基于物联网技术的高职院校实验室智能管理平台设计

李光雷, 潘庆阳, 徐 坚, 尹合栋

(1.南京工业职业技术学院 实验室与资产管理处,江苏 南京 210023；2.重庆第二师范学院 教育资源中心,重庆 400065)



基于物联网技术的高职院校实验室智能管理平台设计

李光雷1, 潘庆阳1, 徐 坚1, 尹合栋2

(1.南京工业职业技术学院 实验室与资产管理处,江苏 南京 210023；2.重庆第二师范学院 教育资源中心,重庆 400065)

高职教育区别于本科教育的一个重要方面就在于其职业导向性，高职教育的人才培养目标强调为生产第一线服务。实验(实训)室作为承担实验、实训项目的重要载体，在实现高职教育人才培养目标的过程中占有重要地位和作用。分析了部分高职院校实验室建设、管理工作的现状及面临的一些问题，结合当前热门的物联网技术，针对高职院校规律设计并开发了一套基于B/S架构的物联网实验室管理平台，该平台理念先进，功能齐全，在实际使用中取得了不错的效果。

高职； 实验实训； 物联网； 智能管理

0 引 言

高职教育区别于本科教育的一个重要方面就在于其职业导向性。高职教育的人才培养目标强调为生产第一线服务，高职教育定位的特殊性决定了其教学活动更加重视实践动手能力，理论知识则以够用为度。因此，实践教学是高职院校人才培养的重要环节，旨在突出职业岗位技能模拟训练，重点培养学生的技术运用能力。

实验(实训)室作为承担实验、实训项目的重要载体，在实现高职教育人才培养目标的过程中占有重要地位和作用。但是目前的高职院校实验室建设、管理主要存在信息化程度较低、管理制度监督力度不够、大型仪器设备开放共享程度不够等问题。大多数高职院校仍然采用管理人员手工统计、手动操作的方式实现实验室数据的收集与管理，一线实验室工作人员疲于应付各类繁琐的日常事务，无从考虑实验室建设、管理的更深层次问题。

部分本科高校在实验室建设、管理、使用过程中采用信息化管理。但高职教育的实验实训是专业建设的重要组成部分，其人才培养特点注定高职教育的实验教学目标不仅通过实验观察某种现象、验证某个定律、学习某项实验方法。还要通过实验、实训尽可能多的感受相关专业的工作现场氛围，练习某些专业仪器设备的使用，培养学生某一单项的专业技能。总之，更侧重实训，高职院校的实验室、实训基地大多属于综合性的，贴近生产实际，实验过程更接近于生产实际，使学生的实验具有一定的现场感，与今后的工作实际相符，而本科高校的实验室则侧重科研实验，这种差异造成管理模式也有差异，因此，高职院校实验室、实训基地的信息化管理不能完全照搬本科高校[1-6]。

长期以来，大部分高职院校实验室管理工作都是依靠手工建立台帐、标签等措施对实验仪器设备进行管理，这样不仅效率低下，错误频出，更新困难，而且随着学校对实验室投入的增加造成实验室动态更新不断增加，使得一线实验室管理人员长期处于应付大量繁琐、重复的劳动，没有时间及精力去思考更好的使用、管理实验室。面对出现的这一问题，通过走访其他高校，结合本校实际，提出利用信息技术提高学校的实验室建设、管理工作水平，提高学校实验室、实训基地使用效率及绩效，提高学校实验(实训)室信息公开程度及大型仪器设备共享等。

1 物联网技术应用的可行性分析

物联网是指通过 RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，以有线或无线的方式把任何物品与互联网连接起来，以计算、存储、分析等处理方式构成所关心事物的动态和静态的信息知识网络，用以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网从本质上来看，是现代信息技术发展到一定阶段后的成果，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用[6-15]。

将物联网与电子门禁系统相结合，可以替代传统的“手工登记薄”，不仅大大方便对进出实验场所人员的统计，减轻了管理人员的工作量，而且可以有利于实验(实训)室开放共享。出入实验室场所的人员主要有实验室管理人员、实验技术人员及师生。当前各高校基本都发行了校园一卡通系统，基本可以做到人手一卡。利用现有的一卡通系统，结合相应的读卡器，在实验(实训)室门口进行身份识别，获取相应的个人编码，同时将信息通过因特网传输到服务器端，与远程服务器端的数据库相比对，若服务器有授权信息，则电磁锁通电开门，反之只会记录下本次刷卡，下课后刷卡锁门，同时在数据库记录下本次使用信息，统计出该实验(实训)室利用率情况。考虑到部分教师因为卡丢失、损坏或者校外兼职教师无一卡通等特殊情况，为每院系设置若干张超级卡，可以在出现紧急情况时实现开门。因此，将物联网应用于高职院校的实验(实训)室建设、管理工作中，具有切实可行性。

2 实验室智能管理系统的设计与实践

2.1 平台的设计

考虑到我校实验室管理、运行实际情况，采用校、院二级业务管理和信息展示平台。主要应用模块有：实验室基础数据平台、实验教学管理、实验室开放管理、校级计算机实验室管理、校级实验室管理效益评估等模块组成；智能系统配套硬件终端主要的应用有：智能门禁控制系统、智能数据采集管理、远程电源控制管理。系统将实现校、院独立管理以及数据互通，利用网络资源和数据共享平台，通过B/S为主的软件架构，通过全校一卡通统一身份认证，与学校其他应用的数据共享与同步，实现用户的方便接入与数据的快捷维护。具体系统框架见图1。

图1 物联网实验室管理平台系统总体架构图

根据我校的实验室管理、运行特点和组织结构的特殊性，还考虑到同时部署众多模块的信息管理平台，涉及职能管理部门比较多等特点，建设的平台应具有如下功能。

(1) 搭建校级实验教学管理平台、计算机实验室管理平台以及实验室开放管理系统、智能数据采集管理系统、实验室效益评估管理、实验室数据基础平台，为师生、管理人员访问、信息发布提供统一入口；

(2) 能够实现对全校计算机实验室的统一管理，通过平台可以统计出各公共、基础机房的实时使用率和开机率，对教学以外的公共机房的开放情况进行宏观的实时状态监测、数据统计；

(3) 能够实现学校、学院、实验室(实验中心)的分层次结构管理，按校级、院级的管理角色设置权限，对各类用户的使用能进行个别或批量管理；

(4) 系统应具有开放的接口，可以与学校的一卡通系统、国有资产管理系统等学校现有第三方系统对接，能够实现部分信息共享流通；

(5) 系统涵盖学校所有实验室门禁的控制和智能管理，对学生预约、考勤等自动生成数据，并生成统一格式报表；

(6) 系统涵盖实验室运行经费管理、项目实施管理、效益评价等完整管理流程，自动汇总结果和查看实验室各环节的流程；

各子系统及模块具有友好的人机界面，能够兼顾一些特殊情况，如：数据卡丢失后的授权、断电后能够实现离线数据存取、实训课程调整能够及时反馈到刷卡器等。

2.2 系统的搭建

系统包括三个结构层。①底层由服务器、数据库构成，实现数据的存储、读取；②网络层：包括刷卡器、电磁门禁系统组成。通过刷卡器实现对一卡通数据的读取，进而实现对刷卡者的身份识别，通过与数据库进行对比，确认是否有授权，进而控制门禁系统开闭；③交互层：通过Web页面实现人机交互。

远程电源控制系统及门禁系统可以实现对有源仪器设备的电源开启和闭合的管理。在电源控制器的前端通过以太网TCP/IP通讯远程控制技术实现对有源实验仪器设备的授权使用，即：用户在通过门禁控制系统身份认证后，方可对指定的某台仪器设备通电使用，同时记录使用时长及人员信息。

刷卡器对用户身份识别及控制电磁锁的部分实现代码如下：

char szDisplayInterval[3],szClearLCD[3],szLCDBackLight[3],szDisplayROW[3],szDisplayCOL[3],szDisplatDelay[3];

char szDispMsg[512];

//交替显示

sprintf(szDisplayInterval,"00");

szDisplayInterval[2]=0;

//清除屏幕

sprintf(szClearLCD,"00");

szClearLCD[2]=0;

//打开背光

sprintf(szLCDBackLight,"00");

szLCDBackLight[2]=0;

//行坐标

sprintf(szDisplayROW,"00");

szDisplayROW[2]=0;

//列坐标

sprintf(szDisplayCOL,"00");

szDisplayCOL[2]=0;

//交替显示间隔

sprintf(szDisplatDelay,"50");

szDisplatDelay[2]=0;

//显示内容

MSG2ASCII(szMsg,szDispMsg);

//组成命令字符串 命令字+命令数据

char szSubCMD[1024];

sprintf(szSubCMD,"8500%s%s%s%s%s%s00%s",szDisplayInterval

搭建好后的Web管理界面如图2所示。试运行一学期后，服务器端根据统计处的数据汇总出的实验室使用情况柱状图，如图3所示。

3 实施成效及反思

经过将近1年的建设、调试、试运行，我校的物联网实验室管理平台已经日趋完善。目前来看，本平台主要取得了以下方面的成效：

(1) 减轻了实验室工作人员管理。引入本系统后，大大减轻了各级实验室管理人员的工作量，使得他们有更多的时间思考所从事的工作而非疲于应付日常繁琐的事务性工作。同时，本平台的引进也有利于学校各级管理部门更准确的掌握学校实验实训基本情况，有利于做出更准确的决策。

(2) 有利于公共实验室的共建共享。有利于大型仪器设备的共建各项，提高了实验实训资源的使用效益。排课子系统使用使得各类实验实训更加规范，每学期将实验实训任务导入系统后，其他需要使用实验室的学生和老师若要预约使用该实验室、实训设备，可以清楚的避开有教学任务的时间段。大型仪器设备通过物联网管理平台，不仅可以在校内实现大型仪器设备的资源共享，同时可以开展相应的社会服务。

(3) 方便师生进出实验室。开放式的实验及门禁系统为学生、教师的实验实训提供了极大方便，得到了广大学生和教师的一致好评。开放式的实验实训条件为学生及教师提供了更加灵活的实验、实训条件，学生可以在线预约，教师也可以在线审核，对于参加各类大赛及发明创造的学生来说，相当于可以自由使用全校的实验、实训资源。

(4) 有利于对实验室、实训基地建设绩效考核。本平台将以往分散的、独立的点状实验室网络化，每学期开始后，教学秘书将教学任务导入系统，这样就可以

图2 Web管理界面

安排专人一次性购置所需要的实验材料，避免以往的盲目采购造成的重复购置，有利于实验经费的精细化分配。同时，学期结束后，该实验室的利用率可以直接导出，根据利用率情况，可以对下年度资金分配情况进行相应奖惩，不仅激励二级院系更多使用各类实验设备，也有利于避免重建设，轻使用的情况。

(5) 加强制度建设，不断完善系统。没有规矩，不成方圆，对于实验室建设工作来说，尤其如此。实验室建设、管理工作绝非简单的建设一个平台就可以。应用新的平台后，会面临一些新的问题，例如除平时正常的教学实验任务外，还会有各种临时性的预约实验设备，以及校企合作项目需要使用实验设备等。因此，要针对这些不同情况，建立各级各类实验室规章制度，同时不断完善系统，才能使得实验室建设、管理工作真正上一个台阶。通过1年的试运行取得了一些成效，但实验室管理工作是综合性、多方面的，在高职院校中，物联网技术应用还较为有限。

4 结 语

高职院校的实验室、实训基地建设工作是一个系统工程，现在不少高职院校已经结束大笔资金投入硬件设备采购，进入抓内涵建设的阶段，此系统也是我校内涵建设工作在实验室建设及管理中的一次尝试。高职院校在实验室建设过程中还需要不断完善与规范工作流程，更新工作手段，也还有许多新的工作方式需要继续研究与探索。同时，高职院校实验室、实训基地建设的专业化、规范化和科学化水平还不高，还需要继续加强个人的业务能力，不断提高工作水平和效率。

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Design of Intelligent Management Platform for Laboratory in Higher Vocational College Based on the Internet of Things

LIGuang-lei1,PANQing-yang1,XUJian1,YINHe-dong2

(1. Nanjing Institute of Industry Technology, Nanjing 210023, China; 2. Teaching Resources Center, Chongqing University of Education, Chongqing 400065, China)

Unlike the undergraduate education, an important aspect of the higher vocational education lies in its vocational guidance. Training objective of the higher vocational education is to serve the first line of production. As an integrate and essential carrier for experiments and training projects, laboratory or training room plays a vital role in realizing the objective of talent training throughout the higher vocational education. Combining with the red-hot Internet of things topics, this paper analyzes some of problems facing the construction and management of laboratories in higher vocational colleges and proposes solutions in a new way. In terms of higher vocational colleges of regular integration, a set of Internet of things laboratory management platform based on B/S structure is designed and developed. The platform concept is advanced and full-featured, and it can achieve good results in actual use.

higher vocational education； experiment and practice； internet of things Intelligent management

2015-11-15

中国职业技术教育学会第四届理事会科研规划项目2014-2015年度立项课题(201410Y31)；2014年江苏省精密制造工程技术研究开发中心开放基金项目(ZK14-09-03)；中国教育会计学会高等职业院校分会2015年度立项课题(Y2015002)

李光雷(1984-)，湖北襄阳人，硕士，实验师，研究方向：机械设计、实验室建设。Tel:13770797116；E-mail：leeglei@gmail.com

G 482

A

1006-7167(2016)05-0249-04