计算机的频繁使用,必然导致不同类型的故障,例如,计算机硬件损坏,计算机无法正常启动,计算机遭到病毒破坏等。实验室管理员维修计算机只能利用实验室的空闲时间,打开每一台计算机进行检测,查找故障原因、修理、记录维修情况等,既浪费时间,又影响教学。

实验室环境管理方面,由于实验室的使用频率较高,实验室的湿度、温度控制和除尘工作得不到及时的处理,导致实验室的硬件设备故障频发,如电源、主板损坏,主机蓝屏等。不能保障教学的顺利进行。

实验室的安全方面,实验室每天都会有许多学生上机,不可避免的涉及到实验室物品和学生物品的安全管理问题,主要预防电源的不规范使用导致的火灾隐患和实验室物品的丢失现象。

3 基于物联网的计算机实验室管理

物联网对实验室的管理可以实现人与人,物与物,人与物的相互通信,有效的整合系统内的人、事、物实现信息采集和信息控制。实时的识别、定位和跟踪系统内的行为。利用物联网技术管理计算机实验室代替传统的人工管理计算机实验室提高了计算机实验室的管理的自动化和智能化程度。

3.1 教学管理

确保日常教学的顺利进行是实验室管理的重中之重,利用物联网技术对计算机实验室进行管理使实验室的管理更加智能化,网络化。

3.1.1 学生签到。在每个实验室的门口安装门禁(RFID读取器),同时每名学生带有RFID标签,没有RFID标签的学生无法进入实验室,教师可以通过系统获取每名学生的出勤情况和学习内容等监控信息。

3.1.2 教学质量监控。利用物联网技术,通过各种数据采集终端获取数据,监控教师上课的全部信息,包括教学内容、教学方法、教姿、教态等,并根据获取的数据系统进行全方位分析和检测,评定其教学质量及优缺点,以求改进不足。有效的教学质量监控是教学过程的重要组成部分,亦是所有有效教学与成功教学的基础。

3.1.3 学习过程跟踪。学生课堂学习的过程可以被物联网全程记录。如果学生在上机操作过程中,学生对某个知识点掌握的不好或者遗忘了,可以通过记录的学习过程再次学习,弥补学习中的漏洞,并且可以复习已学知识,达到查缺补漏的目的。强化学习中的重难点。

3.2 计算机的维护

利用物联网技术对计算机实验室的设备进行维护实现了计算机管理方式的跨越式发展。

物联网实验室篇12

实验室对设备管理的软硬件系统不够完善。如存在机房管理员对机房设备管理不智能;机房设备丢失后无法找回;计算机损坏后维护不方便;机房的安全管理等问题。

资源共享机制比较薄弱。实验室的服务对象单一,大部分只是针对专业学生、老师。而且实验室时间不灵活,利用率低。

实验室管理中对教学方面的管理较薄弱。如:对教师和学生不到或者迟到的监控;对机房环境监控 ;对机房管理员的管理。以及学生在听课过程中出现了遗漏,无法补上,导致学习效果难以提升。

二、进行以物联网为基础的计算机实验室管理方案

把物联网三层结构作为出发点,并以计算机实验室所构建的组织结构为基础,实现基于物联网背景的计算机实验室管理系统。从实验室实际管理工作中所遇到的问题出发,主要从实验设备管理以及实验教学管理两个方面分析如何依靠物联网技术顺利解决问题,进行以物联网为基础的计算机实验室管理。

实验设备管理

(1)资产管理。对实验室资产管理主要包括设备申购、设备报废、设备的遗失处理和设备的资产核查等多个方面的工作。

设备申购主要指的是购置机房所需设备,比方说服务器、学生机、指纹机等,需要通过招标购置。在申购成功之后,通过RFID标签或者是条形码进行标识,把设备的厂家/型号、采购日期和维修记录的等级这些信息上传到实验室的管理系统当中。

设备报废指的是在设备使用时间达到其最大寿命期限后,在设备处做出报废确认之后,对RFID标签或者是条形码进行清除,且在设备管理系统当中把设备状态修改为报废,然后把报废设备交给设备处进行处理。

设备遗失指的是设备被盗或者是丢失,在保卫处或者是设备处做出核实之后,进行设备遗失的处理工作,且在设备管理系统中把设备状态修改为遗失。

资产核查指的是在每个学期开始至结束时对设备资产进行统计,保证设备的物理存在同管理系统中数据记录是一致的。

(2)维护管理。对实验室的设备进行维护管理作为计算机实验室全部工作中的重点所在,其工作质量的好坏能够直接影响到实验室进行教学的实际效果。在进行设备维护时,要争取第一时间发现问题所在,并在最短的时间内彻底解决问题,以此来保证计算机实验室能够顺利的展开教学工作。维护管理工作主要包括保修、维修以及维护这三个部分,其全部过程都会完整的保存在设备管理系统当中。

报修:可以对独立设备安装嵌入式传感器,在设备出现故障时,实验室管理系统中的管理员帐户中能查看到故障设备的位置,这样可以避免教师或者是学生进行设备报修登记不及时的情况。

维修:在实验室管理工作人员接收到设备故障的通知后,及时进行设备维修工作,如果没有及时解决故障,可以通过短信平台同设备公司的售后服务人员取得联系并进行设备维修工作。在设备维修完成之后,还要对设备状态做出修改,撤销故障警报。

维护:通过实验室工作人员对设备软硬件与实验室中设备进行定期的抽检与维护。

(3)安全管理。为保证实验室内设备的安全,每个实验室需配备有实时地视频监控、红外线报警装置以及门禁系统等多种安全设备。对于机房设备防盗管理,可以通过无线远程视频监控系统来维护,它需要把独立的设备安装电子标签,电子标签会将设备的信息与位置发送给管理端,从而实现对设备不间断监管。而对于设备软件系统,则需要通过专业的杀毒软件、硬盘保护卡以及防火墙等技术措施保障系统的安全性。还可以安装无线温湿度传感器和烟感器来监管实验室的环境,及时发现如火灾等情况。

(4)共享管理。

进行设备共享管理指的是在没有进行教学行为的时间内提供给非教学活动以场所及设备,重视实验室中设备的网上共享与,主动需找同其他企业与高校之间的交流机会,使设备的经济效益与利用率得到提高。

共享管理主要包括在非教学时间段设备与实验室有偿租借。实验租借主要指对外租借计算机机房,满足租借方在实验教学之外的任务,比方说企业培训、上机考试或者是学生培训等。设备租借一般是指实验室殊设备的对外租借,比方说网络测试仪以及服务器等等。对于设备租借的管理,都需要记录在实验室管理系统当中,保证设备的安全性。

2. 实验教学管理

(1)课表管理。实验室管理员能通过实验室的管理系统查询到所管理教室的课表,从而能实时关注教学过程中出现的实验室管理方面的问题。

(2)教学管理。通过教学管理的具体对象进行区分,主要包括课程管理、教师管理和学生管理三个部分。

课程管理:从实验教学的具体计划出发,教师把制定好的实验教学计划进程表、报告模板和教学大纲等相关材料提交到实验室的管理系统上,以此进行教学资料库的建设。还可以安装wifi摄像头,对教师当堂课教学进行录像,课程教学完毕后将视频传送到实验室管理系统中,方便学生重复听课。

学生管理:可以通安装指纹考勤机来记录学生迟到和缺课。还要利用实验室的管理系统,为学生提供登录账户,通过此账户登录管理系统之后,可以详细查看实验课程的安排情况、进行作业的提交、实验成绩的查询,还可以向老师提出疑难问题、对老师进行评价等。

教师管理:教师也可要通过指纹考勤机来实现考勤管理。并利用实验室管理系统建立帐户,教师能查看到课学生名单和进行实验作业的批改工作、对学生提交的实验报告进行查询、解答学生提出的疑难问题以及进行学生实验成绩的提交等,使教师能够方便的对学生具体实验课程内容进行管理。

总结

本文以物联网具备的三层结构为基础,分析探讨了在物联网背景下可以对实验室室管理工作进行的改进与优化,研究了计算机实验室实施教学管理与设备管理的新方法与新思路,创新了物联网实验室硬件管理支撑平台和软件支撑系统管理结构,优化出以物联网为基础的实验室室管理模式。期望在计算机实验室进行管理的过程中能够切实利用所有资源,使实验室成为支撑教学与科研的有力平台。

参考文献

[1] 刘红;莫国民;;基于物联网的医学院校实训基地管理中心设计[J];中国医学物理学杂志;2013(01).

[2] 张天波;;整合校内实训资源的机理分析与实践——以构建文科中心为例[J];实验室研究与探索;2012(07).

[3] 柴亚辉;涂春萍;刘觉夫;谢昕;;基于云计算的计算机与软件实验资源管理[J];实验室研究与探索;2010(10).

物联网实验室篇13

物联网是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感器设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。物联网的定义包含了两重意思:第一,物联网的核心和基础是互联网;第二,用户端从互联网延伸和扩展到了物与物之间的信息交换和通信[2]。

物联网通过大量的传感器、RFID、二维码等信息源,获得实时性、周期性的数据信息,实现全面的感知,并利用云计算等对海量信息进行分析、处理,对物实施智能化控制和管理。

在2009年总理提出“感知中国”[3]以来,物联网受到全社会的极大关注,物联网行业快速发展,相关技术不断成熟。在国内,基于RFID的一卡通、物流、门禁、考勤等系统,大大方便了我们的生活。

检测/校准实验室是按照检测和校准实验室能力的通用要求[4]建立并运行,从事按照规定的程序/条件,为确定给定产品的一种或多种特性/量值,进行处理或提供服务所组成的技术操作等相关工作。检测/校准实验室作为检测/校准的服务机构,为我国的国民经济提供有力的支撑和保障。

同时,为了提高实验室自身检测/校准水平,保障结果报告的有效性、准确性、真实性,更需要依托物联网的感知、协同、控制等前沿技术,保障检测/校准环境、优化实验仪器设备的配置、实时监测实验仪器与实验样品的运行等。

2.检测/校准实验室的现状和不足

目前,我国检测/校准实验室基本上已经建立起内部办公网络、检测检验信息查询系统、GSM短信系统、安防系统、门禁和考勤系统、仪器设备电子台帐、实验样品电子标签管理系统等,基本上实现了信息化。但这些信息管理系统只是针对单独某一项事务,无法对实验室的实验环境、仪器设备、实验样品、现场人员、库房等进行综合信息管理。

实验室门禁和考勤系统未与外来人员管理相结合,检测/校准实验室的人员除了实验室内部人员外,还包括送检厂家人员、现场咨询人员等,根据检测和校准实验室能力的通用要求的规定,实验室不允许与检验无关的人员进入,外来人员或者客户进入检验室,必须在保证其他客户机密的情况下经相关部门同意后,在有关人员陪同下方可进入,不允许外来人员单独滞留在检测场所。但现场管理中很难杜绝实验室外的人员不经意间闯入实验场所,甚至影响实验的正常测试结果。

仪器设备和样品管理大多采用手工贴标,然后录入的方式管理,这种方式效率低、准确性差,不能动态管理。同时,实验仪器设备在实验室内的不同房间内的分布离散、管理难度大、维护保养不及时,信息获取被动,对设备数量和种类繁多的实验室,管理人员无法快速寻找设备。许多实验设备还经常被外借或私自挪用,往往不按时归还,增加了实验设备的管理难度和管理成本。且实验设备的说明书等信息均是纸质的,易丢失、易破损,不易管理和查询。

由于实验样品的流动性、形状不规则性、检验流程的多样性、入库及出库的不确定性等原因,实验现场和库房管理已经是令各个检测/校准实验室头痛的问题。

实验室进行检测/校准服务时,对实验的温度、湿度、照明等环境控制具有严格的规定,现在基本采用手动控制方式,控制精度差,易受到外部干扰超出控制范围。实验室的照明、设备供电、大型设备开关无法实现自动调节,资源浪费严重。

送检厂家及人员对送检进度需实时了解,而现在基本上是实验人员测试后手动输入到对外的信息查询系统后实现,这种方式不但不能实时更新送检进度,而且增加了实验人员的工作量,且容易误登记、漏登记。

3.基于物联网的检测/校准实验室构建

在实验室原有内部局域网的基础上设置数据服务器、Web服务器、实时通讯服务器及外网出口等后台网络层系统,增加射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、状态传感器等感知层设备,新建或改造环境控制、检测检验信息查询、GSM短信、安全防护、门禁和考勤、仪器设备状态识别与控制、实验样品状态识别等应用层设施。并通过对系统数据整合,导入特定的检测检验程序、文件流转控制程序等,可实现是整个实验室的物、人、环境、实验流程、实验过程、实验结果的全面管理。具体见图1。

3.1 实验仪器设备管理

针对现有仪器设备管理的不足,建立仪器设备的动态信息库,见图2。

将实验仪器设备加装RFID标签或者传感器,对实验仪器设备进行定位,必要时可采集仪器设备的运行状态,当仪器设备发生异常时,可自动报警并通知专人处理。对一些具有危险性的实验设备或检测过程,实验人员可进行远程操作实时采集实验数据。同时所有数据均上传至数据服务器存储,实现实验数据的长期持续获取。

3.2 人员管理

将实验室的各个房间或者区域按照对外来人员的允许进入程度分类,对实验室内部人员及外来人员分级管理,某一级别人员只能进入其相应级别的区域。当其进入未被允许的区域时,传感器会自动报警,并将信息传送给相关人员处理。同时,结合门禁系统和考勤系统,形成完善的人员管理机制。

3.3 实验环境管理

对实验室重点区域的温度、湿度、照明等信息实时采集,当某区域的某个指标趋近实验要求的限制值时,应报警并开启相应的处理设备进行处理。譬如,1号实验室的温度趋近实验环境要求的上限值时,系统会自动开启1号实验室的制冷设备或加大其制冷能力,并将信息传送给环境管理人员、安全管理人员及在1号实验室进行检测的检验人员处理。

3.4 实验样品管理及送检进度状态信息化管理

在实验样品加装RFID标签或条形码的基础上,在应用层导入实验样品的检测流程及流转过程,设置流程节点,每个节点完成后,可经过激光扫描等触发方式使检测流转至下一节点,所有节点信息可向相关负责人和客户并在数据服务器存储,实现相关负责人及送检厂家对送检进度的实时查询。样品入库和出库时设置节点,使库房管理人员对库存样品有实时和动态的掌握,同时对库存样品(送检厂家来不及领取或实验室有留样要求的情况)与其对应的检测报告/证书领取等信息整合,可以实现对需出库样品进行预先管理。

3.5 实验室安全防护管理

可在实验室布置红外及烟温探测节点实时监测,对于档案室等重点监测部位可适当密集不知探测节点,监测参数一旦超出正常值,即可启动消防装置和防灾隔离装置,并将异常位置和异常信息传送至管理中心,实时报警,并通过通讯服务器传送至实验室安全管理人员及主管领导。

4.数据挖掘应用

在实现整个实验室全面监测管理的基础上,可以深层挖掘数据,对数据进行分析、归纳、处理,可以对实验室的内部管理有质的推进。

比如:根据实验仪器设备的使用频次和开机时间的统计,可以评估是否需要增加实验仪器;根据实验仪器设备的使用地点统计,可评估实验仪器的最佳存放地点;根据不同实验仪器设备的平均无故障时间,可以对比不同厂家及型号的仪器设备的优劣,为后续的设备采购提供数据支撑。

同理,根据实验样品在送检过程中的流转路线进行统计,可以优化样品检验流程及检验流水线的配置;根据实验样品各个检验节点的流转时间进行统计,可以分析各个环节及不同检验人员对送检周期的影响等。

5.结语

随着数字化与智能化时代的来临,检测/校准实验室基于物联网技术管理是发展我国现代检测/校准业务实验室的必由之路,对推动我国实验室管理的规范化、高效化、智能化起到重要的作用。

当然,海量数据传输拥堵或故障、传感网络的可靠性、电磁干扰等潜在的风险[5],也是基于物联网技术的实验室管理中所必须应对的。

参考文献

[1]Lu Yan,Yan Zhang,LaurenceT Yang,Huangsheng Ning.The Internet of Things:From RFID to the Next Generation Pervasive Networked Systems[M].New York:Auerbach Publications,2008.

[2]吴峥,周春月.基于物联网的智慧实验室[C].第十七届全国青年通信学术年会论文集,2012:206-209.

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