实验实训室管理系统设计

摘要：参与实验实训室各项活动有利于提升学生实践和创新能力，实验室开放包括实验时间和实验内容的开放，但是实验室开放导致管理人员不足，传统管理模式设备损耗大。为了提高实验室开放程度，有效利用信息化、智能化的高效节能的管理机制和手段，通过信息化手段管理开放型实验室，能够有效提高实验室管理工作的水平和效率。

关键词：实验室；开放；智能控制

目前高等院校中多数实验室还是传统人工管理模式，由专业课教师兼职管理实验室，任课教师在上课前联系实验室管理员借用钥匙开门，使用完成后再由实验室管理员对设备进行检查，人工填写使用记录[1-2]。使用过程中仪器电源全部通电，不仅浪费电能还有安全隐患[3]。这种传统的管理方式需要使用人员高度负责，并且人为因素影响很大。通常实验室管理员属于专业课教师兼职管理，如果某个时间管理教师此时段没有课程安排，则难以完成钥匙的及时交接，以及对每个实验室进行检查。因此需要建设信息化的智能开放实验室[4]。

1智能开放型实验室建设方案

在我院机电工程系工科类实验室，多属于电气类实验室，目前新实验室建设均引入互联网按照一体化实验室进行建设[5-6]。将实验室对外开放，以提高实验室的使用率[7]。但是开放产生的相应问题，需要建立一套智能化开放实训室管理系统。实验室对外开放，开放过程中将遇到人员安全、用电安全、设备的安全问题，同时还需要健全开放实验室的管理制度。利用信息化手段建立开放型实验室管理系统，主要方案是设计手机端APP实现实验室预约使用登记[8]、实验室课表及相关信息的推送、使用OpenCV编程实现人脸识别门禁，考勤系统，所需主要硬件如表1所示。并且鼓励有兴趣的学生参加相应的社团，选拔成员对开放型实验室进行协助管理，对师生进行教学、竞赛、科研的全面开放。1.1智能安全预警功能。目前已有许多院校已经建立了实验室管理信息系统，进入实验室普遍采取刷卡门禁系统，管理员或上课教师需要携带专用的门禁卡。这和使用钥匙有一定程度的改进，避免了申请和归还钥匙的麻烦，采用电磁门禁系统进行管理，而且可以记录刷卡进出的时间，但是这种门禁系统主要适用于企业、社区，仅能设置使用时限，授权后的卡片往往未关联使用者身份信息，难以实现对使用人员考勤管理。而实验实训室，既要确定使用者身份信息又要分时间段进行控制，因此一般的门禁系统还不能完全适用，在手机客户端APP编写程序，采用摄像头智能视觉系统识别使用人员身份信息，并按照申请使用时段具体情况才能打开电磁门锁，电磁门锁通过WiFi模块远程收发指令，进行开关控制操作，如图1所示。需要借助视频监控系统。在开放式实验室管理系统中，确保监视无死角在室内安装多个角度的数字摄像头。设计使用OpenCV实现室门和窗户区域的入侵实时监测，并进行标记通过网络第一时间向管理员发出安全报警信息，从而保证实验室的安全运行，可实现人脸识别对使用人员身份进行识别并标记，和智能入侵监测当发现门窗有人异常入侵进行标记报警。如图2所示。1.2远程控制。设计在总电源端设置无线远程WiFi空气开关，编写安卓手机端APP，对空开、插座、照明、门锁收发不同的开关指令代码进行远程控制。摄像头检测到室内无人使用状态下延时一定时间后，自动发送指令控制总电源空开的断开。管理员根据管理服务平台通过网络给各个远程电源控制端发送不同的指令，进而控制各个实验室的各路电源设备的通断，并返回执行结果，接收并显示当前数据状态信息，实现对实验室分路电源的智能化控制，实验室计算机设备使用申请及状态显示界面如图3所示。1.3开放预约。实验室还可以面向各项竞赛进行开放，实验室管理员使用远程APP客户端对申请使用人员进行审批，审批通过后由APP进行信息推送显示在申请者手机上。成立科技创新学生社团，设置培训部、管理部、发展部。管理员将申请数据汇总，发展部对申请者进行筛选录用，由培训部高年级学生组织一学期的基础知识培训，为成员提供专业基础知识培训，有“电子技术基础教学”“PLC实验教学”、“仿真平台设计教学”、“机器人编程教学”等，为会员提供参加电子制作、机器人技术相关技能大赛的机会。在第一学期末进行考核，管理部根据学生掌握情况分配到不同指导老师竞赛或科研项目中。由管理部成员组织维护包括计算机硬件维护，软件维护，系统维护，各类仪器设备。安排成员每天轮流值班，协助实验室管理人员共同管理，为申请使用实验室的师生做好后勤保障。发展部可在考核过程中学生学习积极性不高，进行人员替补，并督促学生学习。使用过程中管理员在手机端利用室内视频系统对参与人员进行考勤，如图4所示。开放的工业机器人实训室为学生、教师竞赛等提供实验设备和训练场地。实验室经过一段时间的开放，师生利用实验室课余时间的开放使用，使用实验室提供的网络和设备在参加了两届信息化教学大赛，以及省级工业机器人技术应用赛项和部级制造单元智能化改造与集成技术赛项均取得了多项成果，如表2所示。

2结束语

对实验室进行全面开放，可进一步提升理论和实践教学的有机结合，实现学生自主学习，自主创新，为学生提供平台和空间，开放过程需要加大精细化、信息化建设的步伐，健全网上管理服务系统，实现集网上申请预约、远程考勤、自动签到登记、实验项目公开等集约化服务的开放实验室管理服务平台，实行数字化管理。

参考文献

[1]胡浩亮,玄祖广.实验室智能化管理与综合化服务研究[J].浙江万里学院学报,2017,30（5）:93-97.

[2]陈珺,金星,罗勋鹤,王永涛,等.电子信息类实验室信息化建设及开放管理[J].实验技术与管理,2018,35（5）:239-242.

[3]张晨亮,苏学军,毕涛,等.基于电力线载波的开放实验室电源控制系统[J].电测与仪表,2015,52(9):103-107.

[4]刘柳,吴希阳,虞兵.目前高校开放实验室主要问题与应对措施[J].轻工科技,2014(1):122-123.

[5]胡福文,徐宏海,张超英,等.基于创客文化的实验室开放平台建设研究与探索[J].实验技术与管理,2015,32(7):244-248.

[6]罗剑文.引入物联网概念的实验室仪器开放管理模型[J].实验室研究与探索,2016,35(10):275-280.

[7]於秋萍,孙见君,吴志威,等.基于网络技术的实验室开放管理[J].教学仪器与实验,2014(5):66-67.

作者:孟磊 张岩 单位:西安职业技术学院