专利名称：智慧型学校实验室管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能化实验室系统，具体涉及一种基于射频识别RFID技术、无线数传技术、微控制器、数据库及网络技术来实现对实验室的智能控制管理系统及其应用。
背景技术：
实验作为教学过程中不可缺少的一环，培养学生的观察和实践动手能力，养成实事求是的严谨科学态度，激发学生的学习兴趣都有着举足轻重的作用。要使得实验室资源得以充分利用，提高学生的综合素质和开发创新能力，必须对实验室进行开放。由于目前大多数高校的实验室处于人工管理阶段，没有做到完全智能化，不能够彻底做到让实验室在节假日都全天开放，浪费资源。目前各高校以及院校的实验室管理主要有实验室基础设备的管理，比如照明灯、风扇、空调、投影仪、电脑等；专业实验设备的管理，比如电子类、电工类、机电类、机械类等；人员的管理，主要针对各个班级的学生和专业老师；实验数据的管理，比如实验数据、实验报告等；实验室耗材采购及使用管理，如电子元器件等。所有这些实验设备、仪器、耗材等目前没有较好地建立管理方法和信息库，以供查询其基本信息及使用状态，不利于对这些实验设备的维护和使用情况进行统计。现在大多数学校对于实验室仪器设备的使用、修理、报废的处理扔处于人工管理处理阶段，处理过程繁琐，容易出现纰漏，造成设备流失；由于手工处理，使得实验耗材的管理带有较大的主观随意性，容易造成耗材的浪费；同时，仪器设备信息统计过程复杂，占用大量的工作时间，对于耗材消耗情况不能够得到很好的统计，不能及时统计，不能达到随需随查，甚至可能因为耗材品不够或缺失而导致耽搁正常实验。因此，需要一种管理系统来进行辅助管理，以简化实验室主管部门的工作，并解决上述存在的问题
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明旨在提供一种智慧型学校实验室管理系统进行实验室的辅助管理，简化实验室主管部门的工作。为达到上述目的，本发明的技术方案一种智慧型学校实验室管理系统，其特征在于包括IC卡、总服务器、至少一个与该总服务器通过通信连接的实验室客户端、至少一个与该实验室客户端通过通信连接的设备终端，其中，所述IC卡用于用户身份证明；所述总服务器包括总处理器，在该总处理器上设置有网络接口单元，所述总处理器分析处理接收到的所有数据，所述网络接口单元外接PC机对该总处理器进行数据输入
及管理；所述实验室客户端包括二级处理器，在该二级处理器上设置有第二对象控制单元，所述二级处理器分析处理所接收到的所有数据并上传至所述总服务器，所述第二对象控制单元用于控制整个实验室公用设备的使用；
所述设备终端包括三级处理器，在该三级处理器上设置有第三对象控制单元，所述三级处理器分析处理接收到的所有数据并上传至所述实验室客产端，所述第三对象控制单元用于控制实验室内的实验设备的使用。进一步的，所述总服务器与所述实验室客户端通过WIFI协议进行通信连接，所述总处理器上设置有第一 WIFI网络单元，所述二级处理器上设置有第二 WIFI网络单元，该第二 WIFI网络单元与所述第一 WIFI单元进行通信。所述总处理器上还设置有USB接口单元、打印接 口单元，所述USB接口单元外接USB设备，所述打印接口单元外接打印设备。所述实验室客户端与所述设备终端通过Zigbee协议进行通信连接，所述二级处理器上设置有第二 Zigbee网络单元，所述三级处理器上设置有第三Zigbee网络单元，该第三Zigbee网络单元与所述第二 Zigbee网络单元进行通信。所述二级处理器上设置有第二射频识别单元、第二触摸显示单元，第二射频识别单元用于实验室客户端对用户身份识别登记，第二触摸显示单元连接大型真彩触摸屏幕。所述三级处理器上设置有第三射频识别单元、第三触摸显示单元，所述第三射频设别单元用于设备终端对用户的身份识别登记，所述第三触摸显示单元连接大型真彩触摸屏幕。所述三级处理器上还设置有传感检测单元，该传感检测单元用于实验室设备的故障检测，并将检测信号传至所述三级处理器。所述网络接口单元包括互联网接口单元和PC上位机接口单元，所述互联网接口单元通过局域网连接PC机，用于用户预约使用实验室设备进行实验，所述PC上位机接口单元连接上位机，用于对所述总服务器的数据管理及维护。所述IC卡为非接触式IC卡。本发明通过引入物联网中的Zigbee技术、射频识别技术、WIFI无线网络及触摸显示等技术，用于收集统计实验室的设备资源、设备使用率、故障率、实验数据收集等数据，以便统一管理，加强了实验室主管部门对设备和材料的计划、采购、维修和使用的宏观控制及管理，节约了成本，强化了实验室的管理；并可通过通信监控设备，随时随地监控实验室设备的使用情况和安全情况，一旦出现安全事故，可以立即切断实验设备电源，保证实验者能够在安全的实验环境内做实验。本发明的另一目旨在保护上述智慧型学校实验室管理系统的应用，用户通过PC机以一般用户身份登陆总服务器进行预约登记实验内容后，携带IC卡通过第二射频识别单元识别登记进入实验室，并使用前述IC卡通过第三射频识别单元识别开启相关实验设备进行相应实验，最后将完成的实验数据上传至所述三级处理器，再通过Zigbee网络传至二级处理器，然后通过WIFI网络传至总处理器完成任务。整个过程无需实验管理人员现场管理，只需要用户通过IC卡进行识别确认即可进入实验室进行相应实验设备的实验，实现了实验室的全天候开放，减轻了实验室管理人员的工作负担，提高了工作效率和服务水平。
图I是本发明的结构框图。
附图中，I-服务器室；2，3，4_实验室；5_IC卡；10-总服务器；11_PC机；12_PC上位机；20，30，40_实验室客户端；21，31，41_设备终端;100_总处理器;101-USB接口单元；102-打印接口单元；103-PC上位机接口单元；104_第一WIFI网络单元；105_互联网接口单元；200_ 二级处理器；201_第二触摸显示单元；202_第二对象控制单元；203_第二 Zigbee网络单元；204_第二 WIFI网络单元；205_射频识别单元；410_三级处理器；411_第三触摸显示单元；412-第二对象控制单元；413_第三Zigbee网络单元；414_传感检测单元；415-射频识别单元。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。所述的智慧型学校实验室管理系统包括IC卡、总服务器、至少一个与该总服务器通过通信连接的实验室客户端、至少一个与该实验室客户端通过通信连接的设备终端，其中，所述IC卡用于用户身份证明；所述总服务器包括总处理器，在该总处理器上设置有网络接口单元，所述总处理器分析处理接收到的所有数据，所述网络接口单元外接PC机对该总处理器进行数据输入
及管理；所述实验室客户端包括二级处理器，在该二级处理器上设置有第二对象控制单元，所述二级处理器分析处理所接收到的所有数据并上传至所述总服务器，所述第二对象控制单元用于控制整个实验室公用设备的使用；所述设备终端包括三级处理器，在该三级处理器上设置有第三对象控制单元，所述三级处理器分析处理接收到的所有数据并上传至所述实验室客户端，所述第三对象控制单元用于控制实验室内的实验设备的使用。下面结合图I所示具体说明本发明，所述智慧型学校实验室管理系统包括IC卡5，该IC卡5采用实验室一卡通非接触式IC卡，使得实验室用户人手一张，里面录设有用户的个人信息资料，用于用户身份证明。总服务器10包括总处理器100，在该总服务器100上分别设置有USB接口单元101、打印接口单元102、PC上位机接口单元103、第一 WIFI网络单元104、互联网接口单元105，其中，USB接口单元101外接总服务器辅助USB设备；打印接口单元102外接打印设备，用于打印所述总处理器100处理后或管理员需要了解的资料及数据；PC上位机接口单元103外接PC上位机12，主要用于对总处理器100进行定期管理及维护；第一 WIFI网络单元104通过WIFI协议接收从实验室客户端20、30、40传来的数据、及通过WIFI协议向实验室客户端20、30、40发布指令；互联网接口单元105外接网络PC机11，用户可以在局域网内比如整个校园网通过一般用户身份登陆所述总服务器10，并登记用户的IC卡用户信息进行预约实验内容。多个实验室客户端20、30、40均包括有二级处理器200，在该二级处理器200上均分别设置有第二触摸显示单元201、第二对象控制单元202、第二 Zigbee网络单元203、第二 WIFI网络单元204、第二射频识别单元205，其中，所述第二触摸显示单元201外接大型真彩触摸屏，或者其它触摸显示类电子设备；所述第二对象控制单元202用于控制对其管辖内实验室公用设施的使用，比如门禁、灯光、排风等设施；所述第二 Zigbee网络单元203通过Zigbee协议向实验室内的实验设备终端21、31、41发送指令或通过Zigbee协议接收从实验设备终端21、31、41传来的数据；所述第二 WIFI网络单元204通过WIFI协议向总服务器10发送数据，或者通过WIFI协议接收从总服务器10传来的指令；所述第二射频识别单元205主要是识别用户持有的IC卡5，通过确认IC卡5内的信息是否与预约时填写的一致，然后通过第二对象控制单元202控制实验室门禁打开准许用户进入等。而多个设备终端21、31、41均包括三级处理器410，在该三级处理器410上均分别设置有第三触摸显示单元411、第三对象控制单元412、第三Zigbee网络单元413、传感检测单元414、第三射频识别单元415，其中，所述第三触摸显示单元411外接大型真彩触摸屏，或者其它触摸显示类电子设备，用于显示或用户输入实验过程及数据；所述第三对象控制单元412用于控制对其管辖内的设备的使用；所述第三Zigbee网络单元413通过Zigbee协议接收从实验室客户端2 0、30、40传来的指令或通过Zigbee协议向实验室客户端20、30、40传输数据；所述传感检测单元414主要是用于检测实验设备的故障问题，具体是通过传感检测单元414外接传感器或直接设置在实验设备易出故障点，通过传感器对实验设备的易出故障点进行数据对比检测，一旦故障点数据与对比数据发生差异，则传感器向传感检测单元414发出信号或分析处理信号，进而通过传感检测单元414将数据传输至三级处理器410进行处理，也可以再通过Zigbee协议将数据传输至实验室客户端20、30、40，或者再传输至总服务器10进行数据处理并下发指令；第三射频识别单元415主要是识别用户持有的IC卡5，通过确认IC卡5内的信息是否与预约时填写的一致，然后通过第三对象控制单元412控制实验设备准许用户使用。本发明中的总服务器10布置于办公室区或者如本例中的服务器室I内，对实验室进行远程操控；而实验室客户端20、30、40布置于实验室2、3、4内，设备终端21、31、41与相应的设备进行捆绑设置，方便用户边作实验边进行数据记录。作为本发明中的Zigbee网络单元及Zigbee协议是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络，也可以说类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，由于Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，相比每个Zigbee“基站”却不到1000元人民币，成本低。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。因此Zigbee具有低功耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠、安全等特点。作为射频识别RFID(Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。一套完整的RFID系统，是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。本发明形成了开放式实验教学与实验室管理一体化，建立了网络化实验教学和实验室管理信息平台，提供丰富的实验教学资源，实现开放式和网络化、智能化管理，减轻实验室管理人员的工作负担，提供工作效率和服务水平，同时加强实验室主管部门对设备和材料的计划、采购、维修和使用的宏观控制和管理，以节约成本，提高利用，强化管理，并为教学评估、实验室评估、实验教学示范中心建设提供原始资料和翔实数据，有效推动学校的评建工作。本发明的应用流程用户通过PC机11以一般用户身份登陆总服务器10进行预约登记实验内容后，携带IC卡5通过第二射频识别单元205识别登记进入实验室，到达指 定实验设备前，并使用前述IC卡5通过第三射频识别单元415识别开启相关实验设备进行相应实验内容，最后将完成的实验数据上传至所述三级处理器410，再通过Zigbee网络传至二级处理器200，然后通过WIFI网络传至总处理器10完成任务。同时总服务器10通过WiFi无线局域网监控设备，可以随时随地监控实验室设备的使用情况和安全情况，一旦出现安全事故，该总服务器10可以立即切断实验设备电源，通过短息或电话的方式报告有关管理人员，保证学生能够在安全的实验环境做实验。以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式
以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种智慧型学校实验室管理系统，其特征在于包括IC卡、总服务器、至少一个与该总服务器通过通信连接的实验室客户端、至少一个与该实验室客户端通过通信连接的设备终端，其中， 所述IC卡用于用户身份证明； 所述总服务器包括总处理器，在该总处理器上设置有网络接口单元，所述总处理器分析处理接收到的所有数据，所述网络接口单元外接PC机对该总处理器进行数据输入及管理； 所述实验室客户端包括二级处理器，在该二级处理器上设置有第二对象控制单元，所述二级处理器分析处理所接收到的所有数据并上传至所述总服务器，所述第二对象控制单元用于控制整个实验室公用设备的使用； 所述设备终端包括三级处理器，在该三级处理器上设置有第三对象控制单元，所述三级处理器分析处理接收到的所有数据并上传至所述实验室客户端，所述第三对象控制单元用于控制实验室内的实验设备的使用。
2.根据权利要求I所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述总服务器与所述实验室客户端通过WIFI协议进行通信连接，所述总处理器上设置有第一 WIFI网络单元，所述二级处理器上设置有第二 WIFI网络单元，该第二 WIFI网络单元与所述第一 WIFI单元进行通信。
3.根据权利要求I或2所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述总处理器上还设置有USB接口单元、打印接口单元，所述USB接口单元外接USB设备，所述打印接口单元外接打印设备。
4.根据权利要求I或2所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述实验室客户端与所述设备终端通过Zigbee协议进行通信连接，所述二级处理器上设置有第二Zigbee网络单元，所述三级处理器上设置有第三Zigbee网络单元，该第三Zigbee网络单元与所述第二 Zigbee网络单元进行通信。
5.根据权利要求4所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述二级处理器上设置有第二射频识别单元、第二触摸显示单元，第二射频识别单元用于实验室客户端对用户身份识别登记，第二触摸显示单元连接大型真彩触摸屏幕。
6.根据权利要求4所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述三级处理器上设置有第三射频识别单元、第三触摸显示单元，所述第三射频设别单元用于设备终端对用户的身份识别登记，所述第三触摸显示单元连接大型真彩触摸屏幕。
7.根据权利要求6所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述三级处理器上还设置有传感检测单元，该传感检测单元用于实验室设备的故障检测，并将检测信号传至所述三级处理器。
8.根据权利要求I所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述网络接口单元包括互联网接口单元和PC上位机接口单元，所述互联网接口单元通过局域网连接PC机，用于用户预约使用实验室设备进行实验，所述PC上位机接口单元连接上位机，用于对所述总服务器的数据管理及维护。
9.根据权利要求I所述的智慧型学校实验室管理系统，其特征在于所述IC卡为非接触式IC卡。
10.一种如权利要求I至9中任意一项所述的智慧型学校实验室管理系统的应用，其特征在于用户通过PC机以一般用户身份登陆总服务器进行预约登记实验内容后，携带IC卡通过第二射频识别单元识别登记进入实验室，并使用前述IC卡通过第三射频识别单元识别开启相关实验设备进行相应实验，最后将完成的实验数据上传至所述三级处理器，再通过Zigbee网络传至二级处理器，然后通过WIFI网络传至总处理器完成任务。
全文摘要
本发明公开了一种智慧型学校实验室管理系统及其应用，其包括包括IC卡、总服务器、至少一个与该总服务器通过通信连接的实验室客户端、至少一个与该实验室客户端通过通信连接的设备终端，其中，IC卡用于身份证明；所述总服务器包括有总处理器分析处理接收到的所有数据，总处理器上设置网络接口单元，外接PC机进行数据输入及管理；所述实验室客户端包括有二级处理器分析处理所接收到的所有数据并上传至所述总服务器，二级处理器上设置有第二对象控制单元，用于控制整个实验室公用设备的使用；所述设备终端包括有三级处理器分析处理接收到的所有数据并上传至所述实验室客户端，三级处理器上设置第三对象控制单元，用于控制实验室内的实验设备的使用。
文档编号H04L12/28GK102710471SQ20121015005
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者李军凯, 黄卫 申请人:重庆市树德科技有限公司