基于物联网技术的智能实验室建设与管理
【摘要】大数据、云计算、物联网是当今新兴的热门的战略性产业。物联网技术利用互联网技术与传感器检测、无线通讯技术，建立一个物品和另一个物品在互联网之间的一种联系，执行信息交换和通信。针对传统实验室和传统实验课存在的弊端，该文探讨了物联网智慧实验室的建设与管理，利用物联网技术实现实验室设备与后台数据管理系统的互联，将教学资源进行整合，从而设计出相应的开放式的实验实训管理系统，减轻实验实训管理人员的工作量。提高了实验室设备的利用率，增强了实验室的开放性、智能性，有利于培养创新型人才。
【关键词】物联网技术；智慧实验室；管理
【中图分类号】TP39 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2019）03-0056-02
1 引言
信息技术日新月异，物物相息，物联网技术就是物与物之间通过网络相连的新技术。它可以将周围相关联的一切事物进行数字化处理，通过网络实现自动化、智能化控制。所谓智慧实验室将物联网技术应用于实验室的设备与管理上。物联网是指通过RFID（射频识别技术）、ZigBee（无线传感器）、激光扫描仪、GPS（定位系统）、Wi-Fi（无线网络技术）等传感设备，按照预先约定的协议，把物品和互联网连接起来，进行信息的采集、信号的传输与交换、通信处理，对连接到网络的对象进行智能跟踪、识别、监视、定位和管理。物联网智慧实验室对室内所有的感知设备、实验设备、终端应用设备，通过人机接口技术，对实验室的环境、温湿度、烟雾、视频等方面的实时监控，实现所有实验室设备、仪器仪表、环境的集成化、物联化、智慧化的控制与管理。
2 物联网实验室建设的必要性
传统的实验室管理大多采用人工管理模式，缺乏系统科学的实验室信息管理软件，效率低下。下课后，实验室就关闭了，难以满足学生的个性化需求实验。所谓开放性实验是指从实验时间、实验项目、实验仪器设备的选取到方案制定、项目实施等均由学生自主完成。开放性实验打破了传统性实验教学的各种限制，实现了实验的自主性、多樣性。这种柔性教学能充分调动起学生的学习积极性，有利于培养学生的创新创业能力，培养出更多社会所需的复合型技能人才。
而且实验室的开放可以跨院系、跨专业，将整个学校实验实训设备整合，实现资源共享，这样减少了实验设备、仪器的重复购置，提高了使用率，降低了教学成本。
从管理上讲，开放式实验室应用现代信息技术进行管理，管理员常规的工作量减少。另一方面，为适应岗位需求，促使实验管理员与时俱进，不断学习与进步，提升信息技术水平与科学管理能力。
3 物联网实验室建设的目标
立足物联网技术的高标准、实用化、智能化、开放性、可发展性是物联网实验室建设的目标。物联网实验室为基础知识实验、专业核心能力训练、科研创新创业能力培养、综合应用能力提升等提供了优质的环境，同时，提出了巩固教学成果、开展学科竞赛、开展科研创新课题研究、对接企业产品、服务就业等一系列的递进式的智能物联网实验室解决方案，实现人才与创新创业的高品质对接，提高了人才培养质量。
4 物联网实验室建设内容
物联网从技术层面分为感知层（数据采集）、网络层（数据传输）、应用层（数据处理）三层。其中感知层的功能识别实验室的对象和收集相关信息，网络层的功能是传递并处理从感知层获取的信息，应用层则是实验室智能监控应用系统，是用户和物联网的人机接口。开放性物联网智慧实验室框架如图1所示。
4.1 软件 硬件环境建设
（1）硬件建设
物联网实验室硬件部分包括芯片设计的协调器模块、终端采集节点模块、控制端的继电器模块。所需硬件设备包括各种传感器检测设备、RFID射频识别设备、单片机设备、智能网关、路由器、交换机、PC机、RFID GPS智能定位终端、通信设备等配套设备。
（2）软件设计
物联网智慧实验室的软件开发建设包括无线传感器网络软件建设、嵌入式网关软件建设、计算机数据管理与分析软件建设等。
基于物联网技术的开放性智能实验室的建立，采用实验室设备互联、冗余管理模式，解决了设备重复投入的问题，提高了使用率。其中，射频识别物联网技术（RFID）因其简单、灵活、实用的特点，被应用在此次实验室管理系统中。其设计思路如图2所示，通过后台数据库的建立完成对整个实验室的开放性智能管理。
①实验室仪器仪表、设备管理
实验室里所有仪器仪表、设备、工具等物品都贴上包含基本信息的二维码标签，入库管理包括新设备采购入库、设备借出使用（包括维修）后归还入库。其中设备采购入库的用“1”表示，借出使用后归还入库的用“2”表示。实验室仪器仪表、设备管理流程如图3所示。
②实验预约管理
开放性实验室的管理采用实验者预约制。学生如果想做哪个实验、什么时间做实验，需要使用哪些仪器仪表、设备等需要在学校的实验管理平台上填写预约申请，等待实验管理教师审核通过后方可进行实验。教师对实验室预约管理标准流程如图4所示。
5 物联网智慧实验室的管理
物联网智慧实验室的建设，全面覆盖了实验环境搭建、硬件设计、无线传感器技术、智能网关组网技术、应用软件开发等各个层次的知识。要管理好物联网开放性智慧实验室，首先，我们必须培养出技术精湛、乐于奉献的掌握现代信息技术的实验教师。物联网实验室的实践性很强，没有一定的动手能力是很难管理好实验室的，因此，需要对管理实验室的老师进行新技术培训，使其能为学生搭建实验实训、课程设计、技能竞赛、科研研发、创新创业、毕业设计等实验平台。
6 结语
物联网是信息时代的产物，同时也是未来信息产业竞争的制高点，是产业升级的核心驱动力。本文针对物联网开放性智能化实验室的建设与管理进行了研究与探讨。物联网技术在我校实验室的应用为学生营造了一个良好的学习环境。随着物联网技术的不断发展，基于物联网的智能实验室建设与管理必将不断发展与应用。
【参考文献】
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[2]梁成长.浅谈物联网技术支持下的高校智慧实验室构建[J].现代信息科技，2016（04）：195-196+19.
[3]李光雷，潘庆阳，徐坚.基于物联网技术的高职院校实验室智能管理平台设计[J].实验室研究与探索，2016（05）.
课题项目：“2017年度湖南省教育厅科学研究项目”的课题《基于物联网的开放式创新实验室的设计与实现》（项目编号：17C0854）。
作者简介：
陈钢（1982-），男，汉族，湖南长沙人，硕士研究生，讲师，研究方向：控制工程的科研与教学工作；
李德英（1968-），女，汉族，湖南娄底人，硕士，高级工程师，研究方向：主要从事电气自动化的科研与教学工作。