基于物聯網的實驗室管理研究

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摘要:物聯網技術近年來受到了社會各界的廣泛關注，隨著物聯網應用產品的大量實現，智能實驗室的實現也不再遙遠。這種新型實驗室管理系統的最主要目標就是實現實驗室的自動化、網絡化、信息化、智能化和實時化，大大降低了人員費用的開支，這將從根本上改變我國高校一貫運用傳統的方法來管理實驗室的局面。該文提出了一些物聯網的基本技術，并利用無線傳感器網絡技術、射頻識別技術等簡單設計了一個基于物聯網的實驗室管理方案。

關鍵詞:物聯網;實驗室建設;傳感器;RFID芯片;探究

自2009年8月總理提出“感知中國”這一物聯網建設議題以來，物聯網技術連同其在各個領域的應用受到了人們越來越廣泛的關注。物聯網，被譽為是繼計算機、互聯網、移動通信網之后的又一次信息化產業的浪潮。作為互聯網、移動通訊網等應用的增長點，將會大大促進信息化的應用，不僅僅可以提高經濟效益，還可以為國家的經濟發展提供技術動力，為產業行業開拓了又一潛力無窮的發展機會。隨著信息技術和物聯網的發展和普及，物聯網涉及各類產業和人們生活的方方面面，將大大提升互聯和智能方面的特性，使實現智慧地球的夢想成為可能［1－2］。物聯網技術在高校實驗室管理中的應用，綜合運用了現均已趨成熟的RFID、WSN技術、智能技術、納米技術等知識，將實驗室中的所有物品，包括儀器設備、辦公用品、實驗耗材、實驗環境、實驗人員等，與網絡連接起來、與移動信息網連接起來，真正實現實時的遠程控制，物聯網技術的新時代必將為人們帶來生活上、工作上的全新體驗［3］。

1物聯網技術概念

“物聯網”技術是指通過RFID、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，以有線或無線的方式把任何物品與互聯網連接起來，以計算、存儲、分析等處理方式構成所關心事物的動態和靜態的信息知識網絡，用以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡［4］。物聯網的用途非常廣泛，遍及城市管理、數字家庭、定位導航、現代物流管理、食品安全控制、零售、數字醫療、防入侵系統［5］等諸多的領域。

2高校實驗室管理現狀

高校實驗室管理目標可以分為安全性、高效性、精確性、經濟性、便捷性等。目前，高校實驗室管理最常用的方法還是主要依賴于相關實驗管理人員的定點管理以及實驗室制度規章的硬性約束這兩大措施，而這需要大量的實驗室管理人員并投入巨額的維護經費，通過在實驗室管理中應用物聯網技術可以大大降低人員費用的開支。

3基于物聯網技術的高校實驗室管理方案

3.1建立中央處理單元

中央處理單元是整個系統的核心，它要能提供強大的數據分析和處理功能，在以下各個模塊間起到橋梁的作用，能將各模塊的信息進行實時交換、處理、分析并反饋。通過物聯網及其他專業技術將實驗室中各儀器設備與中央處理單元相結合，便可實現實驗室管理員與儀器設備之間的人機互動:管理員可對儀器設備進行信息更新、維護安檢、使用預約以及過程監控等操作;儀器設備也可向實驗室管理員報告其實時運作狀態、環境安全等。

3.2建立設備管理模塊

為有需要的儀器設備安裝一個RFID標簽，相當于賦予每一臺設備一個“身份證”。通過讀寫裝置可以非常方便地讀取設備的詳細信息，例如，名稱、規格、型號、生產廠家、經銷商等;還可以通過讀寫裝置寫入需要添加的內容，例如，單位、實驗室地點、注意事項等。另外，設備的維修保養是相當重要的一個部分，可以隨時通過中央控制單元或便攜式的讀寫裝置將設備的維修記錄詳細地標注在RFID標簽中，需要時便可十分快捷地獲取到維修信息，并且，通過設置中央控制單元，可定期定時地提醒管理人員對儀器設備進行檢修。由于每次巡檢和維護的結果都記錄存儲于芯片而且這些信息是不能夠隨意更改的，這就可以避免如果出現和實驗設備相關的責任事故，不能明確人為責任還是設備責任的問題時，使實驗設備日常維護工作變得有據可查［6］。設備管理模塊大大簡化了繁重的入庫和檢修工作。

3.3建立物資管理模塊

實驗的進行常常都伴隨著實驗物資的大量消耗，通過設計相應的物資管理模塊，通過傳感器等檢測裝置，一旦實驗室中某種物資的存儲量低于系統設定的最低值時，該模塊將信息傳遞給中央處理單元，中央處理單元再通過移動網絡發送信息至實驗室管理員的智能手機、平板等移動終端上，內容包含該種存儲物資的剩余數量及所需數量等，以方便實驗室管理員及時添加物資或向商家發出補貨訂單。

3.4建立過程監測模塊

實驗的順利進行需要實驗人員的正確操作，但實驗過程中，往往由于粗心大意等原因造成不可估量的損失，這在電子教學實驗室中尤為常見。大量專業知識匱乏的學生經常會因錯誤的操作造成實驗儀器的損壞，例如，過載、欠壓等。通過實驗監測模塊，實驗指導者可預置必須要用到的實驗元件，如熱繼電器，通過比較實時操作與預置的情況是否一致，該模塊一旦檢測到實驗人員在實驗過程中未接入該元件或連接錯誤時，會自動斷開使電路無法運行避免造成儀器損壞，并將信息反映給實驗指導人員，方便找到錯誤原因且及時更正。這將大大提高儀器設備的使用壽命，省去大量的維修及購買經費。實驗過程數據可以被實時采集并以適當的方式提供給實驗者，實現實驗教學的數字化、網絡化與智能化［7］。

3.5建立人員監測模塊確保進入實驗場所人員的安全有序是實驗室管理的重要環節。在實驗室入口處安裝一個固定的RFID射頻閱讀器，并給相關的師生配備一個電子標簽(電子標簽可進一步設計與校園一卡通集成)，這樣一來，當師生進入實驗室時，閱讀器便會非常方便地讀取該人員的基本信息，例如，姓名、學號、聯系電話等，同時相關信息也將通過物聯網發送至中央處理單元登記存儲。若需要相關考勤的記錄，便可通過中央處理單元調用數據庫中的記錄，非常快捷的導出考勤表等詳細內容，省去了大量煩瑣的簽到工作。而該模塊一旦監測到非授權人員擅自進入實驗室時，便可立即發出警報并發送信息至實驗室管理人員的移動終端，管理員便可第一時間采取應對措施，這對于需要重點保護保密的實驗室有非常好的效果。

3.6建立環境監測模塊

不少實驗室對于實驗環境有著不低的要求，而環境監測不光可以幫助實驗順利進行，還可以在出現安全問題，如火災、漏氣等情況時第一時間啟動應急措施。環境監測模塊可以安裝溫度、濕度、氣體、光電傳感器等，并與110聯網，通過中央處理單元的反饋，中央處理單元或實驗人員即可做出相應的控制。而該模塊一旦監測到實驗室出現火災、漏氣等險情時，中央處理單元將立即啟動消防系統并報警，同時發送信息至實驗室管理人員的移動終端，使安全問題在第一時間得到有效控制。

4結束語

本文通過構建一個基于物聯網的模塊化設計實驗室管理平臺，來實現高校實驗室內的硬件管理、人員檢測及安全監測等內容，該系統可以較好地改進高校在實驗室管理中存在的信息化程度低、管理工作繁重復雜等問題，對于高校智能實驗室建設具有一定的借鑒意義。

作者:徐曉坷 陳惠明 李玉榮 單位:南京林業大學

參考文獻:

［1］黃崢，古鵬.物聯網實驗室建設研究與探討［J］.實驗技術與管理，2012，29(2):191－195.

［2］朱勇，張昕明，王寧.基于射頻識別技術的物聯網專業綜合實驗研究［J］.實驗技術與管理，2012，29(6):17－19.

［3］ZORAIM.FromToday'sInternetofThingstoaFutureIn-ternetofThings:aWirelessandMobilityRelatedView［J］．IEEEWirelessCommunications，2010，1536－1284:44－51.

［4］楊剛，沈沛意，鄭春紅，等.物聯網:理論與技術［M］.北京:科學出版社，2010，5.

［5］徐迪威，蔡建新.物聯網及其應用剖析［J］.計算機工程與應用，2011，47(15):229－231.

［6］魏衍亮.國外企業對醫療RFID芯片的專利化經營及其借鑒［J］.自動識別技術與應用，2005(3):36－37.

［7］王瑾.基于物聯網的實驗室管理技術［J］.電腦知識與技術，2010，6(21):5741－5742.