基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著高校的擴(kuò)招，高校實驗室的不斷發(fā)展，實驗室功能和人員也不斷增多，傳統(tǒng)人工記錄和統(tǒng)計的實驗室管理方法不僅智能水平低下，不能滿足不斷增加的需求，而且操作繁瑣、工作效率低，難以進(jìn)行實時的查詢和統(tǒng)計，不能有效地利用這些數(shù)據(jù)信息對實驗室運行狀況進(jìn)行深入分析。針對當(dāng)前高校實驗室管理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，通過對實驗室信息管理和監(jiān)控相關(guān)問題的深入研究和對大連理工大學(xué)移動互聯(lián)網(wǎng)實驗室的實地需求調(diào)研，最終設(shè)計了這套基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理系統(tǒng)

2、。本系統(tǒng)以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控為基礎(chǔ)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)自動化的信息管理和智能化的監(jiān)控。
　　本系統(tǒng)主要包括四個模塊:負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和控制的無線節(jié)點;在整個物聯(lián)網(wǎng)中起通信中樞作用，連接各無線節(jié)點與服務(wù)器的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān);對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲和顯示的服務(wù)器;實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能的移動終端。無線節(jié)點可以具體地分為以下三種類型:一是由ZigBee模塊、傳感器模塊和報警器模塊組成的無線節(jié)點，這類節(jié)點負(fù)責(zé)采集實驗室內(nèi)相關(guān)的環(huán)境信

3、息，并通過報警模塊提示環(huán)境出現(xiàn)異常，包括溫濕度模塊、PM2.5模塊和光照模塊;二是由ZigBee模塊和控制器模塊構(gòu)成的無線節(jié)點，用于實現(xiàn)實驗室的燈光和窗簾的智能控制，包括燈光模塊和窗簾模塊;三是由ZigBee模塊和讀卡器等構(gòu)成的無線節(jié)點，這類節(jié)點包括門禁模塊和簽到模塊，門禁還包括一個電機(jī)模塊，用來完成驗證成功后開門的控制，實驗室的門禁系統(tǒng)突破了以往只通過刷卡開門常規(guī)模式，實現(xiàn)了終端遠(yuǎn)程開門和刷卡開門的雙重控制模式。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由ZigBe

4、e匯聚節(jié)點和路由器構(gòu)成，ZigBee匯聚節(jié)點匯聚來自各無線節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后由路由器通過socket通信協(xié)議把數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是整個實驗室監(jiān)控系統(tǒng)的通信樞紐。服務(wù)器端保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中、響應(yīng)請求并發(fā)送相應(yīng)的控制命令。管理員可以通過網(wǎng)站服務(wù)器對實驗室的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和管理，也可以通過網(wǎng)站控制端對實驗室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。移動終端是基于Android平臺的手機(jī)客戶端。手機(jī)客戶端通過Http網(wǎng)絡(luò)協(xié)議向?qū)嶒炇曳?wù)器發(fā)送相應(yīng)的控制命令

5、，比如開燈、開關(guān)窗簾、開門等命令，服務(wù)器接收到請求之后，向物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送命令，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)收到命令后進(jìn)一步將命令分發(fā)到指定的無線節(jié)點，由無線節(jié)點執(zhí)行相應(yīng)的命令。
　　由ZigBee節(jié)點、傳感器和報警器構(gòu)成的無線節(jié)點會周期性采集實驗室內(nèi)相關(guān)的環(huán)境信息，如溫度、濕度、PM2.5值、光照，通過ZigBee通信把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到由ZigBee匯聚節(jié)點和路由器組成的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)至數(shù)

6、據(jù)庫，手機(jī)客戶端可以隨時向服務(wù)器發(fā)送請求，獲取數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，即使人員不在實驗室也能對實驗室中環(huán)境情況進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)實驗室內(nèi)環(huán)境出現(xiàn)非正常狀態(tài)時，報警器會隨之響起，實驗室安保人員能夠及時捕捉到相應(yīng)的信息，以便盡快采取救援措施，減少實驗室的損失。
　　基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理系統(tǒng)，從多個方面如溫度、濕度等對實驗室進(jìn)行全天候集中監(jiān)控，采用了全新的自動化的報警機(jī)制，使實驗室的監(jiān)控達(dá)到自動化、智能化的水平;該系統(tǒng)采用NFC讀卡的方式，

7、結(jié)合多重身份驗證的方式實現(xiàn)開門和簽到，保證日常出入實驗室的安全，可以準(zhǔn)確方便地統(tǒng)計實驗室人員出勤情況;系統(tǒng)還采用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過手機(jī)App控制實驗室內(nèi)的燈光、窗簾和門鎖，方便實驗室人員的生活。另外，系統(tǒng)實現(xiàn)了對設(shè)備和人員的統(tǒng)一管理，大大減少了管理成本，彌補(bǔ)了全國高校實驗室在自動化和智能化方面的不足，并創(chuàng)新性地使用多重控制的門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。該系統(tǒng)基本實現(xiàn)了高校實驗室的需求，達(dá)到了商品化的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了