基于物联网技术的实验设备管理系统研究与设计

朱根良　林引盈

摘要：该文通过分析高校实验设备管理工作特点，并结合物联网技术的优势，设计总结一种B/S模式的实验设备管理系统的系统体系结构模型。利用物联网技术实现实验设备的科学和统一的信息化管理，提高管理水平和效率。

关键词：物联网；实验设备； RFID；管理系统

中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2012）30-7381-03

1 高校实验设备管理的特点及问题

1.1 特点

随着国家对高校实验室建设的不断投入，各个高校的实验室数量不断增加，实验设备资产也日益增多，几千万甚至上亿实验设备资产的高校不在少数。这样高速的发展给实验设备的管理工作直接带来了巨大的压力和挑战。如果还是使用传统的手工统计、纸质文件记录存档这样主要依靠人力来进行管理的方式已难以满足现代实验设备管理的需求。如何准确、实时和高效的管理实验设备成为很多高校急需改善和解决的重要问题之一。

1.2 问题a

1.2.1 实验设备管理相对独立，难以做到资源共享

各院系的实验设备多以供本院师生使用为主，使用和管理上相互独立，彼此之间也难以了解设备详细情况。这就可能造成各院系之间的实验室资源分配不平衡，使得有的院系设备使用率较低甚至闲置而有的院系的设备资源却极为短缺。校级职能部门也因无法实时掌握各院系的实验设备状态，从而无法及时进行宏观的把握和调配。

1.2.2 实验设备使用情况难以统计

实验设备的使用情况多以手工登记为主，统计方式简陋而繁琐，可能存在疏漏甚至造假，不利于准确全面的反映设备使用情况。

1.2.3 实验室队伍不稳定

实验室队伍不稳定、流动性较大且缺编情况严重[1]是一个普遍存在的问题。如果在实验室人员变动时没有及时做好相关材料的移交，则有可能造成设备管理上的混乱甚至造成设备的遗失。同时新上岗的设备管理人员，在管理岗位上因得不到相关培训，所以工作能力有限且缺乏规范性。如果没有一套清晰的管理的思路，也容易造成短期的工作上的混乱。

2 物联网及其关键技术

2.1 物联网简介

现在物联网是指把所有物品通过射频识别RFID、传感器、红外感应器、全球定位系统GPS等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的一种网络，也是指通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其主要特征是通过信息传感设备等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、通信网等网络进行信息传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制 [2] 。

2.2 关键技术介绍

无线射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。经过多年的发展，RFID技术已经日趋成熟，它作为物联网的重要组成部分之一，被广泛应用于物流管理、图书管理、门禁系统等行业领域。这种非接触式的自动识别技术，应用到实验设备管理中可以极大的提高管理效率。对于设备的清点、定位以及外借等工作可以起到事半功倍的作用。

RFID系统主要包括标签、读写器和应用软件三部分。标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者由标签主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并解码后，送至中央数据分析模块进行有关数据处理[3]。因此管理者只要持有一台小巧的标签读写器即可对实验室一定范围内的所有带RFID标签的设备进行快速清点和定位工作。在几部分组件中，标签是数量最大的部分，标签的质量好坏直接影响整个系统性能。常用的标签有低频、高频、超高频等多种技术。在几种不同频段的标签中，超高频标签最为适合大量设备的管理。因为它阅读距离大、作用范围广、数据传送速度快、数据保存时间长，且可单次批量读取多个电子标签。

实验室的环境监控对于实验室的设备管理也是重要的环节。一些对温度、湿度等环境参数比较敏感的实验室或库房需要此类的传感器进行监控，实时掌握室内的温湿度情况，并通过相应设备的联动来进行微调。以此来保证实验设备能在良好适宜的工作环境中长期运作或存储。

3 基于物联网技术的实验设备管理系统分析与设计

3.1系统功能模块设计

系统可采用以JAVA为核心的系统，支持跨平台的应用，整个系统的建设要符合数据层、应用层和Web层分开的系统三层架构体系。可以在任何一层进行更方便的应用扩展，应用的开发采用组件的技术，通过组件快速实现个性化和灵活的应用。

在应用层管理员可以根据实际情况自由设置实验室，并向其中添加实验设备。因数据层开放了与固定资产系统的数据接口，所以也可从其他系统导入设备信息。设备的日常管理和租借主要依靠设备查询、租借管理、保修管理和环境监控模块来完成。数据统计模块为用户提供了一个对设备不同信息的统计报表，便于对工作做出总结和思考。

用户在终端可通过WEB层使用浏览器便捷的对实验设备管理系统进行访问；应用层支持标准的J2EE中间件，可以选择企业级中间件WebSphere或WebLogic等；底层数据层充分运用关系数据库的事物处理能力和检索能力，在数据库之间通过数据网关实现信息交互和索引的创建，对底层数据的访问采用统一的数据接口，提供了与其他系统数据库如固定资产管理系统等的对接可能。对用户来说没有多种不同数据需要分别处理，是一个统一的数据平台。

3.2 网络拓扑组成

根据实验设备管理工作的特点及需求，以物联网技术为支撑，采用如图2所示的网络拓扑结构。WEB应用服务器和数据库服务器主要作为实验设备管理系统的部署平台，必要时可通过服务器集群的方式做冗余及负载均衡。管理者通过采用手持RFID读写器扫描，可定期实时的匹配实验设备的电子台帐，并且在客户端还配备了RFID标签打印机，根据用户定义好的编码规则，为实验设备等其他资产打印RFID标签，实行电子化管理和电子化盘查。实验室整体环境则由环境参数传感器进行实时监控。安检门禁是整个实验室的安全边界控制，通过对进出实验室的设备进行RFID标签扫描来达到安全管理的目的。

4 总结和展望

物联网技术在高校实验设备管理中的应用是个具有长远意义的研究课题。本文基于物联网的特性和高校实验设备管理的特点及需求，主要分析研究了高校实验设备管理系统的应用方案。但总体研究偏理论化，实践不够。不过却表达了作者做为实验工作第一线上的实验人员，迫切的希望能通过这样的系统将实验室相关工作变得更加科学规范的心愿。相信随着我国高校实验室的不断建设以及物联网技术的发展，这种需求会变得更加强烈，这种应用会变得越加广泛和成熟。

参考文献：

[1] 尹立苹，刘雁红.大型仪器管理中存在的问题及其对策[J]计量与测试技术，2008（1）：63-64.

[2] 高常水.我国物联网技术与产业发展研究[J].中国科学基金，2012（4）：205-209.

[3] 陈亭.射频识别（RFID）技术在生产线上的应用[D].上海：同济大学，2009.

[4] 权晓红，杨景涛.基于WEB的实验室设备管理系统的设计与实现[J].甘肃科技，2007（6）：47-48.