基于RFID技术的实验室管理系统设计与实现

李丹

基于RFID技术的实验室管理系统设计与实现

李丹

阐述了基于RFID技术的实验室管理系统的设计原则、系统构成要素、系统总体设计、系统分类设计、系统实现等部分，最后，提出了系统升级扩展的方向。

RFID技术；实验室管理系统；设计；实现

0　引言

射频识别（Radio Frequency Identification），又称RFID或电子标签，是一种新型的非接触式自动识别技术。RFID利用射频无线电信号识别特定目标并读写相关数据，可同时快速地自动识别多个运动或静止标签，操作快捷方便。本课题立足高校实验室管理实际，将分布式管理信息系统和RFID技术结合起来，应用于实验室管理系统实践，试图解决高等学校实验室管理的一些问题。

1　基于RFID技术的实验室管理系统设计原则

基于RFID技术的高校实验室管理系统的设计，除了要满足当前的应用需求，还要面向将来业务扩展和技术更新的要求。因此系统的开发与设计必须遵循以下原则：

1.1开放性和安全性

考虑到系统将来发展与更新的需要，系统需要具有良好的开放性，整个系统按功能划分成若干模块，方便维护，利于将来系统的升级和扩展。整个系统网络处于开放的体系结构，数据库信息以及用户信息的安全可靠也是需要解决的问题。

1.2实用性和高效性

为满足实际工作的需要，用户操作界面设计尽可能做到简便实用，能够满足不同用户的需求。针对实验学生较多的情况，对RFID的读写器的识别能力提出了更高的性能要求。

1.3交互性

作为服务高校的实验室管理系统，既要为管理人员提供便捷，也要对全院师生提供快捷的服务，能满足师生间的互动。

1.4界面友好性

系统采用符合Windows规范的图形用户界面，用户可以轻松地进行网络浏览和查询，提高了使用着的工作效率。

2　基于RFID技术的系统构成要素

基于RFID技术的实验室管理系统可分为：电子标签、读写器、通信网络和数据处理软件这四个部分。

2.1电子标签

电子标签将目标物体的相关信息进行编码，然后将编码后的信息封装在电子标签内部，由于电子标签具有相当大的信息存储容量，因此，每一个需要被识别的物体都可以拥有一个唯一的电子标签进行信息识别。当有携带电子标签的人或事物进入读写器的有效范围时，读写器就可以对电子标签进行快速地读出或写入信息的操作。

2.2读写器

读写器主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。读写器可以把数据处理软件的读写命令传输到电子标签，并对从数据处理软件发送给电子标签的数据进行加密。在本系统中使用的手持读写器采用了超高频电感耦合技术，电子标签在读写过程中所需的全部能量都是由读写器提供，无需提供独立的电源系统，同时该读写器适用于距离小于1米的电子标签设备的读写，适用于本实验室管理系统的应用。

2.3通信网络

通信网络可以将数据信息传输到连接的读写器或是数据处理应用软件中进行数据处理，它是系统中的一个重要组成部分。

2.4数据处理软件

数据处理软件的功能主要是：接收通信网络传输过来的电子标签中的数据信息，并对这些数据信息进行加工处理和保存。在系统结构中，数据处理软件是非常重要的一个组成部分，读写器和电子标签的操作行为都是由数据处理软件来控制完成的。数据处理软件对读写器做出相应的指令控制，读写器根据指令可以对电子标签做出相应的操作。基于RFID技术的系统构成如图1所示：

图1　基于RFID技术的系统

3　系统总体设计

3.1基于RFID技术的系统基本结构

实验室设备及人员的基本信息被存入到系统，保存在数据库服务器当中，当实验室及设备有数据变动时，RFID读写器进行读取，进而传输给数据库服务器进行数据比对并进行数据处理，不符合条件的数据则被转到报警系统。系统基本工作流程如图2所示：

图2　系统基本工作流程

3.2实验室管理系统各实体间的关系

本系统中实验教师、学生、系统管理员、实验室、实验仪器设备、班级均为实体，实验教师辅导实验学生实验，实时监测学生的实验进度，查看学生选课情况、负责学生的实验报告、成绩管理；系统管理员除了负责管理实验教师、学生、实验室、实验仪器设备等所有的信息与属性外，还需要进行系统维护、信息发布；学生则需要查询实验教师、实验室、实验仪器设备信息以及实验选课、预约情况、成绩情况等。系统主要实体的关系图如图3所示：

图3　系统主要实体的关系

4　系统的分类设计

在系统架构设计的基础上，确定每一个类和对象的属性。

4.1实验室人员管理

在实验室人员管理类中对实验室人员的管理方法进行了定义。例如，查询系统屮人员的方法是新增，删除，修改和打印。当管理人员输入新增人员的信息并提交以后，就会发送请求，数据库会调用添加人员来完成数据发送，发送结束后会返回成功页面。

4.2实验项目管理

实验项目管理模块是为了实现对实验项的登记和编辑。项目序号、编号、名称、项目类别、实验原理、面向专业、实验室、指导教师、实验组数、每组人数、实验室管理员、申报日期、申报人、审核日期等信息都包含在实验项目实体类的相关字段中。通过具体的实验项目定义，可以完成对实验项目的操作。当管理人员在填写好实验项目的查询条件以后，就会调用查询方法进行查询，查询完成以后将请求结果返回到成功页面。

4.3实验仪器设备管理

每个实验仪器设备都有一个唯一可识别的电子标签，读写器的主要功能就是对实验仪器设备的电子标签信息进行检査，对数据信息进行修改和釆集。当数据库系统接收到新增实验仪器设备信息后，就会调用实验仪器设备管理类中的修改实验仪器设备的方法对相应实验仪器设备表进行修改，并保存成新的实验仪器设备表，完成以后返回新增成功页面。

4.4耗材管理

分为耗材日常管理和耗材出入库管理，耗材日常管理分为査询耗材、新增耗材、删除耗材、修改耗材和打印耗材列表等类。耗材出入库管理主要查询出入库信息、新增信息、删除出入库信息、修改出入库信息和打印出入库信息列表等内容。

5　系统的实现

本系统是一个可以进行实验室人员管理、实验项目管理、实验室仪器设备管理、耗材管理的一体化的管理系统。

5.1实验室人员管理的实现

实验室管理人员可以在数据库各个字段输入相应的数据信息，在界面的下端有数据记录的前进、后退、回到第一条、进到最后一条以及可以搜索和删除记录的按钮，也可以选择打印的按钮，实现相应的功能。新增人员情况表如图4所示：

5.2实验项目管理的实现

如果要新增实验项目，可以点击工具栏的新增项目按钮，会弹出实验项新增信息窗口，在弹出的窗口中填写实验编号、名称等信息以后保存就可以了。如果需要修改实验项目，在实验项目列表中选择所需修改的实验项，点击工具栏的修改工具，弹出修改实验项目的窗口，可以对窗口中的各项进行修改，完毕后点击保存即可。如果需要删除已有实验的删除工具，就可以实现删除功能。实验项目管理列表如图5所示：

图5　实验项目管理列项

5.3实验仪器设备管理的实现

对实验仪器设备的管理，我们可以通过表来看到实验仪器设备列表的信息。实验仪器设备列表如图6所示：

图6　实验仪器设备列项

如果新增仪器设备，点击窗口工具栏中的新增按钮，就会弹出新增实验仪器设备的窗口，在窗口中填写新增的仪器设备的数据信息并保存即可。如果删除实验仪器设备，从设备列表中选中需删除的实验仪器设备，点击窗口工栏屮的删除按钮并确认即可。

5.4耗材管理的实现

在如果我们需要新增、删除和修改耗材时，点击工具栏中的新增、删除和修改按钮，可以弹出相关信息的输入窗口，在窗口中，进行相关操作并保存即可。耗材的出入库登记列表如图7所示：

图7　耗材的出入库登记列项

6　总结

该系统将RFID技术应用于实验仪器设备的管理，实验室工作人员可以使用手持式读写器对实验室的仪器设备和耗材进行读写操作，通过实验室管理系统进行统一管理，这将使实验室的管理效率大大提高。系统可进一步升级，将RFID技术应用于人员管理，使系统应用RFID技术的范围进一步扩展。

[1] 周细义,任亚运,肖祥,周先得.RFID技术在实验室管理系统中的应用研究[J].湖南理工学院学报(自然科学版),2013,9（3）:40-44

[2] 谢新华,焦铬,赵磊.基于 RFID技术的实验室门禁系统设计[J].计算机工程应用技术,2008,5:552-554

[3] 毛红霞.基干技术的实验室信息管理系统的设计[D].西南交通大学,2012,5

[4] 刘冬生,邹雪城,刘政林,等.RFID标签芯片的最新研究进展[J].微电子学,2007,37(6):779-782.

[5] 李凌峰.实验室管理系统中技术的应用与研究[D].大连理工大学,2013.

Design and Implementation of Laboratory Management System Based on RFID Technology

Li Dan
(Shaanxi Xueqian Normal University,Xi'an 710100,China)

This paper expounds the design principles,system components,system total design,system classification design,system implementation of the laboratory management system based on RFID technology. Finally it puts forward the direction of the system upgrade and expansion.

RFID Technology; Laboratory Management System; Design; Implementation

G40-057

A

1007-757X(2016)03-0040-02

陕西学前师范学院科研基金项目（2015YBKJ090）

李丹（1971-）， 女，陕西学前师范学院，工程师，研究方向：信息系统管理及应用，西安，710100

（2015.07.19）