实训室智能工具箱的设计与研究

张伟雄　罗芳　刘娟　刘折

摘 要：目前，各类学校实验实训教学越来越多。为了提高教学质量和效率，本文设计了一套智能工具箱，对实训室工具进行科学化、系统化管理，避免实训工具经常丢失而影响实训教学任务的开展，甚至造成学校资产的不必要损失。

关键词：智能工具箱;RFID;实训室;工具管理

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）23-0065-03

Design and Research of Training Room Intelligent Toolbox

ZHANG Weixiong1 LUO Fang1 LIU Juan2 LIU Zhe1

（1. Qingyuan Polytechnic，Qingyuan Guangdong 511510;2. The First Junior Middle School of Yuantan Town， Qingcheng District，Qingyuan Guangdong 511533）

Abstract： At present， there are more and more experimental training courses in various schools. In order to improve the quality and efficiency of teaching， this paper designed a set of intelligent toolbox to scientifically and systematically manage the training room tools， avoiding the frequent loss of training tools， which could affect the development of the teaching tasks， and even cause unnecessary losses of school assets.

Keywords： smart toolbox;RFID;training room;tool management

在现在的各类学校实验室中，工具箱一般设置为多种工具组合叠放的箱体，简单地区分工具类别并设置有分隔的空腔，同类工具的多种型号往往一起摆放，存在混淆和遗漏的情况。在开展实验实训教学时，各类学校的实验室会为学生提供多种工具。例如，在电工实训室中，由于工具箱数量多，部分学生在做实训项目的过程中随意放置实训工具，实训后不按指定要求收拾工具。具体来说，学生使用工具后可能忘记将工具放回原位，甚至会将自己的工具放入他人的工具箱或将他人的工具放入自己的工具箱，不利于教学管理和培养良好的职业素养。本文研究的是一种基于RFID技术的智能工具箱，主要是为各类学校的实验室开展实验实训教学提供工具管理服务。与传统的工具箱相比，本工具管理装置符合现代物联网技术的要求，能够利用控制器、身份识别芯片、传感器和无线传输等技术进行联网管理，具备查找工具方便快捷、核查准确、无人值守等特点。

1 研究现状

对于工科的人才培养来说，一般实训实践教学的学时要占据一半以上，特别是机电一体化、电气自动化等工科专业，经常需要配合实训工具来开展实训教学任务，而学生往往不可避免地在实训过程中出现随意摆放工具而造成工具遗失的情况，或多或少地影响实训教学的开展。由于各方面的条件限制，早期并没有太多针对实训工具箱的改进设计研究，随着机电一体化技术、物联网技术等的快速发展，近几年开始涌现出针对这一领域的研究。

2016年1月，针对现有机械加工实训室工具箱的缺陷，徐海枝研发出一种智能工具箱，通过光电传感器和警示灯通断的控制装置，实现工具归位情况智能显示[1];2016年4月，中国民航飞行学院的刘英等人提出了基于RFID技术的管理系统来实现工具的快速存取、定位和监控[2];2017年1月，滨州学院的刘明超等人针对民航的机务维修工具容易遗失的问题设计了智能防遗失维修工具箱[3];2017年4月，中国民用航空飞行学院的李宝国设计了便携式、固定式两款应用在不同场合的工具箱[4];2018年9月，中国铁路南昌局集团有限公司的缪长春针对铁路部门维修时携带工具存在管理困难、效率低下等问题，提出在工器具的表面融入RFID芯片，实现自动批量扫描读取工器具信息和统计[5]。综上分析，虽然不少院校对智能工具箱开展了研究，但高校实训室用的工具箱具有多人多套、工具零散的使用特点，并没有太多专门的研究，不方便管理实训室工具。所以，设计一个方便实训教学的工具管理设备是当前亟待解决的问题。

2 方案设计

本方案设计的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于身份识别技术的工具管理装置，该装置能够准确识别工具错放和漏放等问题，保证工具箱中工具摆放整齐和数量完整。為了达到上述目的，该技术方案采用一种基于身份识别技术的工具管理装置，主控模块的输入端外接身份识别模块、位置检测模块和输入模块，主控模块的输出端外接报警模块和无线显示模块，所述的身份识别模块为RFID芯片[6]，位置检测模块为位置传感器，输入模块为按键，报警模块为报警指示灯，无线显示模块为显示屏终端，主控模块安装于工具箱的箱体中，工具箱中设有容置工具的工具槽，工具槽中设有位置传感器，工具上连接有RFID芯片，工具箱的盖体上设置有按键和报警指示灯，主控模块电连接位置传感器、按键和报警指示灯，如图1和图2所示。

3 硬件结构

该智能工具箱的主控模块内置RFID读写器和无线通信模块，所述的显示屏终端为手机，手机中安装的软件显示工具箱中工具的存放状态。该工具箱以电工实训室所常用的工具为例，每个工具上加入身份识别模块。当检测到本工具箱有漏放错放工具或者工具摆放不到位时，装在工具箱盖上的报警指示灯会发出报警信号提醒使用者，可以及时发现是哪个小组使用的工具箱漏放错放工具或者工具摆放不到位，从而实时监控各个工具箱的使用情况，避免工具无故遗失而造成资产的流失。利用现有无线模块的数据和通信协议来设计手机APP端，其工具管理界面示意图如图3所示，该管理系统可以实时监控哪个工具箱漏放或错放了什么工具，实现了无人化的快捷清点、实时管理功能。

4 工作原理

本文研究的实训室智能工具箱采用以下工作原理。首先在每个工具上内置微型电子标签，设置固定身份，当检测到本工具箱有漏放错放工具或者工具摆放不到位时，教师统一打开工具箱电源，工业级金属检测传感器开始检测指定的金属工具，当工具漏放时，装在工具箱盖上的指示灯报警模块会发出红色信号提醒使用者。若学生将不同工具箱的工具错放在其他工具箱，RFID标签与主机进行身份识别，发现工具错发工具箱后发出黄色警报灯，教师手机APP对应的工具箱显示红色，对应的错放或漏放的工具位置显示红色。最后，教师可以通过手机APP界面查看工具摆放情况，可以及时发现是哪个小组使用的工具箱漏放错放工具或者工具摆放不到位，从而实时监控各个工具箱的使用情况，避免工具无故遗失而造成资产的流失。

5 结语

随着计算机和机电一体化技术的飞速发展，智能化的软硬件结合将会不断地涌现。开发一种高职院校实训室用的智能工具箱，有助于对实训教学工具进行智能化管理，弥补以往清点工具费力耗时的缺点。同时，它可以对工具进行归类放置、盘存查找，具有方便管理、实时监控等智能化特点，提高了实训教学效率，降低了工具遗失造成的资产损失，为教学和专业建设带来积极的作用。

参考文献：

[1]徐海枝.智能工具箱的设计与实现[J].价值工程，2016（2）：87-88.

[2]刘英，谢家雨.智能化航空维修工具管理系统的研究[J].科技视界，2016（10）：72.

[3]刘明超，刘成肖，孙翠玲.智能防遗失民航机务维修工具箱设计[J].电子世界，2017（1）：168.

[4]李宝国.基于RFID技术的智能工具箱研制[D].广汉：中国民用航空飞行学院，2017.

[5]缪长春.基于RFID的工器具智能管理系统的研究[J].江西科学，2018（5）：874-876.

[6]谢家文.基于RFID技术的移动式智能工具箱系统设计与实现[D].北京：中国科学院大学，2017.