基于电力载波的实验室开放系统设计

车明浪+岳媛媛+李明

摘 要：在创新创业背景下，高校实验室作为提高大学生科技创新创业能力培养的重要基地，需要建设相配套的开放式实验室来提高学生的实践能力。为了整合高校实验资源，满足复杂、多样、多用途的实验室使用，文章研究如何利用经济实用的电力载波技术，设计一套实验室信息化系统。

关键词：电力载波；控制系统；管理系统；监控系统

随着高校教学模式的不断改革，利用现代化的管理手段和技术进行高校实验室信息化建设，来提高师生的学习能力和动手能力，逐渐成为高校培养应用型人才急需解决的问题。开放式实验室是一种信息化、现代化的管理方式，通过对多方面资源、信息的整合和利用，改造师生参与实验的模式、时间、项目等，可以为高校的实验室教学提供更加全面细致的服务。本文针对当前高校实验室管理现状，提出了开放式实验室管理系统的建设。

1 开放式实验室的意义和存在问题

高校实验室信息化是深化教学改革、培养新型人才的需要。在知识经济时代，科学技术与市场经济的互动发展，迫切要求高等学校培养出的人才不但掌握现代科学技术手段，又要具备多渠道获取知识和信息的能力，创新能力的形成，依赖于知识、信息的积累和运用，信息化建设作为一种战略性决策和技术手段，可以确保学校知识、信息的流通，从而不断提高高校人才培养质量和技术创新能力、教学平台、科研平台的管理机制，实现实验实和仪器的自动化开放式管理。

实验室存在的问题如下：

（1）实验人员要逐个实验室开关门，实验室数量多，学生进入后，无法及时辅导和安排。学生在实验室随意调整设备使用或随意操作，实验员无法监控实验设备正常安全使用。

（2）实验室的灯光和设备在上班时间内，全部保持通电状态。浪费电能且对设备的损耗高。

（3）实验室使用分散，管理效率低，成本高，无法规范使用，对实验室的实验设备和实验操作人员的安全问题也存在很大隐患。

在高校信息化管理的日趋完善的今天，利用电力载波技术对实验室管理系统进行改造是很有必要的。

2 基于电力载波的实验室开放系统设计方案

电力线载波（PLC）是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，这一优点是解决实验室系统数据传输的最优方案之一。

基于电力载波技术的开放式实验系统，可以实现以下功能：大学生创新创业活动资源共享，工作室使用效率提高，实践操作的智能管理，延长设备使用寿命。管理员通过系统设置，自动控制电源，给有学生预约的实验教室和仪器设备通电，掌握监控实验室的使用情况和安全状态。系统设计图如图1所示：

2.1 控制系统

（1）通过电源控制、计算机系统控制、门禁等方式，实现仪器设备的自动化监管。

（2）结合校园一卡通，建设仪器设备的使用身份认证、网上授权、网上预约、记录使用信息等自动化管理，使实验室及相关仪器避免非法访问。

（3）建立和完善仪器综合信息数据库，打通信息自动收集渠道，解决信息收集难题，促进技术创新。

（4）建立和完善与主管部门的数据交换接口，实现数据自动上报。

（5）籍此全面实现实验室及仪器设备的开放式管理，为打造开放性教学平台和开放式科研平台打好基础，并将教师从繁杂的管理工作解放出来，又更多的时间和精力投入到教学、科研和技术创新上，促进技术支撑队伍建设。

本系统由门控、灯控、设备控制三个系统组成。

2.1.1 门控系统

先期对实训室进行改造，改造完成后利用电力载波技术将实验室所有门进行控制，实现在设定时间内开放与关闭，也可单开或单闭。

2.1.2 灯控系统

利用电力载波技术将实验室内照明设施进行控制，同样实现在规定时间内开与关，单开或单闭，减少电力资源浪费。

2.1.3 设备控制系统

利用电力载波技术将实验室设备进行控制，实现设备单个通电，提高设备使用安全系数，延长设备使用寿命。

2.2 管理系统

本系统由用户识别、用户预约、门禁系统组成。

2.2.1 用户识别

用户识别由两部分构成，第一部分与学院现有学生成绩查询系统合并，用同样的有效身份登录进行实训室使用情况查询；第二部分为身份识别卡，持卡进入实验室进行相关实验。

2.2.2 用户预约

实验室使用情况查询完毕后，在系统内进行用户预约（定室定机），在预约时间内进行相关实验，进行实验时及试验后显示并记录进入与离开时间段，提高设备使用效率。

2.2.3 门禁系统

进入实验室进行实验前持身份识别卡，在门禁系统刷卡进入，同时用户预约显示进行，离开实验室同样显示离开，保证设备及工具安全。

利用门禁系统实施用户刷卡识别，做到“有约可用，未约禁用”，保证实验室开放的有序性，维护预约人员的权益。

2.3 监控系统

本系统由楼道监控、实验室监控构成，利用现有网络监控技术实现监控全覆盖，提高实训室及设备使用安全性，保证操作人员使用安全。

3 系统设计考虑主要因素

3.1 控制精度

实验室开放系统设计要达到按照预约定室定机的要求，因此设备开闭需要达到控制精度要求是首要因素，电力载波技术的发展能够达到控制精度要求。

3.2 可靠性

实验时要保证预约无差错、门禁开放正常、实验室设备使用正常。因此在对系统设计元件选型时产品的成熟度是个重点考虑因素，单片机技术的配合使用及成熟门禁系统和网络监控技术配套，可靠性能够得到保证。

3.3 节能环保

节能环保是社会可持续发展的保障，选用电力载波技术进行门控、燈控、设备控制不用进行重新布线，有效降低了设备运行成本。

3.4 操作使用便利性

实验室使用预约开放对于高校实验室管理是个新课题，因此必须保证预约操作界面人性化，通俗易懂，无须专门的培训，同时要求日常维护管理简便，不需专业人员，所此设计预约体统选择与现有学生查询体统兼容，提高使用效率。

4 发展的方向

4.1 功能的完善与改进

根据学院发展的情况与实验实训室建设情况，针对不同的实验室性质完善改进不同的功能，满足广大师生创新创业的需求。

4.2 系统的升级与改造

设计时预留扩展槽与数据库接口，随着技术的不断成熟与发展的需要，增加相应的必备功能，增强师生使用便捷性。

5 结束语

知识经济时代的21世纪，利用现代化技术手段对实验室运行进行开放式过程管理，不仅能够充分利用资源，也能提高师生创新能力的培养，在一定程度上推进了实验室建设的健康发展。

参考文献

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[2]马桂霞.实验室开放网上预约系统设计[J].管理学家，2013（4）.

[3]张慧宁.基于web技术的实验室开放管理系统设计[J].软件，2013（11）：52-54.

[4]肖群，李晶晶.基于ASP.NET的高校实验室开放管理系统设计[J].智能计算机与应用，2016，6（3）.

作者简介：车明浪（1984-），男，讲师，工学学士，研究方向：机械制造，机械电子。