实验室智能管理Web 系统及Android APP 开发

李显尹　韦萍萍　崔忠伟

摘要：针对学校实验室内部布局结构，对实验室智能管理系统进行分析和研究，提出一种低成本、易扩展，适用于实验室应用的管理系统。基于Android 手机平台或平板电脑设计了一套实验室管理系统，该系统实现了网络机房的远程管理和本地控制相结合。通过实践证明，该系统无论是硬件设备还是成本都是简单和低廉的。除此之外，系统具有很强的可靠性。

关键词：Android；WIFI；智能管理；控制网关

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）35-0128-02

实验室智能管理系统是利用通信技术、自动控制技术等对实验室设备进行集中管理，形成一套完整的实验室智能管理系统。目前实验室智能管理系统正朝着具备无线远程和近程控制相结合、快速便利、高效管理的方向发展。

在实验室智能管理系统中，核心设备是实验室智能管理控制终端，综合目前的研究状况，有以下两种备选方案：

第一，使用机房的教师机作为智能管理系统的控制终端。随着近几年智能控制网关技术的发展和应用，促使电脑能够通过Internet对智能管理系统进行控制。但是，使用这种控制方式存在一定的缺点，譬如只能对实验室进行固定的控制，不能方便、便捷的移动控制终端。

第二，使用手机或平板作为控制终端，使用手机通过无线网络对实验室进行方便、快捷的管理。但是目前采用这种方式控制实验室的系统还不是很普及，其大部分操作复杂，没有给用户带来良好的体验。本研究主要使用手机作为控制终端，提出一种更为合理和便捷的方案。本设计主要思想如下：

1） 移动终端控制系统主要是使用当前最流行的Android 系统进行设计，为了使系统具有良好的兼容性和可拓展性，因此使用支持组件重用以及SQLite数据库。

2） 在实验室内部通过本地局域网，这样就不用连接Internet就能够控制实验室内部的设备。

1 系统总体设计

本文所设计的实验室智能管理系统主要包括Android移动客户端和固定控制网关两部分组成。智能手机或者平板控制终端，安装控制程序以后，管理员可以通过手机或平板将控制程序发送到控制网关。手机或平板的操作指令主要是通过控制网关转发到实验室设备，与此同时控制网关将实验室设备的状态信息回发到手机或平板上，这样就有利于管理员对实验室设备运行状态进行实时监控和管理。

如图1所示为系统总体结构示意图。其主要工作原理是智能手机或平板通过WIFI 连接到公共网络，而控制网关通过以太网连接到公共网络，公共网络中的无线路由器同时连接WIFI 和以太网。当管理员在智能手机或平板上进行操作后，操作指令通过无线路由器发送到控制网关。控制网关接收操作指令后，将操作指令转发到实验室设备。实验室设备接收操作指令，执行相关功能，并将设备状态信息返回到控制网关。控制网关收到设备状态信息后，通过无线路由器将状态信息转发到智能手机或平板，从而实现智能手机或平板对实验室设备的操作控制。

2 移动客户端设计

移动客户端控制系统主要包括用户界面、Socket通信、SQLite 数据库。activities、services和providers等构成移动应用程序的多个组件，而且每个组件在应用程序中扮演着重要的角色，其他应用程序可以单独激活每个组件。

2.1 Android 终端管理界面

如图2 所示为移动终端主界面。图中，按钮由上而下分别为设备配置、状态控制、系统配置、节点控制。点击设备配置按钮，进入设备配置页面，可以对设备进行配置IP地址，定时设置等；点击状态控制进入控制页面，可以对设备进行开关机、重启、待机等操作；点击系统配置进入系统配置页面，可以对本系统日期时间进行更改设置；点击节点控制进入节点控制页面，可以对各节点工作状态进行控制；

2.2 基于Socket 通信

在网络编程方面，针对TCP 传输，安卓提供Socket类与ServerSocket类。针对UDP 传输，Android 提供Datagram-Socket 类和DatagramPackage 类。基于Socket网络编程相对来说是比较底层，其他应用协议是以此为基础而建立的。通过创建Socket对象，使其打开输入输出流进行通信。

2.3 数据库

本应用程序使用的SQLite数据库是Android 平台内置轻便的数据库。对于SQLite的操作，Android 提供了SQLiteDatabase和SQLiteOpenHelper 两个类。SQLiteOpenHelper类提供两个方法onCreat（）和onUpgrade（ ） 对SQLite 数据库进行创建和更新，提供getWritableDatabase （ ） 或getReadableDatabase （ ） 方法来获得数据库对象。SQLiteDatabase 类则提供一些方法，可以使用Creat、Delete、Update执行SQL 指令、完成常规的数据库管理操作。数据库主要存储如下信息： 设备号，设备类型，各个设备的信息状态（ 开关、是否在线等） 。

3 控制网关

本系统设计的控制网关采用易控云分布网络控制主机和易控云总线开关执行器实现。易控云分布网络控制主机可以从以太网口接收数据，把来自以太网的控制指令转发到易控云总线开关执行器接口，也可以接收易控云总线开关执行器传回的数据。易控云分布网络控制主机接口接收的控制网关实现了TCP /IP 协议族，能够支持支持以下三种不同的网络连接模式：TCP _SERVER、TCP_CLIENT 和UDP 。在TCP_SERVER 模式下，控制网关等待控制终端请求连接。连接的主要目的是使数据能够在移动设备与控制网关之间进行传输。

4 结束语

通过本系统实现实验室智能管理和控制，可以随时随地掌控实验室设备的使用状态。

本控制系统采用智能手机软件与控制网关相结合的控制方式，相比其他的几种终端控制方式优势明显。同时，这种控制程序在Android操作系统上具有通用性和移植性，能在带有此类操作系统的智能平台上安装和使用，市场的应用价值高，易于推广。本系统所需硬件简单易用、稳定可靠，并且有较好的扩展性。

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