校園實驗室智能化

實驗室作為現(xiàn)代化教育實踐創(chuàng)新的重要基地，信息化、智能化的規(guī)模也不斷地在擴大中。與此同時，我國校園（包含高等院校、技術型院校、中小學）實驗室管理的大部分工作均由人工手動完成，從而無論在實驗教學還是在實驗管理方面都存在一些困難，導致穩(wěn)定性不足、實驗效果較差、工作效率低下等問題，現(xiàn)有教育領域實驗室管理方案遠遠未達到信息化技術的發(fā)展要求， 嚴重制約了我國創(chuàng)新人才培養(yǎng)與素質教育發(fā)展。

目前校園實驗室急需一套信息化、智能化的實驗室綜合管理方案！

實驗室智能化管理系統(tǒng)LIMS整體架構設計，從實驗室的實際應用情況出發(fā)，重點考慮實用性、安全性和可靠性等方面因素，并在研究數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)介入、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理等物聯(lián)網(wǎng)相關技術的基礎上，設計實驗室智能化管理系統(tǒng)具體架構。

實驗室智能化管理系統(tǒng)功能設計，實驗室智能化管理系統(tǒng)主要包括實驗教學智能化管理、實驗設備智能化管理、實驗室安全防護智能化管理和實驗室能源智能化管理四個模塊。實驗教學智能化管理系統(tǒng)的設計與研究本部分主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術設計一套智能化考勤方案，解決手動考勤方式帶來的工作量大、數(shù)據(jù)不準確、不易統(tǒng)計等問題，最大程度提高純教學時間，提高教學效率和教學質量。

本模塊設計的基于物聯(lián)網(wǎng)的學生智能化考勤可以通過RFID芯片或指紋鑒別學生，當學生進入教室后，安裝在教室的Zigbee網(wǎng)絡會根據(jù)TCP首部中的確認標志設置，自動添加通過ZigBee無線個人區(qū)域網(wǎng)絡，自動記錄學生到達教室的時間，然后記錄學生離開教室的時間，然后通過學生考勤管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能，自動對本次課學生的考勤情況進行統(tǒng)計，以學生、班級、課程等為單位統(tǒng)計信息，然后以報表、圖形等可視化方式顯示統(tǒng)計結果，最后自動提交給相關部門，實現(xiàn)考勤的信息化和智能化。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術設計一套實驗設備智能化管理方案，針對目前使用的手工建立臺賬方式帶來的工作效率低下，容易出錯，更新困難，而且不便于使用計算機軟件管理，更不便于使用互聯(lián)網(wǎng)來進行動態(tài)的管理等問題，提高設備管理質量和設備管理效率。物聯(lián)網(wǎng)體系結構的研究物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別（RFID）技術、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結合成的一個巨大網(wǎng)絡。主要解決以下兩個方面問題：第一，早期的實驗室設備器材的說明書等信息都是紙質品，容易丟失、破損，數(shù)據(jù)信息的更新和查詢?nèi)菀壮霈F(xiàn)問題;第二，許多實驗設備器材還經(jīng)常有被外借和私自挪用的情況，往往歸還的時間不定，管理困難，容易造成設備丟失。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的服務類型和節(jié)點等情況，設計一個由感知層、接入層、網(wǎng)絡層和應用層組成的4層物聯(lián)網(wǎng)體系結構：感知層主要負責數(shù)據(jù)感知和數(shù)據(jù)采集，主要由條碼識讀器、RFID、各類傳感器和攝像頭等具有識別能力的器件組成;接入層主要負責將終端接入網(wǎng)絡，主要由匯聚節(jié)點、網(wǎng)關、M2M終端組成;網(wǎng)絡部分負責將接入層處理的數(shù)據(jù)安全、準確、可靠地傳輸，主要通過移動通訊、WiFi、ZigBee和互聯(lián)網(wǎng)等技術實現(xiàn);應用層負責把網(wǎng)絡層傳遞的信息分析處理，篩選正確的數(shù)據(jù)實現(xiàn)具體應用，例如智能信號燈、智能大棚、智能監(jiān)控等。

設備智能化管理可以實現(xiàn)在實驗室管理條例中規(guī)定的范圍和時間內(nèi)，利用在實驗設備出入的場所安裝留置物聯(lián)網(wǎng)接口的門禁系統(tǒng)，及時把實驗設備進出時間和位置等信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)中心，通過后臺的邏輯處理判斷設備移動的原因，及時通知相關負責人，防止意外和私自挪用情況。實驗室安全防護智能化管理系統(tǒng)的設計與研究本部分主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術設計一套實驗室安全防護智能化管理方案，爭取在不安全因素的智能判斷、智能定位和智能處理等方面提高質量。本模塊設計的實驗室安全防護智能化管理首先將龐大的傳感器網(wǎng)絡覆蓋傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的盲區(qū)，全方位監(jiān)控各種安全隱患（門窗狀態(tài)、火、煙等隱患）;然后通過多樣化的信息傳輸途徑快捷準確地傳遞數(shù)據(jù);最后利用應用層的智能處理排除人為的誤判等因素，實現(xiàn)安全隱患的智能判斷、智能定位和智能處理。

實驗室能源智能化管理系統(tǒng)的設計與研究本部分主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術設計一套實驗室能源智能化管理方案，解決目前校園實驗室管理長明燈和長流水現(xiàn)象造成的能源浪費問題。

本模塊設計的實驗室能源智能化管理可以利用傳感器檢測能源的使用條件和使用狀態(tài)等信息，通過手機的無線終端、網(wǎng)絡平臺等隨時隨地地掌握具體情況，及時發(fā)現(xiàn)問題、及時處理問題，可以實現(xiàn)能源的智能化監(jiān)控和管理。

實驗室智能化管理系統(tǒng)實現(xiàn)需要注意的問題：

（一）物聯(lián)網(wǎng)中智能感知網(wǎng)絡的建立本系統(tǒng)通過部署大量傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能感知，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)要具有實時性，按一定的頻率周期性采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。

（二）物聯(lián)網(wǎng)中信息安全傳輸方式的研究本系統(tǒng)通過傳感器定時采集的信息，需要通過短距離通信和移動通信網(wǎng)絡傳輸，由于其數(shù)量比較大，信息內(nèi)容和信息格式不同，在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須適應各種異構網(wǎng)絡和協(xié)議。

（三）物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)篩選處理方法的研究本系統(tǒng)可以從傳感器獲得的大量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應智能實驗室管理的不同應用的需求。

針對校園實驗室智能化管理的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，構建真實有效的校園實驗室智能化管理平臺，為學生和教師提供方便快捷的智能服務。
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