一种基于大数据的物联网实验室管理系统的制作方法

1.本发明涉及实验室管理技术领域，本发明涉及一种基于大数据的物联网实验室管理系统。


背景技术：

2.为了给学生创新创作提供良好高效的实验学习环境，打造物联网实验室是一种很好的选择，学生提供预约系统来确定实验的项目，实验所需器件；学生的预约时间，预约项目不尽相同，所需器件也不尽相同；
3.有些实验从开始到出结果需要耗费一定的时间且需要记录实验过程，因此需要实验人员将实验器材连通实验本体进行外带方便实验记录，目前大部分的基于大数据的物联网实验室管理系统，无法做到实验器材的对外租借，且无法保障租借出去的实验室实验器材的安全性，在学生预约实验室前无法保证预选的物联网实验室的安全性，为了解决上述缺陷，现提供一种解决方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于大数据的物联网实验室管理系统。
5.本发明所要解决的技术问题为：
6.(1)如何租借归还实验室内的实验器材；
7.(2)如何降低租借的实验室实验器材的损坏概率；
8.(3)如何保证预选物联网实验室的安全性；
9.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
10.一种基于大数据的物联网实验室管理系统，包括预约模块、注册登录模块、控制器、资格审核模块、实验室挑选模块、显示模块、rfid模块、借还模块和安全模块；
11.所述借还模块用于对实验室内实验器材进行租借和归还，所述借还模块包括借还平台、租借数据库、归还日志文档和扫描仪；
12.所述租借平台为一个不透光的可密闭中间设有放置点的箱子，实验人员在实验结束后如果想要租借实验器材，具体步骤如下：
13.e1：实验人员将实验器材放入租借平台的放置点；
14.e2：所述借还模块生成识别指令并将其传输到rfid模块；
15.e3：所述rfid模块接收识别指令后对租借平台内的实验器材电子标签进行识别获取租借实验器材的名称并将其传输到借还模块；
16.e4：所述借还模块对实验器材完整性进行标识：
17.具体的标识步骤如下：
18.ss1:进行角度划分，将实验器材偏转角度划分为36个偏转角度段，偏转角度段从0度到10度为一个偏转角度段，依次获取36个偏转角度段；
19.ss2:分别以放置点为参考点对租借平台的每一个面建立一个二维坐标系预设偏
转差阈值pα、pβ、pχ、pδ；
20.ss3:分别在租借平台除上下底面的四个面上选一个光线射出点并记录光线射出点的坐标a(xa,ya),b(xb,yb)c(xc,yc)d(xd,yd)；
21.ss4:光线从光线射出点发出对实验器材上的四个点进行照射记录实验器材上四点的坐标分别a(xa,ya),b(xb,yb),c(xc,yc),d(xd,yd)，
22.ss5:分别获取实验器材四点的光线反射点的位置a1(x1,y1),b1(x1,y1),c1(x1,y1),d1(x1,y1)；
23.ss6:选定反射点为a1的面，利用公式分别计算该面两点之间的线段长度a,b,c，
24.ss7:利用公式α1＝a2+b
2-c2/2ab计算该面光线反射点的反射角α1,β1,χ1,δ1；
25.ss8：利用公式计算光线反射点的反射偏转差αi，αaver＝(α1+α2+...+α36)2/36为该面的反射角平均值；
26.ss9:按照ss2到ss8的步骤旋转实验器材依次获取36个偏转角度段内四个光线反射点的反射角αn,βn,χn,δn，n＝1、2、...36,和光线反射点的反射偏转差αs,βs,χs,δs并生成租借标识数据；
27.e5：所述借还模块对当前租借实验器材数据状态进行记录；
28.实验人员如果想归还实验器材，按照e1到e3的步骤对归还的实验器材进行电子标签的识别，按照按照ss4到ss8的步骤依次获取这四个照射点的反射偏转率α,β,χ,δ,并生成归还标识数据；
29.将当前归还的实验器材租借时记录的图像、租借标识数据和当前归还实验器材的图像、归还表示数据进行对比：
30.对比如下：
31.n1：若当前归还的实验器材租借时记录的图像和当前归还实验器材的图像不匹配，则代表归还的实验器材有缺损，此时生成实验器材缺损报告；
32.n2：若当前归还的实验器材租借时记录的图像和当前归还实验器材的图像匹配，对租借标识数据和归还标识数据进行比对，具体的比对步骤如下：
33.nn1：若|α-αs|》pα或|β-βs|》pβ或|χ-χs|》pχ或|δ-δs|》pδ，则代表归还的实验器材有缺损，此时生成实验器材缺损报告；
34.nn2：若|α-αs|《pα或|β-βs|《pβ或|χ-χs|《pχ或|δ-δs|《pδ，此时生成归还日志和器材更新指令，所述借还模块将归还日志存储在归还日志文档里进行存储，设置过期时间一月，便于后期的查询，所述借还模块将器材更新指令传输到控制器，所述控制器接收借还模块传输的更新指令，所述控制器接收到借还模块传输的更新指令后生成器材数据更新指令并将其传输到rfid模块；所述rfid模块接收控制器传输的器材数据更新指令，所述rfid模块接收到控制器传输的器材数据更新指令对器材信息数据库中的数据进行更新。
35.进一步的，所述安全预防模块用于对实验室使用前的状态进行火灾安全检测，所述安全预防模块接收到控制器传输的实验室状态校验指令后生成检测指令，具体的检测步骤如下：
36.步骤一：预设光强度阈值为s；
37.步骤二：进行时间划分，将时间划分为24个标准时间段，标准时间段从00:00到01:00为一个标准时间段，依次类推得到所有的标准时间段tn，n＝1...24；
38.步骤三：获取每一个标准时间段内光照强度的最高值gg；
39.步骤四：获取实验室内每一个标准时间段内的室内灯光值dd；
40.步骤五：通过公式ggz＝(g1+g2+...+gg)/24，获取标准时间段内的最高光照强度的平均值gnz；
41.步骤六：通过公式ddz＝(d1+d2+...+dd)/24，获取标准时间段内的室内灯光值的平均值dnz；
42.步骤七：通过公式获取最高光照强度的方差α；
43.步骤八：通过公式获取室内灯光值的方差β；
44.步骤九：通过公式
45.δ＝(g1-1)
×
α+(d1-l)
×
β/(g1+d1-2)+...+(gn-1)
×
α+(dn-1)
×
β/(gn+dn-2)，获取实验室内光强度的偏光值δ；
46.步骤十：将获取的偏光值δ和光强度阈值s比较并生成检测结果指令：
47.比较步骤如下：
48.h1：若偏光值δ＜s，则表示当前实验室内的光强度不存在产生明火的安全隐患；
49.h2：若偏光值δ》s，则表示当前实验室内的光强度存在产生明火的安全隐患，此时所述安全预防模块生成安全隐患指令。
50.进一步的，所述rfid模块用于对实验室内器材进行识别并进行读写相关数据，所述rfid模块包括rfid远距离读写器和器材信息数据库。
51.进一步的，所述实验室挑选模块用于对实验室进行挑选预约，所述实验室挑选模块包括实验室状态信息库。
52.进一步的，所述资格审核模块用于对实验人员的资格进行审核，所述资格审核模块包括不良记录库。
53.本发明的有益效果：
54.(1)本发明通过设置借还平台，实验人员将想要租借或者归还的实验器材放置在借还平台内，获取租借器材的名称以及记录当前实验器材租借的归还时的图像数据，将其存储在租借数据库中，归还的实验器材将数据存储在归还日志文档中分开存储，便于查询和管理；
55.(2)本发明通过将当前归还的实验器材租借时记录的图像和当前归还实验器材的图像进行对比，并且rfid模块对当前实验器材的电子标签进行扫描完成对租借归还的实验室实验器材进行检查，降低了租借出去的实验室实验器材损害的概率；
56.(3)本发明通过对一天内实验室的光照强度以及实验室内灯光强度进行监控，获取实验室内光的偏光值并将其和预设光强度作比较，避免了实验室内的光强度过高导致火
灾情况发生的可能性加大。
附图说明
57.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
58.图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
59.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
60.如图1所示，本发明为一种基于大数据的物联网实验室管理系统，包括预约模块、注册登录模块、控制器、资格审核模块、实验室挑选模块、显示模块、rfid模块、借还模块和安全模块。
61.其中，所述预约模块用于实验人员预约物联网实验室，实验人员向预约模块输入预约指令，所述预约模块根据预约指令生成登录指令，所述预约模块将登录指令传输到注册登录模块，所述注册登录模块是用来进行实验人员注册登录的，所述注册登录模块包括人员信息数据库，所述注册登录模块接收预约模块传输的登录指令，所述注册登录模块接收到预约模块传输的登录指令后向人员信息数据库中查询实验人员信息并生成查询数据，所述注册登录模块将查询数据传输到控制器。
62.所述控制器用于处理各种信息数据，所述控制器接收注册登录模块传输的查询数据，所述控制器接收到注册登录模块传输的查询数据后对查询数据进行分析判断：
63.具体的分析判断步骤如下：
64.a1：若查询数据中包含实验人员的信息，则代表该实验人员已经注册，所述控制器生成审核指令并将其传输到资格审核模块；所示资格审核模块用于对实验人员的资格进行审核，所述资格审核模块包括不良记录库，所述资格审核模块接收控制器传输的审核指令，所述资格审核模块接收到控制器传输的审核指令后在不良记录库中进行查询审核：
65.具体步骤如下：
66.b1：若不良记录库中查询到实验人员相关不良记录，所述资格审核模块生成不良数据并将其传输到控制器，所述控制器接收到资格审核模块传输的不良数据后生成审核未通过指令并将其注册登录模块，所述注册登录模块接收控制器传输的审核未通过指令，所述注册登录模块接收到控制器传输的审核未通过指令后生成拒绝访问指令并将其传输到显示模块，所述显示模块用于显示信息，所述显示模块包括显示单元，所述显示模块接收到控制器传输的拒绝访问指令后将其传输到显示单元，所述显示单元接收到拒绝访问指令后在显示屏上显示审核未通过。
67.b2：若不良记录库中未查询到实验人员相关不良记录，所述资格审核模块生成审核通过数据并将其传输到控制器，所述控制器接收到资格审核模块传输的审核通过数据后生成登录指令并将其传输到注册登录模块，所述注册登录模块接收控制器传输的登录指令后实验人员进行登录。
68.a2：若查询数据中没有包含实验人员的信息，则代表该实验人员没有注册，所述控制器生成注册指令并将其传输到注册登录模块，所述注册登录模块接收控制器传输的注册指令，所述注册登录模块接收到控制器传输的注册指令后对实验人员进行身份注册并将实验人员的身份信息记录在人员信息数据库中进行存储。所述人员信息数据库对实验人员信息进行存储后生成注册成功指令并其传输到控制器，所述控制器接收到注册成功指令后生成挑选指令并将其传输到实验室挑选模块。
69.所述实验室挑选模块用于对实验室进行挑选预约，所述实验室挑选模块包括实验室状态信息库，所述实验室挑选模块接收控制器传输的挑选指令后生成实验室查询指令并将其分别传输到控制器和实验室状态信息库进行查询。
70.具体查询步骤如下：
71.j1：所述实验室挑选模块获取实验室查询指令中的预约实验室编号；
72.j2：所述实验室挑选模块携带预约实验室编号进入实验室状态信息库中查询预约实验室当前的状态并生成实验室当前状态信息表；
73.j3：所述实验室挑选模块根据实验室当前状态信息表判断预约的当前实验室是否可以预约：
74.具体的判断步骤如下：
75.k1：获取实验室当前状态信息表中当前实验室的安全状态和实验室器材的租借状态；
76.k2：若当前实验室状态显示为安全且实验室器材未出现租借状况，则代表当前预约的实验室可以租借，所述实验室挑选模块生成允许预约指令并将其传输预约模块，由实验人员确认预约；
77.k3：若当前实验室状态显示为存在安全隐患或实验室器材存在租借状况，则代表当前的实验室不可以租借，所述实验室挑选模块生成禁止预约指令并将其传输到预约模块，由实验人员重新预约；
78.所述控制器接收到实验室挑选模块传输的实验室查询指令后生成实验室状态校验指令并分别传输到rfid模块、借还模块和安全预防模块。
79.所述rfid模块用于对实验室内器材进行识别并进行读写相关数据，所述rfid模块包括rfid远距离读写器和器材信息数据库，所述rfid模块接收控制器传输的实验室状态校验指令，所述rfid模块接收到控制器传输的实验室状态校验指令后对实验室器材进行识别和读写相关数据，并生成rfid校验报告：
80.具体步骤如下：
81.c1：预约实验室内的rfid远距离读写器通过其天线向当前实验室发送一定频率的电磁波；
82.c2：预约实验室内的实验器材上的电子标签内部产生电流被激活；
83.c3：实验器材上的电子标签会将其存储的信息通过内部天线发送出来；
84.c4：rfid远距离读写器的天线接收来自电子标签的载波信号并将其传送到rfid远距离读写器；
85.c5：rfid远距离读写器对接收的信号进行解调和解码处理获取当前实验室内的实验器材名称和实验器材数据并生成rfid校验报告。
86.所述rfid模块向控制器传输rfid校验报告。
87.所述借还模块用于对实验室内实验器材进行租借和归还，所述借还模块包括借还平台、租借数据库、归还日志文档和扫描仪，所述借还模块接收控制器传输的实验室状态校验指令，所述借还模块接收到控制器传输的实验室状态校验指令后向租借数据库中查询是否存在租借数据：
88.具体步骤如下：
89.d1：若租借数据库中存在租借数据，所述借还模块获取租借数据中租借器材信息并生成租借器材信息报告并将其传输到控制器；
90.d2：若租借数据库中不存在租借数据，所述借还模块生成租借校验报告并将其传输到控制器。
91.所述租借平台为一个不透光的可密闭中间设有放置点的箱子，实验人员在实验结束后如果想要租借实验器材，具体步骤如下：
92.e1：实验人员将实验器材放入租借平台的放置点；
93.e2：所述借还模块生成识别指令并将其传输到rfid模块；
94.e3：所述rfid模块接收识别指令后对租借平台内的实验器材电子标签进行识别获取租借实验器材的名称并将其传输到借还模块；
95.e4：所述借还模块对实验器材完整性进行标识：
96.具体的标识步骤如下：
97.ss1:进行角度划分，将实验器材偏转角度划分为36个偏转角度段，偏转角度段从0度到10度为一个偏转角度段，依次获取36个偏转角度段；
98.ss2:分别以放置点为参考点对租借平台的每一个面建立一个二维坐标系预设偏转差阈值pα、pβ、pχ、pδ；
99.ss3:分别在租借平台除上下底面的四个面上选一个光线射出点并记录光线射出点的坐标a(xa,ya),b(xb,yb)c(xc,yc)d(xd,yd)；
100.ss4:光线从光线射出点发出对实验器材上的四个点进行照射记录实验器材上四点的坐标分别a(xa,ya),b(xb,yb),c(xc,yc),d(xd,yd)，
101.ss5:分别获取实验器材四点的光线反射点的位置a1(x1,y1),b1(x1,y1),c1(x1,y1),d1(x1,y1)；
102.ss6:选定反射点为a1的面，利用公式分别计算该面两点之间的线段长度a,b,c，
103.ss7:利用公式α1＝a2+b
2-c2/2ab计算该面光线反射点的反射角α1,β1,χ1,δ1；
104.ss8：利用公式计算光线反射点的反射偏转差αi，αaver＝(α1+α2+...+α36)2/36为该面的反射角平均值；
105.ss9:按照ss2到ss8的步骤旋转实验器材依次获取36个偏转角度段内四个光线反射点的反射角αn,βn,χn,δn，n＝1、2、...36,和光线反射点的反射偏转差αs,βs,χs,δs并生成租借标识数据；
106.e5：所述借还模块对当前租借实验器材数据状态进行记录：
107.具体记录步骤如下：
108.f1：所述借还模块接收rfid模块传输的租借实验器材名称并将其存储在租借数据库中；
109.f2：所述扫描仪对当前租借实验器材进行扫描并记录当前租借实验器材的图像；
110.f3：将当前租借实验器材的图像和租借标识数据存储在租借数据库中。
111.实验人员如果想归还实验器材，具体步骤如下：
112.l1：实验人员将要归还的实验器材放入租借平台的放置点；
113.l2：所述借还模块生成识别指令并将其传输到rfid模块；
114.l3：所述rfid模块接收识别指令后对租借平台内的实验器材电子标签进行识别获取想要归还的实验器材的名称并将其传输到借还模块；
115.l4：所述借还模块对归还的实验器材完整性进行验证：
116.具体的验证步骤如下：
117.sss1:按照ss4到ss8的步骤依次获取这四个照射点的反射偏转率α,β,χ,δ,并生成归还标识数据；
118.l5：所述借还模块对当前归还的实验器材数据状态进行记录：
119.具体记录步骤如下：
120.m1：所述借还模块在租借数据库中获取当前归还的实验器材租借时记录的图像；
121.m2：所述扫描仪对当前归还的实验器材进行扫描并记录当前归还实验器材的图像；
122.m3：将当前归还的实验器材租借时记录的图像、租借标识数据和当前归还实验器材的图像、归还表示数据进行对比：
123.对比如下：
124.n1：若当前归还的实验器材租借时记录的图像和当前归还实验器材的图像不匹配，则代表归还的实验器材有缺损，此时生成实验器材缺损报告并将其传输到控制器，所述控制器接收借还模块传输的实验器材缺损报告，所述控制器接收到实验器材缺损报告后生成不良记录并将其传输到资格审核模块中，所述资格审核模块接收控制器传输的不良记录，所述资格审核模块接收到控制器传输的不良记录后将其存储在不良记录库中对应的实验人员表里；
125.n2：若当前归还的实验器材租借时记录的图像和当前归还实验器材的图像匹配，对租借标识数据和归还标识数据进行比对，具体的比对步骤如下：
126.nn1：若|α-αs|》pα或|β-βs|》pβ或|χ-χs|》pχ或|δ-δs|》pδ，则代表归还的实验器材有缺损，此时生成实验器材缺损报告并将其传输到控制器，所述控制器接收借还模块传输的实验器材缺损报告，所述控制器接收到实验器材缺损报告后生成不良记录并将其传输到资格审核模块中，所述资格审核模块接收控制器传输的不良记录，所述资格审核模块接收到控制器传输的不良记录后将其存储在不良记录库中对应的实验人员表里；
127.nn2：若|α-αs|《pα或|β-βs|《pβ或|χ-χs|《pχ或|δ-δs|《pδ，此时生成归还日志和器材更新指令，所述借还模块将归还日志存储在归还日志文档里进行存储，设置过期时间一月，便于后期的查询，所述借还模块将器材更新指令传输到控制器，所述控制器接收借还模块传输的更新指令，所述控制器接收到借还模块传输的更新指令后生成器材数据更新指令
并将其传输到rfid模块；所述rfid模块接收控制器传输的器材数据更新指令，所述rfid模块接收到控制器传输的器材数据更新指令对器材信息数据库中的数据进行更新。
128.所述安全预防模块用于对实验室使用前的状态进行火灾安全检测，所述安全预防模块接收到控制器传输的实验室状态校验指令后生成检测指令，具体的检测步骤如下：
129.步骤一：预设光强度阈值为s；
130.步骤二：进行时间划分，将时间划分为24个标准时间段，标准时间段从00:00到01:00为一个标准时间段，依次类推得到所有的标准时间段tn，n＝1...24；
131.步骤三：获取每一个标准时间段内光照强度的最高值gg；
132.步骤四：获取实验室内每一个标准时间段内的室内灯光值dd；
133.步骤五：通过公式ggz＝(g1+g2+...+gg)/24，获取标准时间段内的最高光照强度的平均值gnz；
134.步骤六：通过公式ddz＝(d1+d2+...+dd)/24，获取标准时间段内的室内灯光值的平均值dnz；
135.步骤七：通过公式获取最高光照强度的方差α；
136.步骤八：通过公式获取室内灯光值的方差x；
137.步骤九：通过公式
138.δ＝(g1-1)
×
α+(d1-1)
×
β/(g1+d1-2)+...+(gn-1)
×
α+(dn-1)
×
β/(gn+dn-2)，获取实验室内光强度的偏光值δ；
139.步骤十：将获取的偏光值δ和光强度阈值s比较并生成检测结果指令：
140.比较步骤如下：
141.h1：若偏光值δ＜s，则表示当前实验室内的光强度不存在产生明火的安全隐患，此时所述安全预防模块生成检测安全指令并传输到控制器；所述控制器接收安全预防模块传输的检测安全指令，所述控制器接收到安全预防模块传输的检测安全指令后生成检测通过指令，所述控制器将检测通过指令传输到实验室挑选模块，所述实验室挑选模块接收控制器传输的检测通过指令，所述实验室挑选模块接收到控制器传输的检测通过指令后将当前实验室的安全状态以安全的形式在实验室状态信息库中进行存储；
142.h2：若偏光值δ》s,则表示当前实验室内的光强度存在产生明火的安全隐患，此时所述安全预防模块生成安全隐患指令，所述安全预防模块将安全隐患指令传输到控制器，所述控制器接收到安全预防模块传输的安全隐患指令，所述控制器接收到安全预防指令传输的安全隐患指令后生成检测未通过指令并将其传输到实验室挑选模块，所述实验室挑选模块接收到控制器传输的检测未通过指令后将当前实验室的安全状态以存在安全隐患的形式在实验室状态信息库中进行存储。
143.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而
且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
144.以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
145.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。