论文发表 | 论文范文 | 公文范文
最新公告:目前,本站已经取得了出版物经营许可证 、音像制品许可证,协助杂志社进行初步审稿、征稿工作。咨询:400-675-1600
您现在的位置: 新晨范文网 >> 设计论文 >> 系统设计论文 >> 正文

浅谈开放实验室管理系统设计

定制服务

定制原创材料,由写作老师24小时内创作完成,仅供客户你一人参考学习,无后顾之忧。

发表论文

根据客户的需要,将论文发表在指定类别的期刊,只收50%定金,确定发表通过后再付余款。

加入会员

申请成为本站会员,可以享受经理回访等更17项优惠服务,更可以固定你喜欢的写作老师。

摘要:基于物联网的开放实验室管理系统,从温湿度、光照强度、可燃气体等多个方面对实验室进行环境监控,使实验室成员能够舒适地在实验室中学习;采用射频识别技术实现了签到、门禁功能和仪器设备的借还记录功能,不仅保证了实验室的安全防盗,还能自动记录实验室人员的出勤情况,省去了人工记录信息的不便,也可以记录实验室设备的借出情况,有效地避免了设备丢失带来的损失;系统还可以通过远程控制实验室内的窗户、灯光等,方便实验室人员的生活;利用物联网与各种传感器、单片机构成节点,完成了各模块之间数据的采集、传输和处理;并利用PC机作为上位机,实时记录和显示实验室的环境信息,并将信息通过ipv6网页服务器实时发布到公网,使用者可以通过手机、电脑任何终端设备打开网页查看工位使用情况合理分配位置。该系统设计既满足了学生对实时开放实验室的需求,也减少了实验室管理的负担,达到了开放式的设计要求。

关键词:物联网;单片机;ipv6;射频识别(RFID);HTTP0

引言

随着高校实验室开放功能的发展确立,越来越多的学生也选择在课余时间进入实验室来学习一些专业技能,导致实验室的人员不断增多,人员的流动性也随即攀升,实验室在管理方面的工作量日趋繁重。这就要求实验室引入新的管理模式,来减轻实验室管理的负担和成本。现在大多的实验室都是采用人工管理为主的方法,要改进已经建成的实验室管理,采用物联网技术就是一个良好有效的解决方案。物联网是指通过射频技术(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,把任何物品与因特网连接,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,在物联网中,物与物、物与人之间是能够相互通信的。综上分析可知,物联网的特性则能全面解决开放型实验室管理过程中存在的问题,也能使数据信息的交换和通信更加稳定,并且物联网技术已经在多个方面得到了突破性进展,对于实验室的管理与发展也提供了一个有利契机及选取模式。基于此,本次研究即将物联网技术融进了开放实验室管理系统的建设实践中,设计论述内容可具体展开如下。

1系统架构

该系统主要分为如下部分:环境信息检测模块、签到门禁模块、单片机控制系统、物联网信息交换模块、设备借还自动记录系统、远程控制模块、上位机信息处理显示模块。其中,环境信息检测模块包括温度、湿度、灯光等信息的检测和采集。签到门禁模块通过射频识别卡进行身份验证,来规范统筹实验室成员的签到记录和实验室的安全保障工作。单片机控制系统和物联网模块共同实现各个部分之间的控制和通信。设备借还记录系统通过射频识别和物联网联合构建而成,能够完整地记录每个设备的借还信息。远程控制模块主要由物联网来远程控制窗户、灯光的开关。

2远程节点设计

2.1门禁与签到模块设计

门禁与签到模块是实验室管理的基础组成部分,主要由物联网、单片机、上位机和射频识别构成。其中,射频识别是一种无线通信技术,可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。利用这一特点,可为每位实验室成员发放一专属成员卡,并且各成员卡均将发出不同的的电讯号,通过检测无线电信号的不同频率,来读取不同的成员信息,判断信息是否有效后将信息通过物联网传送到单片机进行数据处理,再由上位机给出结果展示。

2.2环境监测模块设计

实验室环境检测模块设计也将成为本次实用研究的重点内容。该模块在操作研发上,可以定时检测室内温湿度、光照强度和可燃气体浓度,并按照设定值提供自动调节。当可燃气体检测超标时就会发出警报。环境监测模块中各部分的功能解析可分述如下:1)温湿度检测。温湿度检测使用了DHT11温湿度传感器,这是一款自带已校准数字信号输出的温湿度传感器,该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。可以将传感器摆放到实验室中的多个位置,定时将采集的温湿度信息由ZigBee发送到单片机,单片机将采集值与设定值做出比较,从而自动选取调节温度或打开加湿器等操作。2)光照强度检测。人的眼睛由于瞳孔的调节作用,对于一定范围内的光辐射都能适应,但如果光辐射过强,就会对人们的正常生活和工作带来不利影响,并在一定限度上损害人体健康。为了避免如上研究问题,这里使用TEMT6000环境光传感器来实时检测实验室内的光照强度,当环境光亮度超标时,会及早提醒实验室人员调暗灯光。3)可燃气体检测。各类实验室中都会配备使用到一些酒精、化学试剂等物品,这就容易产生一些可燃性气体,当实验室内可燃性气体浓度过高时极易发生火灾。研究可知,MQ-9气体传感器对一氧化碳、甲烷、液化气的灵敏度较高,可以支持检测多种含一氧化碳及可燃性的气体,是一款适用于广泛背景场合的低成本传感器。这里使用MQ-9传感器,实时检测室内可燃性气体浓度,当浓度超标时会发出警报并自动打开窗户,能够有效预防火灾的发生。

2.3远程控制模块设计

远程控制模块的设计主要是为了智能化的便捷操作。例如,学生在离窗较远的地方想要开窗,将无需起身,只要通过远程控制,将开窗指令通过物联网发送到控制窗户的舵机就可打开窗户。另外,灯光由物联网控制继电器来调节,窗帘由物联网控制电机来实现,还可根据需要任意加入其他设备。

2.4设备借用模块设计

开放实验室的管理工作中,必须正视的一个关键问题就是如何保障借出的设备不致丢失。为解决此问题,这里主要使用了射频识别技术,为每台设备中装入一个RFID标签,如此处理后,每台设备就相当于有了特定的“电子身份证”。借出时,利用学生一卡通认证后,即可将借用者信息记录下来,当设备归还后再将借用记录自动清除。全程无需人工记录,不仅省时省力,还不会出现环节记录错误。

3物联网网络层设计

MCU与Linux电脑之间通过串口协议建立交互,MCU将传感器的数据发送到Linux电脑,Linux端电脑通过如下指令开启http服务器:sudoserviceapache2start。网页服务器成功开启后,实验室监控数据可以发布到公网上,从而可为跨平台多终端设备提供访问。安卓、IOS等操作系统的设备只要打开浏览器,输入Linux电脑的IP地址,即可查看物联网实验室的实时数据。Http服务器采用TCP/IPv6协议,拥有一个128位全球唯一的IP地址,由于ipv4地址紧缺,大部分ipv4网络都使用了NAT技术,基于此内网设备就都没有独立的公网IP。本系统网络层采用ipv6突破内网封锁,不同网段的设备都可以通过这个全球唯一的ipv6地址访问到系统。物联网是本次研究设计的通信中枢,将远程节点的数据通过物联网控制接收,并将接收到的数据发送到MCU,MCU对数据进行处理和分析后再通过物联网送回远程节点,完成动作。简单来说,就是为远程节点和MCU搭建一个无线的通信桥梁。

4物联网应用层设计

过程中,由于该系统采用了Http服务器,因此也采用了超文本标记语言HTML5研发网页程序,并使用css编写网页前端,利用Javascript编写网页交互程序,最后通过Python脚本链接到Mysql数据库,记录整理并得到了网页运营日志。

5结束语

实验室是当今高校建设的重要组成部分,随着科学的进步,开放和智能已然成为日后实验室的发展方向。在前期的调研过程中,发现一些高校实验室的管理水平仍属初级,并且实验室资源浪费严重。针对这一现状,本次设计通过物联网与射频识别技术的联合使用,实现了开放实验室的智能管理,有效地解决了部分实验室存在的人员记录、仪器借用和改造布线难等问题,优势合理地利用了实验室资源,从而大幅提升了设备的利用率。

参考文献:

[1]夏春琴.基于RFID的高校实验室管理系统设计与实现[D].苏州:苏州大学,2013.

[2]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.

[3]陈素琴.物联网数据采集系统统计[D].南京:南京邮电大学,2011.

[4]朱洪波,杨龙祥,朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2011,31(9):1-9.

[5]李君.实验室综合管理平台系统的设计与实现[D].青岛:中国海洋大学,2010.

[6]王为,王春潮,李小昱,等.关于开放式实验室建设的思考与探索[J].实验室研究与探索,2009,28(4):272-273,276.

[7]盛希宁,顾济华.基于ZigBee无线传感器网络的实验室监控系统设计[J].电子工程师,2007,33(9):67-69,73.

[8]昂志敏,金海红,范之国,等.基于ZigBee的无线传感器网络节点的设计与通信实现[J].现代电子技术,2007(10):47-49,57.

[9]瞿雷,刘盛德,胡咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

[10]曾锐,徐朝军.开放实验室管理理念及实现[J].实验室研究与探索,2002,21(3):108-109,112.

[11]毕立祥,杜守旭.加强仪器设备管理,提高设备使用效益[J].实验室研究与探索,2001,20(5):124-126.

作者:柳春晓;柴雷刚;杨旭;杨斐;吕宁;郑齐操 单位:天津职业技术师范大学

浅谈开放实验室管理系统设计责任编辑:张雨    阅读:人次