基于物联网的实验室管理研究

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摘要:物联网技术近年来受到了社会各界的广泛关注，随着物联网应用产品的大量实现，智能实验室的实现也不再遥远。这种新型实验室管理系统的最主要目标就是实现实验室的自动化、网络化、信息化、智能化和实时化，大大降低了人员费用的开支，这将从根本上改变我国高校一贯运用传统的方法来管理实验室的局面。该文提出了一些物联网的基本技术，并利用无线传感器网络技术、射频识别技术等简单设计了一个基于物联网的实验室管理方案。

关键词:物联网;实验室建设;传感器;RFID芯片;探究

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。

作者:徐晓坷 陈惠明 李玉荣 单位:南京林业大学

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.

［6］魏衍亮.国外企业对医疗RFID芯片的专利化经营及其借鉴［J］.自动识别技术与应用，2005(3):36－37.

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