物联网技术在实验室管理的应用

[摘要]物联网是继互联网之后又一新型技术，也为高校教育信息化改革提供有利条件。本文探讨分析了物联网技术在高校实验室管理中的应用。

[关键词]物联网；高校实验室

一、物联网技术及其关键技术

物联网是在互联网的基础上，利用无线数据等多种通信技术，构造了一个能够覆盖世界上万物的网络。实现了物与物相联，在这个大网络中，物与物之间能够彼此进行“沟通交流”，并且无需人的操作及干预。物联网的实质是利用射频自动识别技术，通过计算机互联网实现物与物的自动识别及信息的共享与互联。1.射频识别技术。该技术具有显著的便捷性、保密性和可靠性特点，主要应用于信息采集系统的非接触式自动识别技术，可以处于恶劣的环境保持正常工作，借助射频信号可以对目标对象进行自动识别并获取数据信息。同时该技术还可有效识别快速运动的物体并能同时获取多个标签，从而实现对物体的跟踪和管理。射频识别技术与互联网技术和通信技术相结合能有效追踪全球范围内产品以及实现信息共享。一般射频识别技术从高到低分为微波、超高频、高频、低频等几种类型。当前射频识别技术主要应用于存储物品数据信息的电子标签和用于读取以及写入标签信息等读写器等。2.无线传感器网络。该技术是指集分布式信息采集、传输、处理等于一体的网络信息系统，偏向于组网，有利于实现数据快速传递，具有显著的成本低廉和部署简单等显著优势。正是因灵活性高、低功耗、低成本和微型化的铺设和组网方式等受到广泛重视和应用。传统网络节点由电源、通信单元、传感单位以及处理单元组成，而无线传感器网络和国民经济发展以及安全有着紧密联系，物联网也是通过遍及在世界各地的传感器才能实现更好地感知整个物质世界。3.智能技术。该技术指将智能系统植入事物物体内，促使物体具有智能性，最主要在于促使物体主动和被动地实现和物体、用户之间沟通对话目的。智能技术也是物联网技术不可缺少的组成，主要涵盖智能信号处理、智能控制技术与系统、人机交互技术与系统等多种类型。

二、物联网技术在高校实验室管理中的应用

物联网的发展代表了整个社会信息化的发展方向。物联网正逐渐走向实用阶段，它在高等学校教学领域的应用正方兴未艾。在高等学校校园网的基础上搭建校园物联网平台，可以有效实现实时物联网教学反馈、远程采集实验数据、开发智能化校园建设、高等学校智能设备管理、对学生远程健康管理和智能校园安保等诸多应用。传统实验室管理都是通过纸质版和电子版创建账目并采取标签粘贴式管理设备，然而随着不断增多的实验室设备和实训项目，自然而然就暴露了实验室管理弊端，影响实验室发挥应有作用。物联网技术作为互联网、计算机、移动通信等信息产物，以无线传感网技术、射频识别技术、纳米技术以及智能技术等知识实现全方位的定位、识别、跟踪、监控、管理等多方面功能，促使实验室管理人员从传统繁琐复杂的实验室管理工作中解放出来，不仅改变实验室管理模式，最重要的是提高实验室管理信息化程度和管理效率，加快各个实验室之间的信息沟通，有效消除信息孤岛现状，进一步提高实验室设备使用效率和管理水平。（一）物联网技术在实验室设备管理中的应用。借助物联网技术可以实现对实验室仪器设备管理智能化，通过建立仪器设备采集控制中心将中央处理系统和各仪器设备，较好地实现和实验室管理员之间的远程互动，即实验室管理员在采集控制中心可以及时更新仪器设备信息，通过使用维护安检、预约和过程控制等操作及时关注实验室情况。高校传统实验室设备管理中会采取固定资产标签形式，使用者从标签上可以读出每台实验设备仪器名称、购置日期、固定资产号等。然而这种标签较易丢失或没有任何可写性，如果为每台实验室仪器设备安装射频识电子标签可以作为信息采集和识别的纽带，将读写器安装在实验室出入口便能自动识别仪器设备，在通过物联网技术获得实验设备固定资产编号、型号、规格、名称、生产厂家、国别、使用单位、生产日期、经销商、使用说明等并自动生成入库清单，可以完成自动化入库管理。（二）物联网技术在实验室人员管理中的应用。实验室除了有技术人员和管理、清扫人员进入外，还有教师和学生进入实验室开展操作。可以在实验室入口安装固定阅读器，当外来教师和学生或其他人员进入后就需要佩戴电子标签后再进入实验室区域，可以较好地保证实验场所安全有序。该阅读器可以职工姓名、工种、院系、职称、联系方式等基本信息进行自动识别，与此同时获取信息也可以借助互联网自动传输到中央处理系统相对应模块当中做好登记储存记录，如果来访者信息和预约授权系统数据信息相一致后则可以进入实验室，反之如果和预约授权信息有出入，那么固定阅读器则会第一时间收到信号后发出报警提示，目的在于告知实验室管理人员该人员是非法进入，请快速采取处理措施。此外实验人员开展单独实验操作时需要在手腕佩戴连接安全控制中心的传感器，如果该传感器长时间处于静止状态则会向控制中心发出警报信号，大幅度提高使用者安全系数。（三）物联网技术在实验室安防管理中的应用。实验室安防是其管理重要组成，借助物联网技术作为支撑能打破传统监测终端在环境、空间、时间等方面限制，实现灵活性信息采集和可靠性高传输以及易于维护等优势，也逐渐成为实验室安全防范系统未来发展和研究方向。对此在实验室安防管理应用物联网技术主要有以下方面：1.前端监测模块。数据在实验室安防监测应用中是整个系统不可缺少的元素，该模块更是获取最原始数据的环节。然而在对前端监测模块进行安装时不得不考虑成本因素，对此可以将每一套传感器和同一MCU相连接且共同使用一块通信模块，从而更好地降低成本和功耗等。其中MCU运用性价比较高的是STC12C5A60S2单机片为主要核心控制器，可以提供如两路外部中断、两路UART、SPI、GPIO等外部资源，可以较好地满足系统资源需求。前端监测模块任务在于各个传感器信号进行定时采集和处理，通过分类和判断监测数据并将其转给通信模块后再直接转发给中转站。通信模块可以和MCU相连接，功耗不足0.1W，在可视环境下能传输近百米数据，完全满足传输距离要求或数据采集需求。2.中转站。该站是连接采集前端和后台之间数据传输的重要桥梁，更是系统中心节点。通过虚拟UART和ZigBee模块相连接，再通过两路RS22接口和GSM模块、电力载波模块相连接模块，中转站只要将数据发送到相应的地方即可。其中电力载波和ZigBee两条传输路径相互备份，对提高系统运行效率有着积极的促进作用。如果出现紧急险情即外来人员试图打开门或传感器监测遇到异常状况时，系统则会第一时间通过GSM短信模块向实验室人员发送报警信息，当实验室管理人员收到信息后则会判断故障类型和采取处理措施，避免造成不良影响。3.后台管理系统。实验室安防管理系统在监测模块的基础上采集和处理数据，根据模块化设计思想可以将其分为系统管理、用户管理、数据管理三个主要模块，从而更好地实现实验室安防状态信息存储、监测、查询以及无人管理时布防等多种功能。

[参考文献]

[1]钟建国.基于物联网技术实验室管理的探讨[J].中国现代教育装备，2016，（17）：36-38.

[2]王璐.物联网技术在高校实验室管理中的应用研究[J].网络安全技术于应用，2014，（5）：74-75.

作者:张影 单位:吉林工商学院