校園實(shí)驗(yàn)室智能化

實(shí)驗(yàn)室作為現(xiàn)代化教育實(shí)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(kuò)大中。與此同時(shí)，我國校園（包含高等院校、技術(shù)型院校、中小學(xué)）實(shí)驗(yàn)室管理的大部分工作均由人工手動(dòng)完成，從而無論在實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是在實(shí)驗(yàn)管理方面都存在一些困難，導(dǎo)致穩(wěn)定性不足、實(shí)驗(yàn)效果較差、工作效率低下等問題，現(xiàn)有教育領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室管理方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到信息化技術(shù)的發(fā)展要求， 嚴(yán)重制約了我國創(chuàng)新人才培養(yǎng)與素質(zhì)教育發(fā)展。

目前校園實(shí)驗(yàn)室急需一套信息化、智能化的實(shí)驗(yàn)室綜合管理方案！

實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)LIMS整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，從實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā)，重點(diǎn)考慮實(shí)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(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)具體架構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)主要包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)智能化管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備智能化管理、實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)智能化管理和實(shí)驗(yàn)室能源智能化管理四個(gè)模塊。實(shí)驗(yàn)教學(xué)智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究本部分主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)一套智能化考勤方案，解決手動(dòng)考勤方式帶來的工作量大、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不易統(tǒng)計(jì)等問題，最大程度提高純教學(xué)時(shí)間，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

本模塊設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)生智能化考勤可以通過RFID芯片或指紋鑒別學(xué)生，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入教室后，安裝在教室的Zigbee網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)TCP首部中的確認(rèn)標(biāo)志設(shè)置，自動(dòng)添加通過ZigBee無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)記錄學(xué)生到達(dá)教室的時(shí)間，然后記錄學(xué)生離開教室的時(shí)間，然后通過學(xué)生考勤管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能，自動(dòng)對(duì)本次課學(xué)生的考勤情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以學(xué)生、班級(jí)、課程等為單位統(tǒng)計(jì)信息，然后以報(bào)表、圖形等可視化方式顯示統(tǒng)計(jì)結(jié)果，最后自動(dòng)提交給相關(guān)部門，實(shí)現(xiàn)考勤的信息化和智能化。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備智能化管理方案，針對(duì)目前使用的手工建立臺(tái)賬方式帶來的工作效率低下，容易出錯(cuò)，更新困難，而且不便于使用計(jì)算機(jī)軟件管理，更不便于使用互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理等問題，提高設(shè)備管理質(zhì)量和設(shè)備管理效率。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。主要解決以下兩個(gè)方面問題：第一，早期的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備器材的說明書等信息都是紙質(zhì)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(shí)驗(yàn)設(shè)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(shí)間不定，管理困難，容易造成設(shè)備丟失。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型和節(jié)點(diǎn)等情況，設(shè)計(jì)一個(gè)由感知層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的4層物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)：感知層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)感知和數(shù)據(jù)采集，主要由條碼識(shí)讀器、RFID、各類傳感器和攝像頭等具有識(shí)別能力的器件組成;接入層主要負(fù)責(zé)將終端接入網(wǎng)絡(luò)，主要由匯聚節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、M2M終端組成;網(wǎng)絡(luò)部分負(fù)責(zé)將接入層處理的數(shù)據(jù)安全、準(zhǔn)確、可靠地傳輸，主要通過移動(dòng)通訊、WiFi、ZigBee和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn);應(yīng)用層負(fù)責(zé)把網(wǎng)絡(luò)層傳遞的信息分析處理，篩選正確的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用，例如智能信號(hào)燈、智能大棚、智能監(jiān)控等。

設(shè)備智能化管理可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室管理?xiàng)l例中規(guī)定的范圍和時(shí)間內(nèi)，利用在實(shí)驗(yàn)設(shè)備出入的場(chǎng)所安裝留置物聯(lián)網(wǎng)接口的門禁系統(tǒng)，及時(shí)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)出時(shí)間和位置等信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)中心，通過后臺(tái)的邏輯處理判斷設(shè)備移動(dòng)的原因，及時(shí)通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，防止意外和私自挪用情況。實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究本部分主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)智能化管理方案，爭(zhēng)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(zhì)量。本模塊設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)智能化管理首先將龐大的傳感器網(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)確地傳遞數(shù)據(jù);最后利用應(yīng)用層的智能處理排除人為的誤判等因素，實(shí)現(xiàn)安全隱患的智能判斷、智能定位和智能處理。

實(shí)驗(yàn)室能源智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究本部分主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)室能源智能化管理方案，解決目前校園實(shí)驗(yàn)室管理長明燈和長流水現(xiàn)象造成的能源浪費(fèi)問題。

本模塊設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室能源智能化管理可以利用傳感器檢測(cè)能源的使用條件和使用狀態(tài)等信息，通過手機(jī)的無線終端、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等隨時(shí)隨地地掌握具體情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、及時(shí)處理問題，可以實(shí)現(xiàn)能源的智能化監(jiān)控和管理。

實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要注意的問題：

（一）物聯(lián)網(wǎng)中智能感知網(wǎng)絡(luò)的建立本系統(tǒng)通過部署大量傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能感知，每個(gè)傳感器都是一個(gè)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(shí)時(shí)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(shí)采集的信息，需要通過短距離通信和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)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(shí)性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)智能實(shí)驗(yàn)室管理的不同應(yīng)用的需求。

針對(duì)校園實(shí)驗(yàn)室智能化管理的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，構(gòu)建真實(shí)有效的校園實(shí)驗(yàn)室智能化管理平臺(tái)，為學(xué)生和教師提供方便快捷的智能服務(wù)。
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