物联网实验室大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇物联网实验室范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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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.

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中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0182-01

1 物联网专业实验室的目标与要求

1.1 物联网实验室建设目标

高校应以“把握发展趋势，提高应用能力”为目标，提出基于物联网信息平台的智能化实验室解决方案，其意义在于：提高教学科研水平，提高学生应用能力，促进学生就业，提升学校竞争力。

高校面向基础性教学实验、面向行业综合应用性实验、面向学校科研项目开发性平台为目的，促进物联网实训室的建设。以实训室为基础，联合各方力量，促进物联教学的发展、物联网人才的培养。

1.2 实验室物联网人才培养

物联网是计算机科学与技术、网络工程、电子技术、信息工程、通信工程及其两边缘科学交叉渗透、相互融合的基础上发展起来的一门新型应用型学科。专业立足于计算机专业类知识培养体系，注重学生基础知识掌握、综合素质的提高和应用创新能力培养。以物联网技术为基础，研究从感知层（包括传感器、射频识别、核心控制等）到网络层（包括传感网络、通信系统、计算机网络等）再到以面向产业和行业应用的应用层相关的理论和工程应用问题，重点突出实践能力和应用创新能力的培养。注重培养能适应物联网工程所涉及的多学科发展需求的新型创新人才，为我国以物联网和传感网为代表的下一代信息技术新兴产业发展输送急需的开发、管理、生产等人才。

2 物联网实验室具体建设方案

2.1 物联网应用实训室（能应用）

物联网应用实训室以物联网工程信息平台为核心，构建融合有线IP网、宽带无线局域网、光载无线技术、无线传感网络、嵌入式设备以及系统软件和应用软件于一体的物联网无线WiFi及传感网络实验平台。各种接入设备（传感器件、控制器件、移动终端、教学电脑等）都可以无线接入物联网工程信息平台，成为物联网实验设备的一部分，构建物联网的感知层；系统通过统一的物联网信息中心，完成数据的存储、分析和应用。应用可以根据学校的专业建设方向进行选择，以满足物联网专业建设的定方向，能应用。

2.1 物联网信息平台（定方向）

1.物联网信息平台简介

物联网信息平台是物联网实验室整体解决方案的核心和基础，将实验箱、实验套件、物联网综合应用系统（智能家居、智慧实验室、智能物流、智能工业、智慧超市等）等接入统一的物联网信息平台，实现多课程、跨实验设备、多系统的综合应用实训，同时，智能手机、平板电脑、第三方实验设备等智能终端和设备也可接入物联网信息平台，成为实验设备的一部分，从而大大改变实验的形式、效果和内容。

2.平台应用的DIY

物联网信息平台的接入采用标准计算机网络协议（TCP/IP），方便智能设备的移动接入，同时系统预留外网接口，提供学生本地、远程网络访问实验室系统，开展本地/远程网络实验。

物联网信息平台配置数据服务器，提供远程网络授权访问，支持资料下载、远程实验和远程授课、学习。

3.提供教师物联网科研平台

物联网信息平台提供一个开放的专业平台，包括硬件资源、网络资源、软件资源，是教师和学生开展物联网相关科研的极好平台，可以开展感知层基础研究、分布式天线系统研究、无线网络分布研究、室内定位研究、分布式数据库和云计算研究、以及应用系统研究。

2.2 物联网基础教学实验室（宽基础）

基础教学的核心课程以物联网网络体系、射频识别和无线传感器网络为主要教学课程，可通过学习和实验掌握物联网最基本网络和无线射频技术知识，为后续的物联网应用实训打好扎实的理论基础，满足物联网专业建设中的“宽基础”的教学。

（1）物联网开发应用实验箱（能应用）

该实验箱包括种类丰富的感知层设备和网络层接入设备，以及采用Cortex-A8体系处理器的嵌入式开发板为数据网关，配合物联网信息平台所搭建的无线WiFi网络平台以及配套的应用软件，学生可以直观地感受和学习到物联网所涉及的知识，为接下来的专业知识学习打下良好的基础。

产品应具备功能与特点。

1.传感器种类丰富应涵盖了电容式传感器、电阻式传感器、光敏传感器、气敏传感器等10余种不同种类的传感器。

2.实验箱搭配高效能Cortex-A8开发板搭载Android操作系统，学生可在本地对采集数据进行处理。

3.实验箱提供了物联网中间件技术相关章节，提供了完整的设备指导学生动手做出串口WiFi中间件，了解中间件在物联网中所起到的承上启下的作用。

4.完整详尽的实验指导书，源码详细注释并且完全开放方便学生学习和二次开发。

5.实验箱上的每个节点留有丰富的外设接口，方便后续外设扩充需要。

（2）RFID实验箱简介

实验箱应囊括业界普遍使用的四款RFID模块即低频（LF）RFID模块，高频（HF）RFID模块。特高频（UHF）RFID模块以及2.4G微波模块，实验课程重点放在对于各频段RFID模块的管理、控制以及上位机程序的应用开发上。学生们可以利用开放的通讯协议，使用多种编程语言（C/C++，JAVA等）编写上位机应用程序与RFID模块进行数据的采集交互。于此同时结合联网信息平台提供的网络平台，可以实现多个实验箱之间的互联互通，从而模拟出诸如仓储物流等RFID广泛覆盖的行业应用场景。

产品应具备特点与功能。

1.实验箱应集成了RFID技术所涉及低频、高频、特高频以及2.4G微波四种RFID模块，无需额外采购其他模块。

2.提供各个模块的完整的通信协议，学生可以直接通过协议接口利用多种编程语言与模块进行数据交换。

3.实验箱搭配WiFi模块可以直接接入物联网信息平台，真正实现实验箱与实验箱之间的互联互通。

4.实验箱应配套有丰富的设备（蜂鸣器、数码管、矩阵键盘、LED灯）。

3 应用技术型大学实验室建设的思考

由于高校扩招的原因，目前2015年的应届高校毕业生突破700万人，对就业市场是一个很大的压力，但是市场对人才的需求反而得不到满足，其原因是很多高校的人才培养与市场人才的需求不一致。就以目前的独立学院为例，其毕业生最欠缺的能力就是实践动手能力。而用人单位对独立学院的毕业生最看中的也就是这个能力。所以目前应用型高校应向技术型大学转变。转型最关键在于对技术学生的动手能力的培养，学生动手能力的培养最关键硬件设备就是高校实验与实训室的建设，所以对于应用技术型大学的物联网实验室建设改革也迫在眉睫。

参考文献

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中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0039-02

2016年2月，国务院针对城市交通阻塞问题提出了“街区制”的解决方案，提出居民小区和企事业大院应逐步向社会开放，优化城市路网，提高城市的交通效率。2016年7月，中国人民大学，北京航空航天大学，中国政法大学等多所北京高校率先开放校园道路，以促进区域交通微循环，减少过往车辆绕校园的现象，被社会媒体解读为“大学拆墙”。很显然，随着中国高校从上世纪五十年代的“大院制”向世界名校“街区制”的发展趋势，中国高校将呈现开放式办学的全新姿态，向社会提供了交通资源、教学资源、实验资源与科研资源，这是当前中国高校开放式办学的宏观背景[1]。

随着普通高校对教学目标的重定位，特别是各类工程院校意识到培养应用型人才才能响应中国生产力提升的需求，能解决学生就业难问题，因此提出了多种新型的实践教学法，与生产需求挂钩，请企业工程师担任实践教师，围绕着生产问题而布置学习内容[2]。这样实验室从传统的理论教师安排实验项目，转变为学生根据生产需求，在实践教师的引导下，自发申请实验项目。理论教师根据学生申请，安排实验室开放时间和开放项目，学生可以在指定的时间，在企业工程师、理论教师的共同指导下开展实验。这是当前中国高校开放式办学的微观背景[3]。

综上所述，在中国高校开放式办学的需求下，高校的实验楼周边人群复杂，实验室利用率提高，实验安排繁忙，实验项目从风险可控的验证型实验向不可预见结果的研究型、设计型实验转变，从而形成了越来越难以掌控的实验室安防态势。在复杂的实验室开放环境下，一旦发生实验室突发事件时，因为校保卫处和保安公司对实验室情况不熟悉，采取错误的应对措施，就会引发严重的事故。因此在实验室事故发生时，需要采用先进科技判明事故类型，查询最佳处置预案，把事故详情通知实验室的责任人，把处置预案告知保安，并调集实验室师生前往支援。针对这一需求，应用“感知层、网络层、应用层”三层开发架构，设计了一个开放实验室物联网安防系统，将能有效地控制突发事故时的经济损失和人员伤亡[4]。

1 物联网架构的设计

本设计在实验室前端安装了各种传感器，以实现事件类型的感知。一般来说，门磁传感器被布置成有线的形式，可检测门窗在未开放时段被异常打开的突发事件；有毒气体传感器布置成有线的形式，安装于化学实验室的操作台，用于检测实验过程中操作流程错误导致的毒气泄露事件；可燃气体传感器布置成有线的形式，安装于可燃气体管道附近，用于检测实验后未关闭气管的事件；RFID传感器布置成有线的形式，分为两种，一种是915Mhz的10m距离的读卡器，用于检测贵重设备是否被带出特定实验室，一种为13.56Mhz的IC卡门禁读卡器，配合门磁传感器，可用于非法入侵实验室事件；人体红外热释电传感器布置成无线的形式，布置在交通要道处，将随着实验楼承担不同的研究任务而导致人流热点区域改变即时调整位置，可以用于检测实验楼各区域的繁忙态势，大数据分析表明，实验室的安全事故和使用人流量存在着一定的相关性；撞击传感器布置成无线的形式，用于检测敏感区域破坏墙、门、窗的事件；爆炸传感器也布置成无线形式，用于在发生爆炸事故时，分析爆炸区域和规模，快速计算疏散路径的用途；摄像头采用串口通讯的方式，用于获取突发事件发生瞬间的图像信息，以便云端可以人工检查事件类型，减少误报事故，同时事故瞬间相片也能让实验室负责老师在第一时间了解实验室的真实状态，更好指导保安采取正确的处置措施[5]。在每个实验室内各种传感器的后端，布置MCU（Micro Controller Unit）模块。MCU通过有线和无线的方式，收集传感器监测到的突发事件[6]。

在网络层，MCU把突发事件编码，拼接成“房间号，事件号”字符串，通过3G Modem，应用Socket通讯技术向云安防中心发送字符串。在实验室突发事件的同时，MCU向摄像头发出拍照指令，得到事故瞬间相片。MCU通过3G Modem，将事故现场相片上传云应用层的安防中心。随后，MCU也将报警以短信形式发送给实验室的负责教师，将事故图像以彩信的方式发送给实验室负责教师。

物联网的应用层也称为“云端”，保卫处在云端建设安防中心，收到各实验室MCU发来的报警信息后。第一步，先呼叫当班保安立即前往事故现象查看。第二步，在预案数据库检索相应的应对措施，调取师生安全员的联系方式，对所有师生安全员群发事故短信，并拨打师生安全员手机，要求师生安全员到现场协助保安处置事故。第三步，向保卫处领导，实验室相关院系领导，学校分管领导汇报警情，以备事件难以控制时，能更加有效地组织施救团队，以及大规模调动应急物资。

2 硬件开发

在本系统中，感知层有较多的硬件开发工作。每个实验室的核心MCU都要外接十多个传感器，还需要连接“3G MODEM”。因此选择飞思卡尔公司的“MC68HC908GP32”芯片，可外接最多33个传感器，也可通过“MAX232”芯片发送AT指令，从而控制串口上的“3G MODEM”。“3G MODEM”选择华为公司生产的“GTM 900C”，因为内嵌了“TCP/IP”协议，使得图像上传和彩信发送较容易实现。摄像头选择深圳市高信通电子有限公司生产“GXT-Y101”的模块，其特点是可以通过串口接受MCU发出的拍照指令，又能压缩图像为JPEG格式，减少串口通讯耗时。

网络层的通讯工作主要由“GTM 900C”模块承担，内置了“增强AT指令集”，因此具有较强大的Socket通讯、短信发送、图像传递、彩信发送的功能。实验表明，在传递“房间号，事件号”短信时，只需耗时4s，以彩信的方式传递一张50 kB事故实时图像，只需耗时30s。

以MCU上传事故图像为例，完整步骤如下：（1）MCU通过IO脚检测到传感器事件；（2）MCU通过串口1，向传感器同房间的摄像头发送拍照指令“5600360100”，摄像头完成事件瞬间的图像的感知工作；（3）MCU向摄像头发出“5600340100”指令，即要求摄像头返回照片的数据长度；（4）MCU发出“5600320C000A000000000000A4B90010”，即要求阅读摄像头的此时长度为“A4B9”的图像；（5）MCU收到图像后，发出指令“5600360103”，摄像头又恢复到待机状态；（6）MCU通过IO脚虚拟的串口2，向“GTM 900C”发送“AT+CGDCONT = 1， "IP"， "CMNET"”指令，完成APN配置工作；（7） MCU向“GTM 900C”发送“AT%ETCPIP = "user"， "pw"”，完成TCP/IP通讯的状态设置；（8）MCU向“GTM 900C”发送“AT%IPOPEN = "UDP"， "xxx.xxx.xxx.xxx"， 1800，， 1237”完成UDP的设置，即用本地的1237端口与互联网上的xxx.xxx.xxx.xxx的IP地址上的1800端口发起通讯，建立UDP连接；（9） MCU向“GTM 900C”发送“AT%IPSEND = "（图像数据）"”，完成事故图像向云端的安防中心的上传，传递50 kB的事故图像约18s；（10） MCU向“GTM 900C”发送“AT%IPCLOSE”，通知“GTM 900C”切断UDP连接，进入待机状态。

3 云端软件开发

云端安防中心模块结构见图1，云端通过WINSOCK模块接收各实验室的门禁信息，通过WINSOCK模块接收各实验室的突发事件传感器信息和现场图像，通过一个“GTM 900C”模块群发调度指令给当班的保安，要求大楼保安和巡逻保安赶往出事地点，也可通过保安的手机移动APP实现对保安的调度。计算服务器接着按“房间号”、“事件号”为查询关键词，在SQL SERVER数据库搜索相应的“处置预案”，并从处置预案中获得师生安全员的联系方式，通过第二个“GTM 900C”模块向师生安全员和保安群发处置预案，要求各人员严格按处置预案开展应急措施，避免事故扩大或造成应急人员伤亡。最后实现彩信群发，向所有应急人员现场照片，让应急人员对现场内部状态有较准确了解。

如果学校规模较大，或是要将教室、办公室也纳入安防监控体系，可以通过增加计算服务器来提高指令的效率。把各计算服务器布置成并行作业的状态，每一台计算服务器都具有应急指挥的完全能力，每台计算服务器在下达应急指令过程中，从空闲状态转变为繁忙状态，由其他空闲计算服务器来响应新的事故报警。该设计使得云端具有同时应对多个事故的指挥能力，而且即使若干计算服务器突然损坏，也不会导致应急指挥的中断。实践证明，每三百个实验室、教室、办公室配置一台计算服务器，在多起突发事件同时发生时，云端仍然具有多点扑救的指挥能力。

4 结论

系统在南京理工大学紫金学院进行了测试。紫金学院采用了“项目教学法”来培养应用型人才，应用了“任务引领，实践导向”的教学思想，学生在企业实践教师的指导下，根据生产需求，自行设计了各种全新的实验项目，传统实验室管理方法无法适应实践教学的新需求。应用了基于物联网的实验室安防系统后，即使实验项目日趋复杂，也能按传感器类型对突发事件进行有效地分类，调取匹配的处置预案，更精准地指挥保安和师生安全员应对实验室事故。而且在平时，实验室安防系统可以从门磁传感器数据统计实验室的实验教学的情况，根据IC卡门禁读卡器数据计算学生实践学时和教师的实践课时，通过热释电传感器了解实验大楼的人群分布，及时调整巡逻保安的巡防区域。所以本系统不仅仅能发挥安防应急指挥的作用，也能加强实践教学的管理。

参考文献：

[1] 贯雪英. 项目管理理念应用于高中英语教学的可行性分析[J]. 学周刊， 2016（8）.

[2] 丁玉波， 王全英， 刘军帅等. 论高职油气储运技术专业的专业定位与人才培养规格[J]. 天津职业院校联合学报， 2016， 18（2）.

[3] 林宇洪， 陈清耀， 巫志龙等. 基于物联网的实验室安防报警器设计[J]. 江西科技师范大学学报， 2015（6）.

篇（4）

引言

在学校“智慧校园”口号的推动下，高校教育得到了蓬勃的发展，国家和地方政府也加大了对高校教育的投入，高校办学规模也不断扩大。为了适应高校不断扩大的办学规模，学校在注重软件建设的同时，硬件建设上也投入了重金，尤其是高校实验室建设成为规模建设中的重点，仪器和设备不光在数目上有了很大的提高，而且在种类上也得到了极大的满足，如此多的仪器和设备，尤其是一些精密高端的上百万的仪器，传统的管理方式已经无法满足管理部门以及师生对实验室管理的需求。再加上现如今高校在实验室管理过程中还面临多个校区的问题，这些设备和仪器可能分散在各个校区，这也给实验室的日常管理增加了难度[1]。如何妥善保管，提高设备的管理效率，如何合理提高设备的利用率，更安全、合理、高效地将实验室发挥到最大功效，成为高校实验室管理过程中亟待解决的问题。因此，管理部门需要改进之前的管理模式，将这些设备和仪器充分合理地利用起来，一方面为全校师生服务，另一方面也给实验室管理员带来了便利。

现如今，随着RFID技术的不断成熟与完善以及RFID设备市场本身的开发，RFID设备的成本更加趋于合理，利用RFID技术为高校实验室管理带来便捷成为一种可能。

1.目前高校实验室管理现状

传统的高校实验室管理大多采用人工管理方式，设备和仪器采用标签条形码的方式逐条扫描，每年新购设备或仪器时，都要进行标签粘贴，逐条扫描，工作量相当大。由于标签自身容易脱落的缺点，几乎每年都要重新粘贴新的标签，而且标签只包含设备或仪器的名称、型号等简单信息，在实际使用中工作量大，问题较多。

在设备和仪器的清点过程中，毕竟是人工操作，容易造成遗漏或重复登记的情况，造成资产清查难。在设备和仪器使用过程中，无法实时掌握各种设备和仪器的使用状况，无法了解利用率，无法妥善保管。由于无法做到实时掌握设备或仪器的使用情况，也就无法及时进行维修或报废，容易造成教学或实验过程中的安全事故。

2.物联网RFID技术

物联网[2-5]是新一代信息技术的发展产物，是利用局域网或互联网等通信手段把传感器、控制器、设备、人、物等相关联的网络，具有信息化、互联化、智能化等特点。物联网RFID技术就是将实验室所有物品通过无线射频识别等传感器与网络互联起来，实现对物品的智能化管理。

RFID技术[6-10]即射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术，由电子标签、阅读器、天线和应用系统四个部分组成。其重要的原理是阅读器通过耦合原件发出一定频率的射频信号，当贴有电子标签的物品进入可识别区域，再将贴有电子标签的物品信息传输给阅读器进行读取，实现对物品的自动识别。

RFID技术特征包括：

①数据采集快速化。由于电子标签里存储着设备和仪器的各种信息，在射频信号覆盖的范围内，设备和仪器无需接触就可以通过自身内置的RFID电子标签获取信息，实现了数据采集的快速化。

②数据读取能力强。由于实验室中设备和仪器较多，RFID阅读器可同时识别和读取多个设备和仪器，而且可反复读写，穿透性强。

③数据信息适应强。由于RFID电子标签具有防水、耐高温的特点，具有超强的环境适应性。

RFID技术被广泛应用于交通系统、生产管理、跟踪和跟踪等。如今，RFID已经吸引更多从事行业和学术研究的人在探索。

3.物联网RFID技术在实验室管理系统的构建

3.1 系统总体设计

物联网RFID技术的实验室管理系统采用三层B/S体系结构[11-12]，并且采用JAVA的编程原理，服务器采用WEB方式进行开发与维护，客户端通过浏览器访问。系统在开发过程中，采用模块化结构，有利于各功能的完善与可扩展。

图1 物联网RFID技术实验室管理系统总体结构图

3.2 系统功能模块介绍

3.2.1 系统管理模块

系统管理模块在整个系统中占据重要地位，主要负责对系统的设置，数据的管理，实验室管理和用户管理。系统的设置主要包括对系统的初始化、维护与升级。数据的管理主要指对数据库的管理。系统在运行过程中需要实时对数据进行备份、更新，有时还需要进行还原。该模块主要是对数据库的管理，还包括对系统中用户的身份授权。

3.2.2 数据管理模块

该模块主要是对RFID标签数据进行管理与维护。主要包括数据库的管理、用户登录管理、数据连接模块管理以及数据维护管理等子模块。

3.2.3 设备管理模块

该模块是整个管理系统的基础模块，它包括设备信息管理、设备使用周期、实验室房间、大型仪器、设备查询五个子模块。不同身份的用户在登录时可以进行不同权限的操作。管理员可以通过RFID阅读器将读取到的新的设备信息传到数据库，进行设备出入库等操作，而一般用户可以进行各项查询操作，包括设备的信息，设备的使用情况，实验室房间，大型仪器的共享等。其中大型仪器的共享实现了资源的合理使用。

3.2.4 RFID管理模块

该模块主要是通过RFID设备对实验室进行门禁管理、数据管理。RFID低频读写器采用13.56MHz读写设备及人员信息，RFID高频读写器采用862-928 MHz批量读取信息，低频标签采用X-RFID，高频标签采用XCRT-804，本系统中采用的是915MHZ超高频电子标签、DT9020-UHF超高频中距离RFID阅读器。本系统采用的RFID电子标签和读写器如图2所示。

根据RFID读写器读写功能模块设计要求，RFID读写器采用异步半双工读写数据。本系统设计的RFID读写器读写数据流程图如图3所示。

图2 RFID电子标签、读写器

图3 RFID读写器数据流程图

在这个模块中，以RFID技术为核心，配以红外线感应和网络摄像机等设备进行实验室扫描，避免了传统摄像机有死角缺点，更安全、更智能化。

3.3 系统分析

使用物联网RFID技术的实验室管理系统实现了实验室24小时不间歇、无死角的监控，真正做到了稳固的安防系统。使用RFID电子标签，使得设备的地理位置被弱化，更加注重了管理过程中的逻辑关系，这样通过数据库的实时更新，可以实时地掌握设备的当前状态和存放的地理位置，实现了实验室高效、合理、智能化管理。

4.系统特色与总结

物联网RFID技术的实验室管理系统，改变了过去人工操作的管理模式，取代了传统的条形码逐条录入方式，实现了高效、合理、智能化管理。其系统采用了RFID技术，有自己的系统特色。

①数据处理方式更快捷。本系统采用RFID技术进行数据的采集、读写，而且可以批量读写，反复读写，比传统的手工录入方式相比，处理更快捷。

②智能化。整个过程中，无需人工干预太多，RFID设备自动识别，自动读写，然后将数据传送到数据库，一切皆智能化。

③实时监控。采用物联网RFID技术和红外感应设备等，实时监控，全方位，不间歇，而且数据传送同步，真正意义上的实时监控。

本文所构建的物联网RFID技术的实验室管理系统，减轻了工作人员的工作强度，简化了管理流程，实现了管理的高效、合理、智能化。

随着RFID电子标签技术的发展，射频识别的读写也面临着巨大的考验，如何突破RFID各标签阅读时防碰撞也是急需解决的问题。本文所构建的物联网RFID技术的实验室管理系统还处于调试阶段，有待今后的改进与完善。

参考文献

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篇（5）

化工化学实验室属于开放性场所,人流量大,化学相关物品多且杂,采用人工管理方式具有很大难度。与此同时,实验室管理人员还需要做好数据保存、调试仪器、统计设备数量以及检修保养设备等工作。人工管理会受到多方面不确定因素影响,非常容易出现操作失误等情况,导致管理效率难以提升。而引入物联网技术,可以实现智能化、数字化管理,提升管理水平的同时,也使得管理人员自身安全以及实验室内的财物安全得到保障。

1物联网技术概述

物联网建立在GPS定位系统、射频识别技术、红外感应系统、激光扫描等设备基础上,利用当中的传感器,按照相关协议,促使互联网与实物之间进行连接,从而实现信息之间的互换、交流,为工作人员提供准确的实物定位、有效识别并进行跟踪,进而实现智能管理的目的[1]。在物联网技术中,传感器技术、嵌入式技术是其中最为关键的技术。在计算机技术运用过程中,传感器技术发挥了重要的基础性作用。目前,传感器技术已经发展为智能传感器,可以实现自动诊断、测量多参数,同时,也可以发挥网络通信等功能。其中射频识别系统就是该技术的一种,应用该技术可以对物品进行自动识别,在物流运输管理行业中发挥了重要作用。而嵌入式技术也得到了飞速发展,比如导航系统、数字电视、多媒体终端设备、手机等。

2物联网技术在化学化工实验室安全管理中的应用实践

2.1实验室物资管理

从传统化学化工实验室物品管理方式看,无论是药品还是耗材,主要是以贴标签方法为主,利用人工操作的方式,在标签中记录相关设备的购买日期、使用、保养等情况,统计化学药品,同时,为了便于管理,会打印出药品的清单贴在药品柜上。此种实验室管理方式可以较为直观的看到相关物品情况。但不足之处便是,标签容易破损,也不容易保存,同时,增加了管理人员的工作量,不利于提升工作效率。对此,可以引入物联网技术,借助无线射频技术实现智能化物资管理,在该技术作用下,可以利用电子标签,记录对应的化学药品具体信息,其中包含了药品使用情况、剩余情况等。在无线射频系统中,天线是其中最为关键的部分,其主要职责就是接收、传输信号,经过处理后传输到读写器中[3]。此外,利用电子标签的方式,还可以实现动态管理实验室资产,比如,实验室设备购入日期、分配调拨以及维修保养等具体信息通过智能化管理,有利于提升化学化工实验室管理水平、工作效率。同时,也可以实现动态监测,帮助管理人员随时掌握设备情况,为后续安全管理打好基础。

2.2实验室安全管理

2.2.1监测实验室温湿度。化学化工实验室内的物资具有一定的特殊性,当中部分化学药品还属于高危物品,所以,对室内环境具有较高的要求,比如服务器、X射线衍射仪、红外光谱仪等设备,必须满足一定的通风性。同时,室内湿度、温度都要达到设备存放标准,主要是因为高温、湿度环境会严重影响其散热情况,造成仪器损坏[4]。而一些强碱性化学药品,如果处于高湿度环境中,会因为其吸水性作用,导致重量发生变化,直接影响后续实验准确性。为解决上述问题,有必要采用物联网技术,利用远程监控系统,实时掌握、调节实验室的温湿度[5]。基于物联网技术下的远程监控系统,包含了温湿度采集系统、数据处理系统、数据传输系统。系统将获取到的数据,借助路由器,实时传回到电脑、手机客户端,给管理人员掌握实验室环境提供帮助。其中温湿度采集系统,涉及温度以及湿度传感器和不同节点模块,而后经过温湿度数据传输系统[6],输送到数据处理系统中,在服务器与户端之间的数据信息的交互,最终得到温湿度数据。实验室管理人员可依托局域网,通过手机随时查看温湿度数据,进而实现有效监测,保证实验室安全[7]。2.2.2实施实验室火灾监测。如果化学化工实验室不慎出现火灾、爆炸等事故,将会严重危害到实验室财物安全、人员安全,导致不可逆的严重后果,对周围环境造成严重影响。因此,必须要对实验室实施火灾预警监测[8]。一般情况下,为达到火灾预警的目的,会采用安装烟雾报警器的方法,但对于实验室无人的情况,此种烟雾报警器并不能较好的起到报警作用[9]。对此,可以引入物联网技术,监测实验室火灾情况,如果发生火灾,会进行声光报警,同时,管理人员的手机、电脑都会同时收到报警信息,从而及时实施救火。在物联网技术作用下,系统会将火灾报警信息直接发送到就近消防站,以便及时救援,将财产损失、人员伤亡降到最低。依托物联网技术的新型火灾报警器,在火灾报警器中融入了GSM模块或者网络,一旦监测到实验室内发生火灾,系统的温度传感器或者烟雾传感器,会及时获得感知,并向火灾探测器传输数据。经过火灾探测器分析后,确定为火灾,该系统便会直接发出声光火灾报警,此时,新型火灾报警器的控制器会直接向网络发送火灾报警数据,实验室管理人员手机、消防站进而会接收到具体的火灾情报,从而第一时间实施救援,降低火灾损失[10]。

篇（6）

2 我国高校实验室管理的现状分析

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。

篇（7）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 16-0107-01

2010年2月，教育部办公厅向各省、自治区、直辖市教育厅（?教委），部属各高等学校下发了《关于战略性新兴相关专业申报和审批工作的通知》[1]。通知中强调要在现有国情教育中加大物联网人才培养力度，对高校支持并鼓励从课程教学的各个环节中入手包括课堂理论、教学手段、管理方法等去培养战略性人才。我国高职院校的物联网专业目前正处于发展初期。物联网专业课程体系尚不完备，缺少专业的教师。教材的选取更是余地很小。在实验室的建立问题上更是迫在眉睫。基于这样的一系列问题，本文根据笔者作为从事物联网专业教学的教师，对高职院校目前在物联网专业实验室的建设方面进行一些分析。

一、物联网专业在我校的人才培养目标定位

我校是建筑相关专业为主，故此物联网专业范围的定位也以建筑物智能化物联体系为主。培养具有智能楼宇建筑物联网的设计、施工调试、概预算及信息平台的系统集成与管理等方面的知识和能力，能在智能楼宇建筑物联网的建设应用中从事设计、施工调试、概预算、系统维护和信息化管理等方面的工作的岗位负责人和高级技能型技术人才。目前采用工学结合校企合作“2+1”人才培养模式，校内学习两年，最后一年到企业顶岗实习；实行准就业制度，实习企业对综合考核合格的实习学生直接签订就业协议；专业课程设置紧密贴近职业岗位需求，用什么就教什么；教学方法突出对学生职业技能的训练，多采用现场教学，利用真实或仿真的学习环境，培养学生的动手实践能力；具备进行智能建筑物联网系统的设计及设备维护、运行与管理的能力；实行“多证”教学，学生在校期间，通过相关培训和考核，可获得新楼宇管理师、造价员、质检员、安全员、内业资料员等物联网相关职业技能证书。为物联网专业人才奠定的扎实的理论与实践基础。

二、物联网实训室的建立

三、物联网实训室未来发展构想

根据我校现有物联网已有资源及相关专业实训室的共同构成，在今后的发展方向上可以充分发展几个方面。第一，在现有资源的充分利用之上再积极自主研发相关实训设备、节能减排、降低教学成本，为学校减负。第二，引入其他相关专业（比如计算机专业的）教师共同参与软件研发，研制符合我校的教学模式在物联网实训中的软件。第三采用学校主导方向，邀请企业共建的模式全程合作。这样可以在教学中充分共享物联网相关信息技术企业的最新资源，定期邀请企业专家来校辅导讲座；同时还可以为企业订单培养人才，加快物联网专业的发展。

四、结束语

目前各大高校都在积极的探索物联网专业的开展，在我们高职院校中物联网的开展更应该是注重实践，在实训室的建立上更应该是增强学生的动手能力为主。让学生在实践中真正能够得到锻炼。

篇（8）

把物联网用于实验室管理可以以物联网三层结构为基础进行分析研究。感知层相当于实验室管理工作的获取信息的手段或者设备，如：射频识别RFID标签、扫描枪以及条形码。网络层是一种支撑平台，它用于支撑实验管理室的智能化与信息化。应用层则用于实现管理实验室的计算机智能化与信息化，实现实验室的软硬件资源共享与优化配置，并且提供物理信息融合系统、云计算与物联网应用开发服务平台。在物联网的三层结构基础上，把实验室管理与物联网结合在一起的过程中还存在许多的困难与障碍。只有明确这些要面临的问题，并且能合理改善现有的资源去克服问题，才能更有效的为以物联网为基础的实验室管理模式提供便捷。

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。

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篇（9）

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0213-01

实验教学是高校教学中的重要环节，随着计算机的普及和多领域的应用，高校对实验室计算机等资源的大量增置，实验室拥有的更大的规模和更多的软、硬件。为了适应高校的发展和教学要求，应该加强实验室的信息化建设与管理，从而减少过多的维护和管理成本[1]。

一、背景与概念

实验室管理系统（Laboratory Information Management System，LIMS）是指通过计算机技术、信息技术和网络技术对实验室的各种资源和信息进行科学化管理的一种计算机软、硬件系统[2]。随着网络技术的发展，实验室管理信息系统已经从最初针对单个用户设计的简单的终端/主机结构以及客户机/服务器结构逐步发展到现在的基于统一浏览器界和以WEB 服务器为中心的分布式管理系统[3]。

物联网则是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段（Internet of things IOT）[4]。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，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；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[5]。

本文提出一种利用物联网技术提升实验室信息管理的智能性与科学化的方法，基于现有管理系统进行增加接口和部分硬件，实现了实验室软件和硬件物与物相连并进行统筹管理。

二、系统框架

利用J2EE技术的实验室管理系统能够有效继承传统的实验室管理技术[2]，同时基于 B/S 模式开发，能够支撑和具备强大的功能性、可扩展性以及维护性，可以更好地解决实验室存在的各种矛盾和问题。通过结合计算机硬件技术、计算机软件技术、计算机网络技术、数据库技术和相应的高校管理体系，相应的信息系统能够更加科学和智能化。

SSH（Struts2、Spring、Hibernate）的框架[6]实现了前端视图、中间层控制器与后端模型的彻底分离，而且也实现了业务逻辑层与持久层的分离，通过这样的方式实现系统，使得不同模型不同层次之间的耦合度较低，模块内部之间内聚性较高，即使前端应用发生了变化，模型也只需要较小的改动就能够适应新的需求，同时数据库的变化也只是在后台操作，不会对前端的应用产生影响，大大提高程序的可复用性以及程序的开发效率。

引入物联网系统的实验室管理系统应能继承原有系统，同时支持与物联网设备（传感器等）进行交互。

三、系统设计

当前互联网的逐步发展，采用B/S架构会更加通用，能够支持所有操作系统PC访问，同时也能够支持简单的移动终端进行交互。

系统包括应用服务器、传感器网关、传感器节点等组成。主要系统设计图如图1所示：

其中GW为传感器网关，其网络框架图如图2所示。节点分为具有路由功能的节点（Router）、没有路由功能的节点（End Device）和汇聚节点（Sink），每个节点都可搭载多个传感器或控制器或者。不搭载传感器或去控制器。传感器和控制器之间存在N：N的绑定关系。每个Zigbee网络中只有一个汇聚节点，Zigbee网络之间并不通讯。网关设备（Gateway）是连接汇聚节点和服务器的设备，一个网关设备可以同时管理多个Sink节点，服务器可管理多个网关设备。

网关与应用服务器之间通信报文定义如下：

每条消息都由上述四个部分组成，其中消息头、地址域和消息校验字节为固定长度，消息体根据承载的不同数据，长度可变。

四、系统实现

根据系统框架与设计，完成数据的采集与展示，同时根据专家算法对实验室当前的状态进行评估给出建议决策。

其中可以通过RFID、温湿度、人体感应一系列传感器，从而如图4所示自动收集实验室信息和对应数据，从而形成实验室数据仓库，通过提供算法接口，邀请专家增加算法的形式，定期对数据进行分析，从而形成阶段性评估。

普通的实验室硬件和软件亦可通过二维码和人工录入等形式对硬件进行一一标识，如图5所示针对硬件问题和硬件使用申请通过模板提交对应的处理即可完成。

五、 结语

物联网化的实验室管理信息系统能够更好将实验室的物理硬件和重要软件进行合理划分与调度，从而实现科学管理。同时通过传感器的数据采集，能够对实验室的环境进行管理，从而使得实验室的利用更加科学化，有效提升实验教学的质量。

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篇（10）

为了适用开放式实验教学，很多高校都开放物理实验室，早期采用人工进行实验室开放，或采用单机版的管理软件进行开放管理，这些管理方式存在工作烦琐，效率低下等弊端。例如，学生不能及时了解开放性实验内容以及实验时间的信息；学生必须到实验室去预约，由实验室教师登记等。近年来，随着网络信息技术的发展，针对开放实验室智能化管理需求，从不同角度出发，也提出了许多开放实验室信息管理系统方案，如机房自动管理系统等，这些方案在实验室信息管理、人员管理、设备管理、实验项目管理、预约管理、系统管理、统计报表等方面，不同程度实现了实验室的信息化管理，尽管如此，但除了计算机机房以外，其它开放普通实验室，由于没有计算机及网络设备，大多存在自动化管理程度不高的问题。针对这种情况，我们将物联网技术应用于开放实验室的管理，利用门禁、触屏派位、视频监控、平板电脑终端、设备控制器与智能电源插座等，结合基于B/S结构的开放式实验室web管理系统软件，实现了物理实验室全天候安全开放，提高了开放实验室的智能化管理水平。

1物联网技术

物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，获取各种应用需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网的体系架构由感知层、网络层和应用层组成。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，它的主要作用是识别物体、采集信息。网络层主要作用是进行信息和数据的传输，主要利用现有的比较成熟的计算机网络技术及移动通信技术。应用层主要作用是将感知层采集到的信息和数据进行分析处理，在实际的环境中进行应用，是物联网和用户（人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求相结合，实现物联网的智能应用，如智能电网、智能交通、智能医疗等应用。硬件系统主要集中在感知层和网络层、软件系统主要集中在应用层，其中可能用到一些中间件技术、系统集成技术等。从物联网的体系架构可看出，物联网从感知信息，传输信息，到处理应用信息用到了若干技术，也涉及到许多硬件和软件，物联网是一个综合性的概念和提法。

2硬件建设

基于物联网技术的开放式物理实验室管理系统硬件支撑平台如图1所示。其中，开放式物理实验室系统的服务器是根基，所有的硬件连接和很多软件系统都集中在这个服务器上，服务器接入校园网。视频监控系统、门禁系统、短信猫和触屏派位系统直接与服务器连接，平板电脑终端通过校园无线网络与服务器连接，所有的数据存储在磁盘阵列中。实验室中的各个设备的电源通过电源控制器经过集线器、转换器与触摸屏的串口连接。硬件建设首先要对原有实验室基础设施（主要为强电、弱电、网络改造）进行基本改造，然后增加监控、门禁、物联网终端等硬件设备，整合原有教学系统软件，进行软硬件系统集成。具体建设内容有：（1）基础设施改造：对实验室进行弱电、网络改造。要在门、实验台、监控点布设弱电及网络线路，为开放式实验室的建设提供基本的网络环境。（2）可视对讲监控系统：在实验室安装监控摄像头和对讲终端。同时建设对讲监控服务设备，包含网络硬盘录像机、交换机、监控专用硬盘，保障监控系统的高效、安全、稳定运行。（3）门禁：在实验室和楼层的走廊端安装门禁。（4）触控派位机：安装触控派位机。在实验楼每层的走廊口安装一台派位机，配合开放式实验室web管理系统软件用于学生刷卡、信息查询等。（5）触控控制器：安装触控控制器。每台触控派位机配置1台触控控制器，用于触控派位机与设备控制器的通信。（6）设备运行控制器：安装设备运行控制器。每个实验台配置1台设备控制器，作为开放式实验室管理系统的物联网控制终端，用于实验台电源远程控制、数据传输。（7）短信猫：配置1台短信猫，安装在服务器上。用于开放式实验室预警信息、提示信息等。（8）PAD客户端：建设pad客户端。Pad客户端的建设将实现整个开放式实验室管理系统跨平台使用，支持移动终端服务。使学生、教师能随时随地，方便快捷的使用系统。

3软件系统组成

基于物联网技术的开放式物理实验室管理软件平台由实验室WEB管理系统、触摸屏系统、视频监控系统和平板电脑系统组成。WEB管理系统是开放式实验室管理软件系统的重要组成部分，是整个系统的基础。结合实验室开放实际需要，具有各种功能，包括：学生预约实验、实验室拓扑管理、预约信息管理、通知公告管理、预约规则管理、校园卡挂失管理、数据统计。本系统采用物联网技术，通过刷卡启动电源控制器控制实验台电源从而达到开放使用的目的。系统细化各项管理，进一步提高了实验教学的开放性和交互性；为学生提供了一个自主的学习环境，为教师的开放教学提供了有力的基础支持；为提高实验仪器设备的利用率提供了更安全和便捷的保障。触摸屏系统又称为“电源控制子系统”，是开放式实验室管理软件系统的核心组成部分。开放式实验室管理面临的重大挑战是安全的问题，这其中首当其冲的就是用电的安全。通过电源控制子系统的学生座位电源控制模块实现对学生用电的管理，是保证开放式实验室安全的重要手段。电源控制子系统是通过管理柜员机（触摸屏）和座位电源控制单元等硬件设施，实现实验室座位的电源管理。触控系统配置微型摄像头，实现学生派位时照相功能，可有效的防止学生替代刷卡派位的现象发生。大屏幕触控显示屏可高清晰的显示学生的彩色照片。整个电源控制系统主要面向两个角色：学生和教师（管理员）。学生通过所持校园卡，请求使用实验室座位，系统根据教师（管理员）定义的规则（排位规则），为学生分配座位，并自动启动电源。在完成实验后，通过刷卡关闭相应的电源。教师（管理员）用户通过系统登录，在权限允许的条件下，远程单独或批量控制实验室所有电源。教师通过视频监控系统可在远端查看实验室情况，了解就位学生的信息，通过视频观察学生实验状态与视频答疑。学生通过座位对讲实时与教师就实验问题进行讨论。平板电脑系统是一套给实验室管理者使用的便捷的APP客户端系统（PAD），旨在提高开放式系统的使用便捷性，使管理层工作效率更加高效，从而更好的为本单位的开放实验教学服务。平板电脑系统最重要的是统计功能。很多学校每年都要进行一次实验室自评工作，工作量较大而且数据无依据，很多数据都是临时“造”出来的。此统计功能可以根据实验室或设备在过去一年或多年的使用记录自动汇总成统计报表，省时省力且数据真实。

4建设取得的成效

我校从2013年开始进行开放式物理实验教学改革和配套实验室的建设，目前实验室实现了全天候开放、远程控制和智能化管理，学生通过网上预约，刷卡（支持校园卡）进入实验室，在派位成功的实验台实验。基于物联网技术的开放式实验室建设已取得了一些成效，如：（1）全面开放实验教学资源，提高实验室、实验仪器的利用率；（2）打破上课开门、下课关门的模式，为学生提供开放式教学服务，给学生提供自主学习环境；（3）保障实验室安全的同时，提高教学质量；（4）提高实验室管理水平，为领导进行实验室建设规划时提供真实数据作为决策依据。

作者:吴 萍 高兴茹 单位:北京联合大学基础部

【参考文献】

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目前高校实验室多采用封闭式管理模式，各院系独立建设、管理本学科的实验室。实验室过于分散，管理工作繁琐，实验设备和物品的储存、维护、安全得不到保障。各实验室之间缺少资源共享、信息互通，既不利于学生进行综合设计型实验，也不利于科研协作和学科渗透，阻碍了学生创新能力的培养。为此，本文设计了一种基于物联网的高校智能化实验室管理系统。

2 物联网技术概述

从“智慧地球”理念到“感知中国”概念的提出，随着全球一体化、工业自动化和信息化进程的不断深入，物联网时代悄然来临[1]。物联网（Internet of Things）是通过运用射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，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[2]。通俗地说，物联网就是物物相连的互联网。

目前，物联网的关键技术主要有射频识别技术、传感器技术、ZigBee技术等。

RFID（Radio Frequency Identifaction）即射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。RFID系统由读写器、电子标签和天线组成。读写器包括固定式读写器与手持式阅读器。

ZigBee技术是一种新兴的低功耗、低成本、高容错性的短距离通信技术。

3 基于物联网的智能化实验室管理系统的设计

3.1 系统整体设计方案

该系统是一个无线传感网络。硬件方面，预先在每间实验室安装门禁控制器、ZigBee无线节点、温度传感器、湿度传感器和光照传感器。每件实验设备、物品，实物实验报告、作业贴有RFID标签。每个实验操作平台配备手持阅读器。软件方面，需要在物联网的终端安装管理系统的软件。

3.2 系统各模块功能

该系统由七大功能模块组成。

3.2.1 管理员登录

该系统软件只允许管理员登录后才能使用，如果不是管理员则需要先注册。

3.2.2 网络管理

实现网络连接状态的查看和设置。

3.2.3 使用人员管理

所有人员必须使用身份卡进出实验室，门禁控制器利用射频识别技术识别进出实验室的人员身份，数据库里能够检测到的人员能够直接进入实验，而临时人员需要进行系统登记后才能进入。

3.2.4 实验室设置

远程控制ZigBee无线节点，对实验室的基本信息进行日常管理，显示实验室的动态使用状况。为了能给学生提供宽松的实验条件，通过开放实验室，学生能够预约课余时间来做实验。如图1所示，根据开放日期，查看学生提交的预约申请。

3.2.5 实验教学管理

（1）教师和学生考勤管理。当教师、学生进入实验室，门禁控制器识别身份卡，将进入、离开的时间记录在软件上，实现教师、学生的自动考勤。

（2）实验项目管理。为了规范实验教学内容，需要教师预先录入每门实验课程的教学计划、实验大纲、多媒体教案、基础实验项目、综合实训项目、操作规程以及实验示例等教学资源。学生随时可以下载相关教学资源进行阅读和操作练习，有助于提高学生自主学习的能力。

（3）实验过程实时监控。对所有实验室设备、物品的状况进行监控，比如实验过程中，哪些设备能正常使用，哪些发生故障。同时还可监控学生的实验过程，及时发现学生学习中存在的问题，教师进行集中讲解，提高学习效率。

（4）实验作业和成绩管理。实验完成后学生可以通过该RFID技术将实物实验报告、作业或实验结果上传到系统进行储存，便于管理员、教师批改作业、统计分析学生实验成绩，当课程结束时学生能够查看自己每次的作业成绩，以及该门课程的总评成绩。

（5）交流讨论。实验前，教师可以通过该模块向学生实验管理规章制度，布置实验任务，与学生进行实验方法的讨论，增加学生与教师、学生之间的互动。

3.2.6 实验设备和物品管理

每件实验设备、物品贴的标签上载有对应的编号、名称、状态、购置日期、维修记录等信息，实现了信息智能储存功能。使用人员通过手持阅读器识别领用的设备、物品上标签，将它们的基本信息反馈到如图3所示的界面上，有利于实验人员提前了解设备、物品的基本资料，还可以对它们进行定位、跟踪，显示使用人员身份，有效地监管了实验设备、物品的使用状态，防止有人将它们任意拿出实验室。另外RFID标签还能实现相同或不同实验室的设备、物品间进行通信，高效地利用了资源。

3.2.7 环境监测