物聯網技術在實驗室管理的應用

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[摘要]物聯網是繼互聯網之后又一新型技術，也為高校教育信息化改革提供有利條件。本文探討分析了物聯網技術在高校實驗室管理中的應用。

[關鍵詞]物聯網；高校實驗室

一、物聯網技術及其關鍵技術

物聯網是在互聯網的基礎上，利用無線數據等多種通信技術，構造了一個能夠覆蓋世界上萬物的網絡。實現了物與物相聯，在這個大網絡中，物與物之間能夠彼此進行“溝通交流”，并且無需人的操作及干預。物聯網的實質是利用射頻自動識別技術，通過計算機互聯網實現物與物的自動識別及信息的共享與互聯。1.射頻識別技術。該技術具有顯著的便捷性、保密性和可靠性特點，主要應用于信息采集系統的非接觸式自動識別技術，可以處于惡劣的環境保持正常工作，借助射頻信號可以對目標對象進行自動識別并獲取數據信息。同時該技術還可有效識別快速運動的物體并能同時獲取多個標簽，從而實現對物體的跟蹤和管理。射頻識別技術與互聯網技術和通信技術相結合能有效追蹤全球范圍內產品以及實現信息共享。一般射頻識別技術從高到低分為微波、超高頻、高頻、低頻等幾種類型。當前射頻識別技術主要應用于存儲物品數據信息的電子標簽和用于讀取以及寫入標簽信息等讀寫器等。2.無線傳感器網絡。該技術是指集分布式信息采集、傳輸、處理等于一體的網絡信息系統，偏向于組網，有利于實現數據快速傳遞，具有顯著的成本低廉和部署簡單等顯著優勢。正是因靈活性高、低功耗、低成本和微型化的鋪設和組網方式等受到廣泛重視和應用。傳統網絡節點由電源、通信單元、傳感單位以及處理單元組成，而無線傳感器網絡和國民經濟發展以及安全有著緊密聯系，物聯網也是通過遍及在世界各地的傳感器才能實現更好地感知整個物質世界。3.智能技術。該技術指將智能系統植入事物物體內，促使物體具有智能性，最主要在于促使物體主動和被動地實現和物體、用戶之間溝通對話目的。智能技術也是物聯網技術不可缺少的組成，主要涵蓋智能信號處理、智能控制技術與系統、人機交互技術與系統等多種類型。

二、物聯網技術在高校實驗室管理中的應用

物聯網的發展代表了整個社會信息化的發展方向。物聯網正逐漸走向實用階段，它在高等學校教學領域的應用正方興未艾。在高等學校校園網的基礎上搭建校園物聯網平臺，可以有效實現實時物聯網教學反饋、遠程采集實驗數據、開發智能化校園建設、高等學校智能設備管理、對學生遠程健康管理和智能校園安保等諸多應用。傳統實驗室管理都是通過紙質版和電子版創建賬目并采取標簽粘貼式管理設備，然而隨著不斷增多的實驗室設備和實訓項目，自然而然就暴露了實驗室管理弊端，影響實驗室發揮應有作用。物聯網技術作為互聯網、計算機、移動通信等信息產物，以無線傳感網技術、射頻識別技術、納米技術以及智能技術等知識實現全方位的定位、識別、跟蹤、監控、管理等多方面功能，促使實驗室管理人員從傳統繁瑣復雜的實驗室管理工作中解放出來，不僅改變實驗室管理模式，最重要的是提高實驗室管理信息化程度和管理效率，加快各個實驗室之間的信息溝通，有效消除信息孤島現狀，進一步提高實驗室設備使用效率和管理水平。（一）物聯網技術在實驗室設備管理中的應用。借助物聯網技術可以實現對實驗室儀器設備管理智能化，通過建立儀器設備采集控制中心將中央處理系統和各儀器設備，較好地實現和實驗室管理員之間的遠程互動，即實驗室管理員在采集控制中心可以及時更新儀器設備信息，通過使用維護安檢、預約和過程控制等操作及時關注實驗室情況。高校傳統實驗室設備管理中會采取固定資產標簽形式，使用者從標簽上可以讀出每臺實驗設備儀器名稱、購置日期、固定資產號等。然而這種標簽較易丟失或沒有任何可寫性，如果為每臺實驗室儀器設備安裝射頻識電子標簽可以作為信息采集和識別的紐帶，將讀寫器安裝在實驗室出入口便能自動識別儀器設備，在通過物聯網技術獲得實驗設備固定資產編號、型號、規格、名稱、生產廠家、國別、使用單位、生產日期、經銷商、使用說明等并自動生成入庫清單，可以完成自動化入庫管理。（二）物聯網技術在實驗室人員管理中的應用。實驗室除了有技術人員和管理、清掃人員進入外，還有教師和學生進入實驗室開展操作。可以在實驗室入口安裝固定閱讀器，當外來教師和學生或其他人員進入后就需要佩戴電子標簽后再進入實驗室區域，可以較好地保證實驗場所安全有序。該閱讀器可以職工姓名、工種、院系、職稱、聯系方式等基本信息進行自動識別，與此同時獲取信息也可以借助互聯網自動傳輸到中央處理系統相對應模塊當中做好登記儲存記錄，如果來訪者信息和預約授權系統數據信息相一致后則可以進入實驗室，反之如果和預約授權信息有出入，那么固定閱讀器則會第一時間收到信號后發出報警提示，目的在于告知實驗室管理人員該人員是非法進入，請快速采取處理措施。此外實驗人員開展單獨實驗操作時需要在手腕佩戴連接安全控制中心的傳感器，如果該傳感器長時間處于靜止狀態則會向控制中心發出警報信號，大幅度提高使用者安全系數。（三）物聯網技術在實驗室安防管理中的應用。實驗室安防是其管理重要組成，借助物聯網技術作為支撐能打破傳統監測終端在環境、空間、時間等方面限制，實現靈活性信息采集和可靠性高傳輸以及易于維護等優勢，也逐漸成為實驗室安全防范系統未來發展和研究方向。對此在實驗室安防管理應用物聯網技術主要有以下方面：1.前端監測模塊。數據在實驗室安防監測應用中是整個系統不可缺少的元素，該模塊更是獲取最原始數據的環節。然而在對前端監測模塊進行安裝時不得不考慮成本因素，對此可以將每一套傳感器和同一MCU相連接且共同使用一塊通信模塊，從而更好地降低成本和功耗等。其中MCU運用性價比較高的是STC12C5A60S2單機片為主要核心控制器，可以提供如兩路外部中斷、兩路UART、SPI、GPIO等外部資源，可以較好地滿足系統資源需求。前端監測模塊任務在于各個傳感器信號進行定時采集和處理，通過分類和判斷監測數據并將其轉給通信模塊后再直接轉發給中轉站。通信模塊可以和MCU相連接，功耗不足0.1W，在可視環境下能傳輸近百米數據，完全滿足傳輸距離要求或數據采集需求。2.中轉站。該站是連接采集前端和后臺之間數據傳輸的重要橋梁，更是系統中心節點。通過虛擬UART和ZigBee模塊相連接，再通過兩路RS22接口和GSM模塊、電力載波模塊相連接模塊，中轉站只要將數據發送到相應的地方即可。其中電力載波和ZigBee兩條傳輸路徑相互備份，對提高系統運行效率有著積極的促進作用。如果出現緊急險情即外來人員試圖打開門或傳感器監測遇到異常狀況時，系統則會第一時間通過GSM短信模塊向實驗室人員發送報警信息，當實驗室管理人員收到信息后則會判斷故障類型和采取處理措施，避免造成不良影響。3.后臺管理系統。實驗室安防管理系統在監測模塊的基礎上采集和處理數據，根據模塊化設計思想可以將其分為系統管理、用戶管理、數據管理三個主要模塊，從而更好地實現實驗室安防狀態信息存儲、監測、查詢以及無人管理時布防等多種功能。

[參考文獻]

[1]鐘建國.基于物聯網技術實驗室管理的探討[J].中國現代教育裝備，2016，（17）：36-38.

[2]王璐.物聯網技術在高校實驗室管理中的應用研究[J].網絡安全技術于應用，2014，（5）：74-75.

作者:張影 單位:吉林工商學院