一种智能实验室控制终端的制作方法

本实用新型属于实验室智能管理与物联网技术领域，具体涉及一种智能实验室控制终端。

背景技术：

现有高校或研究所实验室使用受时间空间的限制，实验室的进出、实验设备的使用和外借缺乏智能的监控，且无法满足学生日益增长使用实验室的需求，导致实验室全天候向学生开放过程中的瓶颈问题。从而积极推进实验室仪器全天候使用，从时间和空间维度，提升实验资源的使用效率，成为解决高校院所实验室管理效率低下的最有效途径。因此针对实验室的全天候开放难、实验信息查询、借用、鉴权繁琐等问题，开发一种智能实验室控制终端，作为提高当前高校实验室管理效率的有效途径。

技术实现要素：

为提高当前高校一起的使用率和实验室管理效率，本实用新型提供一种智能实验室控制终端，该终端结合现有物联网技术的控制方法，使实验室管理效率大幅度提高，防止实验室被非法使用以及仪器设备非法移出实验室，有利于管理员对实验室仪器借用与归还进行可靠管理。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种智能实验室控制终端，其特征在于，包括控制部分、通信部分、电源部分和外部设备接口部分；电源部分分别与通信部分和控制部分连接，为通信部分和控制部分供电，控制部分还与外部设备接口部分连接；

所述外部设备接口部分，包括实验室门禁的电插锁和实验设备电源接口。

所述的控制部分还通过通信部分与实验室数据信息管理中心连接；

所述的控制部分，包括微控制器，还包括分别与微控制器连接的图像采集模块、显示模块、存储模块、射频识别模块、报警模块和继电器模块；微控制器与通信部分连接，所述的继电器模块还与实验室门禁的电插锁和实验设备电源接口连接，微控制器控制继电器模块，继电器模块控制电插锁的开启和实验设备电源的接通。

所述的通信部分，包括WiFi模块、Zigbee模块、以太网口、USB接口和串口，串口分别与WiFi模块、Zigbee模块、以太网口、USB接口连接；串口与控制部分的微控制器连接；所述实验室数据信息管理中心的服务器与WiFi模块、Zigbee模块和以太网口连接。

所述的微控制器，采用嵌入式处理器、FPGA处理器、DSP处理器中的一种，微控制器中内置智能控制软件，该软件是采用现有技术写入存储模块中的程序，用于实现实验室数据信息管理中心、通信部分和控制部分的功能实现。

所述的继电器模块，受微控制器控制，用于控制实验室门禁电插锁的开启和实验设备电源的接通。

所述的射频识别模块，采用RFID技术，负责对预约者的RFID卡的身份进行识别和授权，是通过射频卡读写芯片MFRC522完成对用户RFID卡的信息读写；具体是：用户在实验室数据信息管理中心预约成功后，进入实验室前，在射频识别模块上刷RFID卡，射频识别模块将用户RFID卡中的信息传递至微控制器，微控制器调取存储模块中存储的预约用户信息进行比对，或微控制器通过WiFi模块将射频识别模块获取的用户ID上传至实验室数据信息管理中心，实验室数据信息管理中心将已成功预约用户ID与射频识别模块获取的用户ID进行比较；若比较结果一致，表明当前用户属授权用户，则显示模块显示用户登陆状态为登陆成功，进而微控制器通过继电器模块开启实验室门禁的电插锁和预约的实验设备电源；否则该用户属非授权用户，用户登陆状态为未登陆。

所述的实验室数据信息管理中心，包括中心服务器和内置在中心服务器中的管理软件，用户通过管理软件进行预约，将用户RFID卡中的ID信息存储至中心服务器和控制部分的存储模块中。

所述的存储模块，用于存储多媒体信息、智能控制软件、管理软件的数据。

所述的报警模块为蜂鸣器报警，当射频识别模块获取到用户ID属已预约用户，则报警模块仅作为授权用户刷卡提示，声音短促；当射频识别模块获取到用户ID属非授权用户，则报警模块作为非授权用户刷卡报警提示，声音有别于合法用户刷卡提示音。

所述的图像采集模块，为高清摄像头，安装在实验室内，对实验室进行全天候的监控。

所述显示模块，为LCD液晶显示屏，显示内容包括但不限于控制终端所属单位名称、时间信息、WiFi模块连接状态、用户ID号、用户登陆状态、用户已使用实验室时间和用户可以使用实验室的剩余时间，其中所述时间信息包括但不限于年月日、时分秒及星期；所述WiFi模块连接状态分别有已连接和未连接两种状态；用户ID号是所述射频识别模块获取用户射频卡中的序列号，该序列号以8位16进制数显示；所述用户登陆状态分别登陆成功和未登录两种状态。

所述的以太网口，用于通过双绞线与实验室数据信息管理中心连接。

所述的串口，采用UART串行通信总线方式与微控制器连接，实现微控制器与以太网口、WiFi模块、ZigBee模块通信。

所述的Zigbee模块，主要实现与多个Zigbee模块进行自组网，完成多个不同智能实验室控制终端数据采集与传输，进而完成远程数据通信。

所述的WiFi模块用于连接AP站点，实现所述智能实验室控制终端与实验室数据信息管理中心的通信。

所述的AP站点，包括路由器、交换机等提供网络接入服务的设备。

所述的USB接口通过串口与微控制器连接，主要实现上位机或者PC端与所述微控制器之间的数据传输，具体包括但不局限于智能实验室控制终端软件的配置与更新数据。

有益效果：

本实用新型提供的一种智能实验室控制终端，结合现有物联网技术的控制方法，通过通信部分将智能实验室控制终端接入现有数据信息管理中心，完成对该终端软件的远程实时更新及实验室的实时管理。利用射频识别模块进行用户身份识别、鉴权，实现实验室的授权使用控制。通过图像采集模块对实验室的使用情况进行全天候的监控，防止非法用户对实验室和仪器非授权使用，从而使得实验室管理效率大幅度提高。

附图说明

图1为本实用新型一种智能实验室控制终端结构框图；

图2为控制终端各模块的具体设计图；

图3为控制终端的工作流程示意图；

图4为本实用新型一种智能实验室控制终端的应用实施图；

图中，1射频收发天线 2.通信部分 3.WiFi模块 4.串口 5.以太网口 6.Bigbee模块 7.USB接口 8.电源部分 9.报警模块 10.射频识别模块 11.存储模块 12.显示模块 13.继电器模块 14.实验设备电源接口 14.电插锁 15.控制部分 16.外部设备接口部分 17.控制部分 18.图像采集模块 19.微控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

如图1和图2所示，一种智能实验室控制终端，其特征在于，包括控制部分17、通信部分2、电源部分8和外部设备接口部分16；电源部分8分别与通信部分2和控制部分17连接，为通信部分2和控制部分17供电，控制部分17还与外部设备接口部分16连接；

所述外部设备接口部分16，包括实验室门禁的电插锁15和实验设备电源接口14。

所述的控制部分16还通过通信部分2与实验室数据信息管理中心连接；

所述的控制部分17，包括微控制器19，还包括分别与微控制器19连接的图像采集模块18、显示模块12、存储模块11、射频识别模块10、报警模块9和继电器模块13；微控制器19与通信部分2连接，所述的继电器模块13还与实验室门禁的电插锁15和实验设备电源接口14连接，微控制器19控制继电器模块13，继电器模块13控制电插锁15的开启和实验设备电源的接通。

所述的通信部分2，包括WiFi模块3、Zigbee模块6、以太网口5、USB接口7和串口4，串口4分别与WiFi模块3、Zigbee模块6、以太网口5、USB接口7连接；WiFi模块3还与射频收发天线1连接，串口4与控制部分17的微控制器19连接；所述实验室数据信息管理中心的服务器与WiFi模块3、Zigbee模块6和以太网口5连接。

所述的微控制器19，采用嵌入式处理器、FPGA处理器、DSP处理器中的一种，本实用新型的微控制器19采用STM32系列微处理器，微控制器19中内置智能控制软件，该软件是采用现有技术写入存储模块中的程序，是实现智能实验室控制终端底层工作的软件，用于实现实验室数据信息管理中心、通信部分和控制部分的功能实现。

所述的继电器模块13，包括继电器a和继电器b，且都受微控制器控制，继电器a用于控制实验室门禁电插锁的开启和继电器b用于控制被预约实验设备电源的接通。

所述的电源部分8，输入电压为50Hz的220-380V的交流电压，输出电压为5V和12V适配器输出电源，或为5V和12V锂电池输出电源，为控制部分和通信部分供电。

所述的射频识别模块10，采用RFID技术，负责对预约者的RFID卡的身份进行识别和授权，是通过射频卡读写芯片MFRC522完成对用户RFID卡的信息读写；具体是：用户在实验室数据信息管理中心预约成功后，进入实验室前，在射频识别模块10上刷RFID卡，射频识别模块10将用户RFID卡中的信息传递至微控制器19，微控制器19调取存储模块9中存储的预约用户信息进行比对，或微控制器19通过WiFi模块3将射频识别模块10获取的用户ID上传至实验室数据信息管理中心，实验室数据信息管理中心将已成功预约用户ID与射频识别模块10获取的用户ID进行比较；若比较结果一致，表明当前用户属授权用户，则显示模块12显示用户登陆状态为登陆成功，进而微控制器19通过继电器模块13开启实验室门禁的电插锁15和预约的实验设备电源；否则该用户属非授权用户，用户登陆状态为未登陆。

所述的实验室数据信息管理中心，包括中心服务器和内置在中心服务器中的管理软件，所述管理软件为现有技术，用户通过管理软件进行预约，将用户RFID卡中的ID信息存储至中心服务器和控制部分的存储模块中。

所述RFID卡是支持13.56MHz非接触式读写功能的MIFARE卡，MIFARE卡是一种非接触高频感应式智能IC卡，卡中存储了全球唯一IC卡序列号，即用户ID；具体是通过射频识别模块10与MIFARE卡的电感耦合达到非接触式获取用户ID。

所述的存储模块11，用于存储多媒体信息、智能控制软件、管理软件的数据。

所述的报警模块9为蜂鸣器报警，当射频识别模块10获取到用户ID属已预约用户，则报警模块9仅作为授权用户刷卡提示，声音短促；当射频识别模块10获取到用户ID属非授权用户，则报警模块9作为非授权用户刷卡报警提示，声音有别于合法用户刷卡提示音。

所述的图像采集模块18，为高清摄像头，所述高清摄像头采用VC0706高速图像传感器模块，安装在实验室内，对实验室进行全天候的监控，或者对使用实验室仪器的用户进行近距离图像抓拍，防止非法用户对实验室的非授权使用，从而使得实验室管理效率大幅度提高，防止实验室被非法使用，仪器设备非法移出实验室，有利于实验设备借用、实验室仪器归还和管理。

所述显示模块12为LCD显示屏，所述LCD显示屏采用小尺寸的液晶显示，一般选择2.4寸的显示屏，或者选择型号LM12832BCW的真彩色液晶显示屏；显示内容包括但不限于控制终端所属单位名称、时间信息、WiFi模块3连接状态、用户ID号、用户登陆状态、用户已使用实验室时间和用户可以使用实验室的剩余时间，其中所述时间信息包括但不限于年月日、时分秒及星期；所述WiFi模块3连接状态分别有已连接和未连接两种状态；用户ID号是所述射频识别模块10获取用户射频卡中的序列号，该序列号以8位16进制数显示；所述用户登陆状态分别登陆成功和未登录两种状态。

所述的以太网口5，用于通过双绞线与实验室数据信息管理中心连接。

所述的串口4，采用UART串行通信总线方式与微控制器连接，实现微控制器与以太网口5、WiFi模块3、ZigBee模块6通信。

所述的Zigbee模块6，主要实现与多个Zigbee模块6进行自组网，完成多个不同智能实验室控制终端数据采集与传输，进而完成远程数据通信。

所述的WiFi模块3采用ESP8266模块实现，将WiFi模块连接AP站点，接入局域网或互联网，进而实现所述智能实验室控制终端与实验室数据信息管理中心的通信。

所述的USB接口7采用SUB2.0TypeB型接口，通过串口4与微控制器19连接，主要实现上位机或者PC端与所述微控制器之间的数据传输，具体包括但不局限于智能实验室控制终端软件的配置与更新数据。

本系统的工作流程为：

本终端的工作流程实施例如图3所示，所述智能实验室控制终端具体工作流程包括仪器管理终端上电后，首先对各个引脚、片外SRAM和RLfalsh文件系统进行初始化，并启动和初始化UCOSIII系统，开启独立开门狗，同时建立一个主任务与一个UCGUI显示界面的任务。所述主任务是处理RFID卡读取、蜂鸣器警报、WiFi状态机和服务器下发用户预约信息。所述UCGUI任务负责通过显示模块实时显示终端工作状态信息。

作为本实用新型的最佳实施例，下面将对本实用新型实施例中的应用方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型可用作设计一种智能实验室管理系统，其中包括1个数据信息管理中心、n个客户终端设备、n个智能实验室控制终端，所述1个数据信息管理中心分别连接n个智能实验室控制终端，每一个实验室安装至少1个智能实验室控制终端，每个客户终端设备通过数据信息管理中心访问任意一个智能实验室控制终端的登记信息。

作为本实用新型最佳实施例，如图4所示，所述智能实验室管理系统包括1个数据信息管理中心、2种客户终端设备、n个智能实验室控制终端，所述数据信息管理中心分别连接n个智能实验室控制终端，该智能实验室控制终端分别连接实验室门禁、仪器电源和摄像头，所述移动终端设备与数据信息管理中心连接，客户终端设备通过数据信息管理中心访问智能实验室控制终端的登记信息。所述客户终端设备为PC机电脑或手持式移动终端，如智能手机、IPAD终端等。在本实用新型中，所述智能实验室控制终端通过通信部分与数据信息管理中心进行无线通信方式连接，所述无线通信方式采用WiFi无线通信传输、或采用ZigBee无线通信传输。

作为本实用新型的最佳实施例，主要包含以下两个步骤为：

第一步，实验预约：实验室预约用户通过局域网或互联网的形式进入实验室数据信息管理中心填写用户RFID卡中的信息进行实验室的预约，实验室管理员进入实验室数据信息管理中心对实验室预约用户的身份进行确认与拒绝，经过确认后的预约用户表示预约成功，预约的信息存储至实验室数据信息管理中心和控制终端的存储模块11中，以此用来为用户使用实验室提供授权依据。各智能实验室控制终端均通过WiFi或者以太网口与数据信息管理中心相连，预约用户足不出户进行实验室和仪器的在线查询、预约、授权等服务。实验室或仪器的预约方均可通过办理和购买实验室的注册授权卡，持卡人通过手机移动终端、PC机电脑或IPAD移动终端登录智能实验室管理系统实现在线实验室和仪器的预约，通过以上操作方式，实现实验室和仪器设备的全天候开放。

第二步，实验授权和管理：预约成功后的用户持RFID卡到实验室中的控制终端进行身份识别后，智能实验室控制终端将被预约的实验室门禁和仪器电源打开，同时授权卡的所有者的使用信息（包括卡号、接取的具体仪器、借取人实时的视频图像信息）将实时传输到数据信息管理中心上，登录实验室管理系统时，则可查看服务器上的网页显示信息。使用者进入实验室启动实验设备进行实验，具体是在射频识别模块10上刷RFID卡，射频识别模块10将用户RFID卡的ID信息传递至微控制器19，微控制器19调取存储模块11中存储的预约用户ID信息进行比对，或微控制器19通过无线WiFi或有线以太网或Zigbee组网接入站点AP（Access Point）进而访问实验室数据信息管理中心，将射频识别模块10获取的用户ID信息上传至实验室数据信息管理中心，实验室数据信息管理中心将已成功预约用户ID信息与射频识别模块10获取的用户ID信息进行比较；若比较结果一致，表明当前用户属授权用户，则显示模块12显示用户登陆状态为登陆成功，且报警模块9发出短促的刷卡提示声，进而微控制器19通过继电器模块13开启实验室门禁的电插锁15和预约的实验仪器电源；否则该用户属非授权用户，用户登陆状态为未登陆，报警模块9发出用户刷卡报警提示声。