LIMS 专注您的专注

随着互联网技术的发展，我国教育信息化、智能化的规模在不断扩大。实验室作为现代化育创新和实践教学的重要基地，是高校教育事业赖以生存和发展的前提条件。 但是，我国高校实验室管理工作多数由人工手动完成，无论是在实验教学还是在实验管理方面都存在一些困难，造成工作效率不高、效果不好、稳定性不强等特点，实验室管理方案远远达不到信息化技术的发展要求，严重制约了我国创新人才培养与素质教育发展。综上所述，目前高校急需一套信息化、智能化的实验室综合管理方案。  

一、物联网体系结构的研究

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、气体感应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，采集其声、光、热、电、力学、位置等各种需要的信息，与互联网结合成的一个巨大网络。 根据物联网的服务类型和节点等情况，设计一个由感知层、接入层、网络层和应用层组成的4层物联网体系结构:感知层主要负责数据感知和数据采集，主要由条码识读器、RFID、各类传感器和摄像头等具有识别能力的器件组成;接入层主要负责将终端接入网络，主要由汇聚节点、网关、M2M终端组成;网络部分负责将接入层处理的数据安全、准确、可靠地传输，主要通过移动通讯、WiFi、ZigBee和互联网等技术实现;应用层负责把网络层传递的信息分析处理，筛选正确的数据实现具体应用，例如智能信号灯、智能大棚、智能家居、智能工业监控等。

二、实验室智能化管理系统整体架构设计

实验室智能化管理系统的整体架构从实验室的实际应用情况出发，重点考虑实用性、安全性和可靠性等方面因素，在研究数据采集、数据介入、数据传输和数据处理等物联网相关技术的基础上，设计实验室智能化管理系统具体架构，如图1所示。

三、实验室智能化管理系统功能设计  实验室智能化管理系统主要包括实验教学智能化管理、实验设备智能化管理、实验室安全防护智能化管理和实验室能源智能化管理四个模块。

（一）实验教学智能化管理系统的设计与研究

本部分主要是通过物联网技术设计一套智能化考勤方案，解决手动考勤方式带来的工作量大、数据不准确、不易统计等问题，最大程度提高纯教学时间，提高教学效率和教学质量。 本模块设计的基于物联网的学生智能化考勤可以通过RFID芯片或指纹鉴别学生，当学生进入教室后，安装在教室的ZigBee网络会根据TCP首部中的确认标志设置自动添加通过ZigBee无线个人区域网络，自动记录学生到达教室的时间，然后记录学生离开教室的时间，然后通过学生考勤管理系统的数据处理功能自动对本次课学生的考勤情况进行统计，以学生、班级、课程等为单位统计信息，然后以报表、图形等方式显示统计结果，最后自动提交给相关部门，实现考勤的信息化和智能化。

（二）实验设备智能化管理系统的设计与研究

本部分主要是通过物联网技术设计一套实验设备智能化管理方案，针对目前使用的手工建立台账方式带来的工作效率低下，容易出错，更新困难，而且不便于使用计算机软件管理，更不便于使用互联网来进行动态的管理等问题，提高设备管理质量和设备管理效率。主要解决以下两个方面问题:第一，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，数据信息的9更新和查询容易出现问题;第二，许多实验设备器材还经常有被外借和私自挪用的情况，往往归还的时间不定，管理困难，容易造成设备丢失。 本模块设计的基于物联网的设备智能化管理主要是通过电子标签，把设备的详细信息存储在芯片中，通过读卡器识别传输到互联网及无线终端设备上。这既便于数据查询和更新，而且便于统一管理。设备智能化管理可以实现在实验室管理条例中规定的范围和时间内，利用在实验设备出入的场所安装留置物联网接口的门禁系统，及时把实验设备进出时间和位置等信息发送到物联网中心，通过后台的逻辑处理判断设备移动的原因，及时通知相关负责人，防止意外和私自挪用情况。

（三）实验室安全防护智能化管理系统的设计与研究

本部分主要是通过物联网技术设计一套实验室安全防护智能化管理方案，针对当前高校实验室的安全监控的主流设备数字视频录像机(DVR)带来的盲区多(例如卫生间)、需要专人值守、需要人工判断、往往是事后补救等缺点，争取在不安全因素的智能判断、智能定位和智能处理等方面提高质量。 本模块设计的实验室安全防护智能化管理首先将庞大的传感器网络覆盖传统安防系统的盲区，全方位监控各种安全隐患(门窗状态、火、烟等隐患);然后通过多样化的信息传输途径快捷准确地传递数据;最后利用应用层的智能处理排除人为的误判等因素，实现安全隐患的智能判断、智能定位和智能处理。

（四）实验室能源智能化管理系统的设计与研究

本部分主要是通过物联网技术设计一套实验室能源智能化管理方案，解决目前高校长明灯和长流水现象造成的能源浪费问题。 本模块设计的实验室能源智能化管理可以利用传感器检测能源的使用条件和使用状态等信息，通过手机的无线终端、网络平台等随时随地地掌握具体情况，及时发现问题、及时处理问题，可以实现能源的智能化监控和管理。

四、实验室智能化管理系统实现需要注意的问题  （一）物联网中智能感知网络的建立

本系统通过部署大量传感器实现数据的智能感知，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据要具有实时性，按一定的频率周期性采集环境信息，不断更新数据。

（二）物联网中信息安全传输方式的研究

本系统通过传感器定时采集的信息，需要通过短距离通信和移动通信网络传输，由于其数量比较大，信息内容和信息格式不同，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

（三）物联网中数据筛选处理方法的研究

本系统可以从传感器获得的大量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应智能实验室管理的不同应用的需求。