基于B/S三層架構(gòu)的實驗室器材智能管理系統(tǒng)設(shè)計①

楊 磊

(安徽財經(jīng)大學(xué)，安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

隨著智能實驗室的廣泛應(yīng)用，實驗室器材的越來越多，需要建立實驗室器材的智能管理系統(tǒng)，根據(jù)實驗室器材的信息分布進行優(yōu)化管理，提高實驗室器材智能管理能力，相應(yīng)的實驗室器材智能管理系統(tǒng)設(shè)計方法研究受到人們的極大重視。對實驗室器材智能管理是建立在實驗室器材的信息挖掘和特征分析基礎(chǔ)上，采用人工智能模型進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)構(gòu)架，采用數(shù)據(jù)庫模型進行實驗室器材智能管理的優(yōu)化設(shè)計[1]，根據(jù)采集的實驗室器材管理數(shù)據(jù)進行集成信息處理，采用大數(shù)據(jù)信息處理和專家系統(tǒng)診斷方法，實現(xiàn)實驗室器材管理。本文提出基于B/S三層架構(gòu)的實驗室器材智能管理系統(tǒng)設(shè)計方法。系統(tǒng)總體設(shè)計包括用戶管理模塊、實驗室器材智能管理資源管理模塊、實驗室器材的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊、上位機控制模塊以及人機交互模塊等，首先進行系統(tǒng)的總體構(gòu)架分析，然后進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)的功能模塊分析，在B/S三層架構(gòu)體系下實現(xiàn)實驗室器材智能管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計，最后進行仿真測試分析，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)建

1.1 實驗室器材管理的原理和總體結(jié)構(gòu)分析

采用嵌入式ARM尋址技術(shù)進行實驗室器材管理系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合大數(shù)據(jù)信息分析和的總線調(diào)度方法，進行實驗室器材管理系統(tǒng)的控制模塊設(shè)計和嵌入式軟件設(shè)計，采用B/S模式及SOA架構(gòu)技術(shù)進行實驗室器材管理的總體架構(gòu)設(shè)計[2]，采用SIP用戶服務(wù)器(User Server，US)進行實驗室器材管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系設(shè)計，結(jié)合RFID標(biāo)簽識別技術(shù)，進行實驗室器材管理系統(tǒng)的三層構(gòu)架體系如圖1所示。

圖1 區(qū)域?qū)嶒炇移鞑?/p>

系統(tǒng)的底層模塊包括控制指令傳輸模塊、人機交互模塊和總線模塊等構(gòu)成，設(shè)定實驗室器材管理系統(tǒng)的輸出總線協(xié)議，結(jié)合交叉編譯控制技術(shù)，進行實驗室器材管理系統(tǒng)的編譯控制和人工智能設(shè)計，構(gòu)建實驗室器材管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型，系統(tǒng)總體設(shè)計包括用戶管理模塊、實驗室器材智能管理資源管理模塊、實驗室器材的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊、上位機控制模塊以及人機交互模塊等[3]，采用上位機通信方法進行實驗室器材管理過程中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

圖2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)架

根據(jù)圖2的總體構(gòu)架，考慮到實驗室器材管理系統(tǒng)的工作特性，采用數(shù)據(jù)庫調(diào)度的方法，進行實驗室器材管理系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)換控制設(shè)計，用ITU-656 PPI模式識別方法進行實驗室器材管理系統(tǒng)的總線開發(fā)設(shè)計[4]。

1.2 系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成

實驗室器材管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)的核心處理芯片采用PLC設(shè)計，構(gòu)建實驗室器材管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)的AD信息采樣模塊, 在B/S架構(gòu)模式下進行實驗室器材的整合控制，采用DS18B20作為實驗室器材管理系統(tǒng)的外圍器，采用32位嵌入式設(shè)計方法進行實驗室器材管理系統(tǒng)的輸出總線控制，采用嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建實驗室器材智能管理系統(tǒng)的核心控制模塊，實現(xiàn)控制程序的加載[5]，采用B/S模式及SOA架構(gòu)進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)的底層控制，在嵌入式Linux內(nèi)核下進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)的交叉編譯，采用C模式進行實驗室器材管理的驅(qū)動程序編寫[6]，交叉編譯程序定義如下：

static struct LABORATORY EQUIPMENT INTELLIGENT MANAGEMENT SYSTEM = {

.minor = MISC_ ABORATORY EQUIPMENT

.name = DEVICE_ ADOPTING THE B/ S FRAMEWORK

.fops = & EDGE SYSTEM COMPRISES //數(shù)據(jù)加載和程序加載

在B/S模式及SOA架構(gòu)體系下采用VXI總線技術(shù)進行實驗室器材管理資源調(diào)度，建立MYSQL數(shù)據(jù)庫進行實驗室器材管理的信息存儲和輸出轉(zhuǎn)換控制，構(gòu)建HP E1485A/B多模信息控制模塊，進行實驗室器材管理的程序加載，執(zhí)行“Make menuconfig ”，根據(jù)上述分析，得到系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成

2 系統(tǒng)模塊化設(shè)計與實現(xiàn)

基于Co-training訓(xùn)練模式，進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)構(gòu)建，采用的交叉編譯方法構(gòu)建實驗室器材管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，對實驗室器材管理資源進行融合處理，在應(yīng)用層中進行實驗室器材智能管理的人機交互，實現(xiàn)實驗室器材管理的資源檢索和訪問控制，通過專用芯片可以實現(xiàn)實驗室器材智能管理的完整性控制[7]，采用PCI主控模塊進行實驗室器材智能管理的輸出轉(zhuǎn)換設(shè)計，在實驗室器材智能管理系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)信息處理過程中，通過調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序進行實驗室器材智能管理的大數(shù)據(jù)信息處理。采用邏輯ADSP-BF537作為核心處理器，進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)的指令讀寫和編譯操作。在ARM嵌入式微處理器環(huán)境下進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成

設(shè)計的實驗室器材智能管理系統(tǒng)支持8個全雙工的I2S通道，滿足多線程的實驗室器材智能管理控制指令加載功能，采用模糊總線PIC調(diào)度方法，進行實驗室器材智能管理的輸出控制和尋優(yōu)，在邏輯單元設(shè)計中[8]，有2個32KBSRAM的Bank，實現(xiàn)實驗室器材智能管理系統(tǒng)的高速信息加載，采用8個32位定時器/計數(shù)器進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)的時間控制，系統(tǒng)的控制器設(shè)計如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)的控制器設(shè)計

采用ISA/EISA/Micro Channel擴充總線進行實驗室器材智能管理的指令加載，采用ADSP-BF537BBC-5A實現(xiàn)實驗室器材智能管理系統(tǒng)集成總線設(shè)計，采用如下4線進行接口設(shè)計實驗室器材智能管理系統(tǒng)的總線接口設(shè)計：TMS、 TCK、TDI、TDO。通過JTAG接口訪問CPU的內(nèi)部寄存器，PPI采用1個專用時鐘引腳實現(xiàn)AD/DA轉(zhuǎn)換，采用ITU-656 PPI模式和通用PPI模式作為實驗室器材智能管理系統(tǒng)的自啟動模式[9]，實現(xiàn)實驗室器材智能管理的多樣化程序調(diào)度，得到系統(tǒng)接口設(shè)計如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)的接口設(shè)計

采用16位的196.608KSa/Sec/Chan數(shù)字化儀HP E1433A進行實驗室器材管理系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，在Micro Channel擴充總線中進行實驗室器材管理系統(tǒng)智能控制的指令加載，用AD/DA轉(zhuǎn)換器進行實驗室器材管理系統(tǒng)的自動化控制，在MCU控制單元進行實驗室器材管理系統(tǒng)APP控制，綜上分析，實現(xiàn)實驗室器材管理系統(tǒng)的總線集成控制[10]。

3 仿真測試分析

為了測試本方法在實現(xiàn)實驗室器材的智能管理中的應(yīng)用性能，進行實驗測試分析，采用有4個傳感器節(jié)點進行實驗室器材管理系統(tǒng)的信息采樣，系統(tǒng)的工作頻率設(shè)定為50KHz，采用4線SPI方式進行實驗室器材采樣和信息融合，得到實驗室器材管理系統(tǒng)的指令寫入程序如圖7所示。

圖7 實驗室器材管理系統(tǒng)的指令寫入程序

根據(jù)實驗室器材管理系統(tǒng)的指令寫入，進行程序編譯，實現(xiàn)實驗室器材的智能管理，輸出的系統(tǒng)管理界面如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)管理輸出

分析圖8得知，本方法進行實驗室器材智能管理的人機交互性較好。

4 結(jié) 語

提出一種基于BS三層架構(gòu)的實驗室器材智能管理系統(tǒng)設(shè)計方法。系統(tǒng)總體設(shè)計包括用戶管理模塊、實驗室器材智能管理資源管理模塊、實驗室器材的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊、上位機控制模塊以及人機交互模塊等，采用上位機通信方法進行實驗室器材管理過程中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，構(gòu)建實驗室器材管理的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模型，采用B/S構(gòu)架體系進行實驗室器材管理過程中的底層軟件開發(fā)，采用三層構(gòu)架體系進行實驗室器材智能管理系統(tǒng)的總線設(shè)計，系統(tǒng)的傳輸總線協(xié)議采用UDP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)開發(fā)，在B/S三層架構(gòu)體系中實現(xiàn)實驗室器材智能管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計。測試結(jié)果表明，設(shè)計的實驗室器材智能管理系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，人機交互能力較強。