摘要：随着实验室管理工作量的不断增大，实验室的建设、使用等各方面都提出了更高的要求，利用新的技术，探索新的管理模式，建设高水平的开放性智慧实验室是必然的发展趋势。本文阐述了基于物联架构建设高校开放性智慧实验室管理系统的设计内容与实施方案，对推进实验室管理水平、提升实验室教学能力、实现实验室开放性智能化、智慧校园建设具有重要意义。 关键词：物联网；智慧实验室；开放性；管理系统
1引言
在互联网+时代背景下，国内高校基本实现了实验室设备管理、实验教学管理和实验资源管理的在线信息化，大大提高了高校信息化管理的普及程度。近年来，随着物联网技术在智能城市和智慧校园建设中的推广，将物联网技术应用于大学实验室管理，为进一步提高大学实验室信息化管理水平提供了新的途径，基于物联网架构的智慧型实验室将成为实验室未来发展的必然趋势。
物联网IoT全称是Internet of Things，即万物互联的意思，是通过RFID(射频识别)、红外传感器、全球定位系统(GPS)与激光扫描仪等各种信息传感设备与技术连接到互联网进行信息交换和通信的网络。基于物联网技术为主要基础建设智慧校园，将促进教育信息化的进一步发展。开放性智慧实验室管理是一种创新实验室管理模式，智慧校园建设中重要的一环。新一代信息技术为教师和学生的实验环境提供了综合信息服务平台，使实验室实现智能、安全的可视化管理和资源、设备、人员的互联互动，开放实验室设备资源和教学资源，实现高度共享。
基于物联网架的高校开放性智慧实验室管理系统是一个基于物联网、大数据技术、ZigBee技术、Android移动端开发等技术的综合信息平台。利用物联网终端节点采集目标数据，将数据实时发送到远程服务器，对实验室进行实时监测和管理；为教师和学生提供大量的数据感知，同时进行全面的智能分析，支持学生、教师和各级管理者的行动和决策，实现实验室数据决策功能的优化配置；开放实验预约功能能够充分利用实验室资源供教师、学生使用；手机客户端和PC客户端与ZigBee-WiFi网关模块通信来实现智能远程控制。管理系统具有操作简单、功能强大、管理方便等优点，能够稳定、安全、快速地运行于校园局域网之上。 2基于物联网架构的高校开放性智慧实验室管理系统的设计
实验室管理系统分别为三个部分：基于物联网体系结构的感知层、网络层和应用层，这三个部分最后结合成一个整体，实现实验室全面开放的智能管理功能。该系统可以提供实验室设备和人员信息的统一情报管理。通过实验室智能传感节点的无线网络，构建数据处理分析平台，并使用相应的算法对实验室数据进行决策分析。智能访问控制系统支持远程开关门以及远程开关灯的功能；可以实现校园卡统计学生出勤率；执行，监视和显示烟雾，通过Zigbee网络将环境数据发送到网关，然后发送到服务器进行统一管理。当数据异常时，及时警报。有效保证实验室的时间，开放空间，实验室数据的准确性以及实验室管理的标准化，实验设备的可用性，实验项目的安全性、科学性，并突出显示人性化、开放性和智慧实验室管理。具体的设计内容如下：
typec转usb（1）确定系统开发和使用的技术以及系统的整体框架
使用特定的解决方案来实现系统的感知层，网络层和应用程序层，分析每个层之间的通信方法，最后设计系统的总体计划和关键技术点的实施计划。确定适合该系统的几个关键技术点，即数据库，感知的节点硬件，数据挖掘，移动通信，Zigbee网络设计方案，并结合
实际应用方案，从而可以科学而合理地实现系统的功能。
（2）智能硬件系统设计
在智慧实验室系统的整体框架下设计设备节点开发平台，并在此开发平台基础上设计实现多种不同功能的设备节点，包括：Zigbee节点，RFID读取器，存储模块，电源模块，Zigbee Wateway模块，Zigbee网络控制台系统，WiFi模块和Zigbee-Wifi Gateway模块的底板电路设计。
（3）智能软件系统设计台脚
软件设计，包括ZigBee节点、ZigBee-wifi网关模块软件设计、手机客户端和PC客户端开发等。
全面的网络结构不仅可以实现各种类型访问设备的联合教学，还可以模拟各种应用程序方案，并为用户建立高效且灵活的实验环境。如何有机地结合实验室，智能设备和智能终端，以及用户如何通过系统访问系统以形成设备访问的统一网络信息中心，数据处理和全面应用程序，以实现有效收集教育信息资源将是要解决的关键问题。
3 实施方案
3.1 组网方案
智能实验室结合有线和无线传输ZigBee协议功能设计网络拓扑，实现快速ZigBee添加和删除节点，快速安装。通过ZigBee协议，实现了大量的传感器节点和自动控制节点。环境敏感层由温度、湿度、光敏度、气压、烟雾和有害气体传感器等多个方面组成。自动控制层由窗帘控制模块、空调控制模块、照明控制模块、智能仪器控制模块等部分组成。每个终端节点被捕获后，ZigBee协议被发送到数据协调器，从而完成数据的传输。RFID技术用于管理、集成各类工具、设备等资产。在实验室和测试台的入口处安装阅读天线及阅读设备。当测试设备在一定距离内离开预期位置时，系统将发出报警提示。每个实验室的设备都有RFID卡、编号和其它相关信息。视频信号通过有线和无线网络传输，保留了大数据聚类和智能算法分析。所有基于网络的设备均具有功耗低、传输速率高、自组织性强、自修复能力强等特点。
3.2 基于ZigBee协议的拓扑结构的设计与实现
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物联网网关对校园网、ZigBee网络、数据存储模型以及视频网络进行集中管理。鉴于实验室规模庞大、传感节点众多等特点，采用星型拓扑与无线路由器相结合的传统海量数据传感模式明显不符合要求。为此，本项目采用ZigBee技术组建树形拓扑结构的方法对该问题进行求解。结构设计主要由ZigBee传感器节点,ZigBee路由器以及ZigBee网关组成。这种结构的优点是节点逻辑增删方便，节点容量较大，检测范围可扩展性较好。ZigBee传感节点功能为：从串口中读取被感知数据并打包为路由器可转发包，再转发至相邻路由器。在网络中存在多个星型拓扑结构,ZigBee路由器承担着各星型网络（包括传感节点与路由器）的高效管理及从邻近触点接收数据与路由。路由器将收到的数据经ZigBee网关传送至应用服务器及远程客户端。
4 结语
基于物联网架的高校开放性智慧实验室管理系统，在实验室人员、设备、安全和环境监测方面都实现了自动化、信息化和智能化的改革，同时最大限度提供了开放接口（如校园一卡通系统等），建立了整合教学资源、实验室设备、创新管理和具备发展功能的物联网实验教学平台。随着物联网技术的不断改进，开放性智慧实验室管理水平也将不断提高。
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参考文献红娇凤凰螺
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作者简介：熊芳（1981-），女，汉族，湖南安化人，硕士研究生，高级实验师/信息系统项目管理师，研究方向为开放实验教学、物联网和大数据、信息教育.
基金项目：2019年湖南省教育厅科学研究项目“基于物联网架构的高校开放性智慧实验室管理系统研究”（湘教通[2020]353号）NO.19C1073阶段性成果.
