基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)研究

張倩怡++李小順++胡萍++寧璐

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高校提高了“智慧化”和“信息化”建設(shè)水平。各實(shí)驗(yàn)中心作為高校教學(xué)科研的核心場所，其信息化建設(shè)水平不僅關(guān)系到各實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和課程的管理，而且直接影響其服務(wù)教學(xué)科研的效率。本文以北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，提出一套基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，通過RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)中心人員、課程和設(shè)備的智能管理。通過應(yīng)用該系統(tǒng)，徹底解決了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心低效、粗放的人工管理方式，使其能夠給全校師生帶來更加智能和高效的服務(wù)，從而全面促進(jìn)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；信息化；實(shí)驗(yàn)室；管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP317.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

當(dāng)今的信息時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)已經(jīng)成為信息化社會(huì)重要的組成部分。物聯(lián)網(wǎng)通過感知技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)整理分析技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域[1]，也因此被認(rèn)為是當(dāng)今社會(huì)最主要的四大信息技術(shù)之一，同時(shí)也被列入國家五大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一。目前首都高校正在實(shí)施的“智能校園”計(jì)劃在很多高校得到推行，目的是將高校建設(shè)成“智慧化”和“信息化”的學(xué)校?；谶@樣一個(gè)背景，大部分高校加大了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)硬件條件的建設(shè)，各高校實(shí)驗(yàn)室軟硬件條件得到了大幅度的提升。目前，各高校實(shí)驗(yàn)室的儀器數(shù)量繁多、種類繁雜，其中單價(jià)超過10萬元的儀器更需要得到妥善的保管。像北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心這樣規(guī)模很大的綜合性實(shí)驗(yàn)中心，如何借助現(xiàn)代信息技術(shù)，提高使用效率和管理效率，使管理更加科學(xué)化和智能化，如何提升實(shí)驗(yàn)室服務(wù)教學(xué)、科研的能力，全面發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室中各類教學(xué)設(shè)備的最大能效，已成為北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在建設(shè)方面面臨的重要挑戰(zhàn)。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理方式仍然停留在教輔人員集中管理的形式。在管理過程中，各種設(shè)備設(shè)施由國資處統(tǒng)一定制設(shè)備編碼標(biāo)簽，分別記錄教具的名稱、型號(hào)等信息。每個(gè)標(biāo)簽需要逐個(gè)貼在對(duì)應(yīng)設(shè)備上，標(biāo)簽損壞無法識(shí)別的情況時(shí)有發(fā)生。因此，需要繼續(xù)改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備管理方式。這種管理方法的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）教輔人員用人工方式管理設(shè)備，不能實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的信息，更不可能對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。尤其是嵌入式試驗(yàn)箱中各種功能組件的小型設(shè)備，更加無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理，這就給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了極大麻煩，還很容易造成不必要的資金浪費(fèi)。

（2）每年設(shè)備采購、設(shè)備報(bào)廢、登記入庫等日常管理工作，會(huì)帶來繁重的清點(diǎn)任務(wù)。由于目前采用人工管理，會(huì)在設(shè)備清點(diǎn)時(shí)造成比較高的錯(cuò)誤率。

（3）每個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室都擁有一批單價(jià)在10萬元以上的大型儀器設(shè)備，它們的位置和屬性信息往往都比較復(fù)雜，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)無法掌握大型設(shè)備的實(shí)時(shí)信息，進(jìn)而無法順利地完成實(shí)驗(yàn)，這就大大降低了工作效率。

（4）由于沒有管理系統(tǒng)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間無法共享資源。

（5）由于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)繁重，使用率高，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)室電源、投影、音響等教學(xué)設(shè)備的管理更需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，否則不僅會(huì)帶來能源浪費(fèi)，還有可能產(chǎn)生安全隱患。

由此不難看出，傳統(tǒng)的人工管理方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心的管理需求。如何運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理智能化，已經(jīng)成為當(dāng)今高校實(shí)驗(yàn)室亟待解決的問題。

2 高等院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)分析（Analysis

of the management system of computer experiment

center in colleges and universities）

2.1 高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心管理理念

高校各實(shí)驗(yàn)中心是學(xué)校重要的教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)場所，是創(chuàng)造科學(xué)的發(fā)源地，也是人才培養(yǎng)的重要基地。因而，實(shí)驗(yàn)中心管理就顯得格外重要。實(shí)驗(yàn)中心的管理水平，不僅會(huì)影響到師生的教學(xué)科研工作，還會(huì)嚴(yán)重影響到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確程度。利用物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中心的管理，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、師生、工作人員、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等各項(xiàng)主體間的基本規(guī)律進(jìn)行研究，并且將其有機(jī)結(jié)合，科學(xué)管理，發(fā)揮最大的功效。

2.2 高校實(shí)驗(yàn)室（中心）管理現(xiàn)狀

目前，高校實(shí)驗(yàn)室（中心）管理經(jīng)常會(huì)遇到一些問題。首先，大部分?jǐn)?shù)據(jù)都需要人工記錄與統(tǒng)計(jì)，特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)中心每年都需要配合教委和學(xué)校進(jìn)行資產(chǎn)清查時(shí)，教輔人員都要對(duì)諸多設(shè)備進(jìn)行核對(duì)，不僅無形之中加大了工作量，也容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。其次是運(yùn)行問題。由于不能實(shí)時(shí)更新設(shè)備信息，會(huì)使教學(xué)進(jìn)程出現(xiàn)突發(fā)狀況。再次是能源浪費(fèi)問題。因?yàn)闊o法獲取實(shí)驗(yàn)室（中心）大型能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，所以在不需要使用這些大型能耗設(shè)備時(shí)，往往會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)[2]。而本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室（中心）設(shè)備管理系統(tǒng)，恰好能為實(shí)驗(yàn)室（中心）管理提供一個(gè)合理的智能化解決方案。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室（中心）管理智能化、綠色化。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)分析

（Analysis of the management system of

experiment center based on internet of things

in colleges and universities）

3.1 需求分析

3.1.1 用戶需求分析

現(xiàn)代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，感知層數(shù)據(jù)獲取手段和精準(zhǔn)度是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層面的關(guān)鍵技術(shù)之一。本系統(tǒng)的關(guān)鍵就是基于無線射頻技術(shù)和無線傳感器的集成應(yīng)用[3]。首先，對(duì)于系統(tǒng)管理員來說，他們具備該系統(tǒng)的所有操作權(quán)限，可以隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改，同時(shí)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的功能維護(hù)、配置管理、運(yùn)行監(jiān)測等。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室（中心）管理人員來說，他們可利用該系統(tǒng)來統(tǒng)計(jì)教學(xué)工作量，也可以管理設(shè)備的采購、存放、報(bào)廢及其他信息，還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室（中心）的預(yù)約及使用情況的在線管理，方便設(shè)備的信息查詢及跟蹤，并自動(dòng)生成報(bào)表。對(duì)于教師來說，他們可以利用該系統(tǒng)快速地準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境，完成網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)安排，查詢實(shí)驗(yàn)室使用情況、學(xué)生考勤情況等。對(duì)于學(xué)生來說，可利用該系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)預(yù)約、設(shè)備預(yù)約、每個(gè)實(shí)驗(yàn)室資料查詢、在線師生互動(dòng)、接收通知等。從環(huán)保節(jié)能的角度來說，可以實(shí)時(shí)掌握大型耗能設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息，避免大量能源的浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)智能化管理。endprint

3.1.2 功能需求分析

針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室（中心）管理的實(shí)際需求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下功能模塊：

（1）實(shí)驗(yàn)室管理主要是管理人員要對(duì)本實(shí)驗(yàn)室（中心）教學(xué)任務(wù)、教學(xué)設(shè)備的時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理和分析，并保障教學(xué)進(jìn)程順利開展。

（2）針對(duì)每一類用戶進(jìn)行信息管理，進(jìn)行身份確認(rèn)和權(quán)限分配。

（3）數(shù)據(jù)管理主要是對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的管理和維護(hù)，再利用無線網(wǎng)傳感模塊將數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)服務(wù)器。

（4）設(shè)備管理主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)室的各類設(shè)備進(jìn)行管理，包括設(shè)備的信息變動(dòng)、使用狀態(tài)變動(dòng)等。

3.1.3 性能需求分析

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)目前的管理需求，同時(shí)還要兼顧以后系統(tǒng)功能擴(kuò)展的需求。

（1）安全性和便捷性

為了兼顧到系統(tǒng)的安全性和便捷性，依據(jù)系統(tǒng)的不同功能，構(gòu)建不同的功能模塊，實(shí)現(xiàn)分模塊管理。這種管理模式還有利于對(duì)用戶信息安全的把控。

（2）界面友好性

針對(duì)實(shí)驗(yàn)中心管理的實(shí)際需求，系統(tǒng)管理界面盡量簡潔化，從而滿足參與管理的各級(jí)用戶的需求。

3.2 系統(tǒng)分析

在該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，核心思想必須是以用戶需求為中心，做出高效實(shí)用性的管理。本管理系統(tǒng)，利用RFID等無線傳感網(wǎng)技術(shù)對(duì)人員、設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)有效管理。通過RFID技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施的屬性信息進(jìn)行采集，并通過簡單計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理的在線化、信息化，需要進(jìn)一步深化應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)E-R圖如圖1所示。

本系統(tǒng)應(yīng)該具有下功能：

（1）RFID讀寫設(shè)備對(duì)設(shè)備巡期檢查，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信

息進(jìn)行智能分析[4]；

（2）實(shí)現(xiàn)資源共享，保證了實(shí)驗(yàn)室的信息安全，也能促進(jìn)交流；

（3）通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，進(jìn)而了解設(shè)備的性能參數(shù)。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)

計(jì)（Architectural design of the management

system of experiment center based on internet of

things in colleges and universities）

4.1 系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中心管理。系統(tǒng)包括感知層、應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層三部分，采用三層體系架構(gòu)的B/S模式。具體來說，就是由應(yīng)用層的管理系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)庫）、網(wǎng)絡(luò)層的校園網(wǎng)和感知層的傳感網(wǎng)絡(luò)及其他部分組成[5]。

從圖2可以看出，感知層是由各種傳感器、傳感器網(wǎng)關(guān)組成。具體包括溫度傳感器、濕度傳感器、RFID標(biāo)簽、讀寫器等感知終端。感知層的主要作用就是采集師生和設(shè)備信息。具體地說，就是利用相應(yīng)的讀寫器采集貼有RFID標(biāo)簽的設(shè)備和師生校園卡的信息。網(wǎng)絡(luò)層主要是由校園無線網(wǎng)絡(luò)組成，主要是用來把從感知層獲得的設(shè)備及人員信息傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。應(yīng)用層是由高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，主要是給實(shí)驗(yàn)室的管理人員和其他師生提供服務(wù)。

4.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)對(duì)用戶需求的分析，同時(shí)結(jié)合該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向分析，設(shè)計(jì)出一個(gè)功能符合需求的系統(tǒng)。如圖3所示，該系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（RFID數(shù)據(jù)讀取等）、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等部分組成。

4.3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)，因此必然存在網(wǎng)絡(luò)安全問題。由于本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)模型而設(shè)計(jì)，所以系統(tǒng)安全問題具體還得從三層體系結(jié)構(gòu)來分析，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[6]。首先，感知層的主要任務(wù)是采集目標(biāo)事物的信息，而信息采集過程可能存在的安全隱患包括是否有他人篡改信息，標(biāo)簽是否正常，標(biāo)簽是否會(huì)導(dǎo)致誤讀，是否有他人非法訪問等；網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是傳輸感知層所采集到的數(shù)據(jù)信息，傳輸過程中也存在網(wǎng)絡(luò)安全隱患，包括數(shù)據(jù)加密是否完整，數(shù)據(jù)流是否被他人所獲取等。

5 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)

計(jì)（Detailed design of the management system of

experiment center based on Internet of things in

colleges and universities）

5.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化開發(fā)的趨勢下，本系統(tǒng)關(guān)于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)思路是一開始先做出系統(tǒng)的E-R圖，再根據(jù)E-R圖所體現(xiàn)出的邏輯關(guān)系做出與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫模型。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)不僅要使整個(gè)系統(tǒng)方便存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而且也要簡單明了，使得開發(fā)人員能夠很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息查詢，同時(shí)也要保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全性、良好的可擴(kuò)展性和操作便捷性等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用三層結(jié)構(gòu)。具體來說，該系統(tǒng)主要是SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用表數(shù)據(jù)流協(xié)議，同時(shí)使用ADO.NET設(shè)備進(jìn)行信息的存取。同時(shí)可以防止由于某個(gè)問題出現(xiàn)導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰。

5.2 RFID設(shè)計(jì)

整個(gè)設(shè)計(jì)包括電子標(biāo)簽、中間件平臺(tái)、RFID讀寫器監(jiān)測系統(tǒng)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器四個(gè)部分。

（1）電子標(biāo)簽：用來存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施的數(shù)據(jù)信息。

（2）中間件平臺(tái)：主要在閱讀器和主機(jī)中運(yùn)行，扮演著RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色。后臺(tái)應(yīng)用程序端可以通過RFID中間件提供的一組通用的應(yīng)用程序接口API或者通過一組接口函數(shù)的調(diào)用，來連接到RFID硬件系統(tǒng)，進(jìn)而獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)[7]。

（3）RFID讀寫器監(jiān)測系統(tǒng)：對(duì)設(shè)備和師生身份信息進(jìn)行檢測和核查處理，核查處理完后通過通訊模塊同步到后臺(tái)服務(wù)器中。endprint

（4）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和相關(guān)人員的所有信息。

5.2.1 RFID編碼設(shè)計(jì)

每個(gè)設(shè)備在本系統(tǒng)中只有一個(gè)唯一的RFID編碼。

（1）唯一性。每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有且只有唯一的一個(gè)編碼，即一一對(duì)應(yīng)。

（2）統(tǒng)一性。為了能夠讓所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，編碼制度必須符合國際標(biāo)準(zhǔn)。

（3）簡便性。最常見的三種EPC編碼有64位、96位和256位，由標(biāo)頭、廠商代碼、對(duì)象分類代碼、序列號(hào)組成。本系統(tǒng)中我們使用的是EPC96位編碼。

5.2.2 RFID讀寫模塊

RFID讀寫模塊主要是負(fù)責(zé)把RFID電子標(biāo)簽所采集到的目標(biāo)事物的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成讀寫器標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，然后利用讀寫器存儲(chǔ)這樣格式的數(shù)據(jù)，為傳輸數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備[8]。RFID數(shù)據(jù)讀寫模塊主要功能如下：

（1）采集目標(biāo)事物上電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。將目標(biāo)實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息參數(shù)，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成采樣信號(hào)，再將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的數(shù)字格式。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)符合閱讀器標(biāo)準(zhǔn)格式的設(shè)備數(shù)據(jù)，為傳輸?shù)胶笈_(tái)做準(zhǔn)備。本系統(tǒng)中將采用ER302讀寫器，可以讀寫設(shè)備及人員信息。

5.2.3 RFID數(shù)據(jù)采集接口模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要起中間件的作用，即連接后臺(tái)應(yīng)用軟件和RFID讀寫器，負(fù)責(zé)RFID閱讀器和應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交互。RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器和RFID系統(tǒng)三者之間通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。

（1）因?yàn)闃?biāo)簽在讀取過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余或者錯(cuò)誤，所以數(shù)據(jù)采集模塊就采用了一種防碰撞的手段。同時(shí)采用合適的算法進(jìn)行篩選，保證數(shù)據(jù)比較精準(zhǔn)。

（2）有時(shí)用戶需要知道讀寫器的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，為此該模塊會(huì)發(fā)送控制指令給讀寫器。

（3）為了使應(yīng)用程序接口可以準(zhǔn)確地接收到采集到的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程共享數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集模塊提供了一個(gè)特殊的功能，即數(shù)據(jù)路由服務(wù)。使得數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能夠準(zhǔn)確地收到RFID閱讀器采集到的數(shù)據(jù)。

（4）為了能夠讓閱讀器與應(yīng)用程序接口更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，會(huì)安裝幾個(gè)適配器接口在外部接口處。

5.2.4 RFID數(shù)據(jù)傳輸模塊

RFID數(shù)據(jù)傳輸模塊主要就是將獲取到的設(shè)備數(shù)據(jù)信息通過特定的數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)服務(wù)器中。在這個(gè)過程中，會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)獲取、比對(duì)運(yùn)算。如果每次都需要比對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，那么將會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過長的情況。因此，我們可將數(shù)據(jù)先同步到前端，進(jìn)而減少響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)性能。在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用無線傳輸技術(shù)，可進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

5.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)功能模

塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)從功能上大概有以下五個(gè)功能模塊：系統(tǒng)管理、用戶管理、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理及物聯(lián)網(wǎng)管理功能模塊。這五大功能模塊相互獨(dú)立，但又相互關(guān)聯(lián)。

5.3.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊主要負(fù)責(zé)的是對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，對(duì)各項(xiàng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對(duì)本系統(tǒng)的各級(jí)用戶進(jìn)行管理。

（1）系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置主要是初始化系統(tǒng)，以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)。

（2）數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要包括數(shù)據(jù)的更新、備份、還原等。

（3）實(shí)驗(yàn)室管理

實(shí)驗(yàn)室管理主要包括實(shí)驗(yàn)室日常事務(wù)的管理、實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)課程的安排、實(shí)驗(yàn)室工作流程管理等。

（4）用戶管理

用戶管理主要包括用戶信息的錄入、分配用戶權(quán)限等。從系統(tǒng)安全性考慮，各級(jí)用戶權(quán)限不同。用戶權(quán)限的管理又包括添加、刪除或修改人員信息。其中的人員有實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室教師及學(xué)生三類。

5.3.2 用戶管理模塊

人的因素是每個(gè)系統(tǒng)開發(fā)所必須考慮的，用戶管理模塊也是每個(gè)系統(tǒng)所必須具備的。本系統(tǒng)中的用戶管理模塊包括用戶信息管理、權(quán)限管理、個(gè)人用戶界面設(shè)計(jì)。

（1）用戶信息管理

用戶信息主要包括用戶身份、權(quán)限、登錄密碼、注冊(cè)信息等。

（2）權(quán)限管理

本系統(tǒng)中的權(quán)限分為系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理人員和學(xué)生。權(quán)限最高的是系統(tǒng)管理員，可對(duì)各類型用戶進(jìn)行增刪改，并可設(shè)置各類用戶的權(quán)限，還可進(jìn)行初始密碼的設(shè)置。

（3）個(gè)人用戶界面設(shè)定

該功能主要是針對(duì)不同級(jí)別登錄系統(tǒng)的用戶，其系統(tǒng)界面會(huì)有差異。

5.3.3 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊主要是針對(duì)RFID標(biāo)簽，包括對(duì)數(shù)據(jù)庫、用戶登錄、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)交互進(jìn)行管理。

5.3.4 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理在本管理系統(tǒng)中是最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，主要是管理設(shè)備信息和設(shè)備使用信息。

（1）設(shè)備信息管理：包括設(shè)備的基本信息及動(dòng)態(tài)信息、設(shè)備的基本自然屬性和使用情況信息。

（2）設(shè)備使用信息管理：整個(gè)設(shè)備周期包括庫存信息、使用信息和狀態(tài)信息等環(huán)節(jié)。

6 結(jié)論（Conclusion）

本研究設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)，正好符合“智慧校園”的發(fā)展要求。RFID技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)條形碼所帶來的缺陷，能夠自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)信息，使各種事

物信息的處理變得更加安全、迅速、精準(zhǔn)。另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過利用傳感器節(jié)點(diǎn)來感知大型耗能設(shè)備的動(dòng)態(tài)參數(shù)信息，使實(shí)驗(yàn)室管理變得環(huán)保節(jié)能。

本系統(tǒng)在硬件上選用了ER302讀寫器和若干電子標(biāo)簽、TSL2561無線傳感器等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集。在軟件環(huán)境上，開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2010，數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2008，開發(fā)平臺(tái)為ASP.NET，整體架構(gòu)為B/S結(jié)構(gòu)。endprint

在這次研究中，也存在不足或不完善的地方。比如，沒有考慮到傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)和RFID技術(shù)的融合。如何優(yōu)化目前的RFID系統(tǒng)將是今后的主要研究方向。目前本管理系統(tǒng)只是完成了基本功能的實(shí)現(xiàn)，還有待于進(jìn)一步完善。

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作者簡介：

張倩怡（1994-），女，碩士生.研究領(lǐng)域：農(nóng)業(yè)信息化.

李小順（1984-），男，碩士，實(shí)驗(yàn)師.研究領(lǐng)域：實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理.本文通訊作者.

胡 萍（1980-），女，碩士，實(shí)驗(yàn)師.研究領(lǐng)域：實(shí)驗(yàn)室管理.

寧 璐（1972-），男，碩士，研究館員.研究領(lǐng)域：信息技術(shù)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)與信息安全.endprint