基于物联网的实验室管理系统设计与实现
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ISSN 1006 -7167 CN 31 -1707/T
RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY
第38卷第11期 2019年11月 Vol. 38 No. 11 Nov. 2019
基于物联网的实验室管理系统设计与实现
黄雅婕，张秀山，史禧蕾
(海军工程大学 计算机工程系，武汉430033)
0引言
1999年，Kevin Ashton教授首次提出了物联网 (IoT)的概念，他指出IoT是采用射频识别技术
收稿日期：2018-12-15 作者简介:黄雅婕(1988 -)，女，湖北武汉人，硕士生，研究方向为 物联网技术。Tel. : 13971342339 ； E-mail: mini_paper@ sina. com 通信作者：张秀山(1968-)，男，湖北洪湖人，博士，教授，计算机与 数据工程教研室主任，主要从事计算机科学与技术。Tel. ： 13871162564
Abstract: Aimed at the deficiency of the manual method of conventional laboratory management and according to practical demands, a management system based on the Internet of Things (IoT) is designed and implemented. The system is intended to improve the low efficiency and prompt secure monitoring. The designed system can be divided into three levels, i. e. , processing of external environment sampling, data transfer to optical fiber ring network via communication link, and intelligent man-machine interaction via host computer. The core technology is radio-frequency identification and ZigBee. The system can perceive the environment state of laboratory area and monitor the instrument devices. It forms an integrated management of staff and devices, and can give a timely response to emergency. By the validation, intelligent and networking real-time monitoring and control are realized. Furthermore, it can be extended to be a more intelligent and open IoT laboratory management. Key words: internet of things ； ZigBee ； laboratory management system ； intelligence
摘要：针对传统基于人工方式实验室管理方法的不足和根据实际需求，设计和实
现了一种基于物联网的实验室管理系统，旨在改进传统方法效率低下的缺点和提
高安全监测水平。设计的实验室管理系统划分为3个层次，分别完成了外部环境
数据采集处理、通信链路将数据传输至光纤环网、上位机智能化的人机交互，核心
技术是射频识别和ZigBee技术。系统可对实验室区域的环境状态进行感知和对仪
(Radio-Frequency Identification, RFID)唯一可辨识、可 共同使用物体与物体相互连接的信息网络。然而,IoT 的准确定义随着前景的发展不断改变。IoT —般定义 为：自我配备基于标准和可共同操作的通信协议的动 态全球网络基础设施;在IoT中，现实和虚拟物品都拥 有身份与属性，且可使用智能接口和集成为信息网 络W随着条形码、智能传感、近场通信和云计算等 技术的发展，物联网技术逐渐运用到环境监测、智能家 居和电网等，它使得信息在彼此关联的系统间进行共
第11期
黄雅婕，等：基于物联网的实验室管理系统设计与实现
259
享，提高了系统的可靠性、有效性和持续性⑶。 近年来，高校实验室管理缺少有效的监测和感知
手段,导致实验设备、环境信息和人员监管效率低下， 实验室自动化和智能化水平不高"6。随着物联网技 术的普及,基于物联网的实验室信息管理和智能监控 系统变得现实可行*边。文献［11］中针对环境感知和 收集缺失、设备无法远程控制等不足，提出一种实验室 综合管理系统。文献［12］中主要从信息管理和自动 监控角度设计和实现了实验室管理系统，并对各个子 模块功能进行了测试和验证。针对当前实验室外界环 境信息无法实时监测和响应，本文设计和实现了一种 基于物联网的实验室管理系统，通过光纤环网方式，将 RFID、红外报警视频、实验室水电消耗情况等信息上 传至中央服务器，组成一个C/S架构皿」，形成集中控 制模式。设计的系统能够实现对实验室资源可视化共 享与管理，根据中央服务器生成的报表、曲线和数据包 等可进行后续分析和查证。
Hale Waihona Puke Design and Implementation of Laboratory Management System Based on Internet of Things
HUANG Yajie, ZHANG Xiushan, SHI Beilei (College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033 , China)
器设备监控，形成了对人员和设备的综合管理，且在各种险情发生时及时报警响
应。通过系统实验的验证，实现了智能化、网络化的实时监视和控制，且可进一步
扩展形成更加智能化和开放式的物联网实验室管理。
关键词：物联网；ZigBee；实验室管理系统；智能化
中图分类号:TP391； G642
文献标志码：A
文章编号：1006 - 7167(2019)11 -0258 -03
RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY
第38卷第11期 2019年11月 Vol. 38 No. 11 Nov. 2019
基于物联网的实验室管理系统设计与实现
黄雅婕，张秀山，史禧蕾
(海军工程大学 计算机工程系，武汉430033)
0引言
1999年，Kevin Ashton教授首次提出了物联网 (IoT)的概念，他指出IoT是采用射频识别技术
收稿日期：2018-12-15 作者简介:黄雅婕(1988 -)，女，湖北武汉人，硕士生，研究方向为 物联网技术。Tel. : 13971342339 ； E-mail: mini_paper@ sina. com 通信作者：张秀山(1968-)，男，湖北洪湖人，博士，教授，计算机与 数据工程教研室主任，主要从事计算机科学与技术。Tel. ： 13871162564
Abstract: Aimed at the deficiency of the manual method of conventional laboratory management and according to practical demands, a management system based on the Internet of Things (IoT) is designed and implemented. The system is intended to improve the low efficiency and prompt secure monitoring. The designed system can be divided into three levels, i. e. , processing of external environment sampling, data transfer to optical fiber ring network via communication link, and intelligent man-machine interaction via host computer. The core technology is radio-frequency identification and ZigBee. The system can perceive the environment state of laboratory area and monitor the instrument devices. It forms an integrated management of staff and devices, and can give a timely response to emergency. By the validation, intelligent and networking real-time monitoring and control are realized. Furthermore, it can be extended to be a more intelligent and open IoT laboratory management. Key words: internet of things ； ZigBee ； laboratory management system ； intelligence
摘要：针对传统基于人工方式实验室管理方法的不足和根据实际需求，设计和实
现了一种基于物联网的实验室管理系统，旨在改进传统方法效率低下的缺点和提
高安全监测水平。设计的实验室管理系统划分为3个层次，分别完成了外部环境
数据采集处理、通信链路将数据传输至光纤环网、上位机智能化的人机交互，核心
技术是射频识别和ZigBee技术。系统可对实验室区域的环境状态进行感知和对仪
(Radio-Frequency Identification, RFID)唯一可辨识、可 共同使用物体与物体相互连接的信息网络。然而,IoT 的准确定义随着前景的发展不断改变。IoT —般定义 为：自我配备基于标准和可共同操作的通信协议的动 态全球网络基础设施;在IoT中，现实和虚拟物品都拥 有身份与属性，且可使用智能接口和集成为信息网 络W随着条形码、智能传感、近场通信和云计算等 技术的发展，物联网技术逐渐运用到环境监测、智能家 居和电网等，它使得信息在彼此关联的系统间进行共
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黄雅婕，等：基于物联网的实验室管理系统设计与实现
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享，提高了系统的可靠性、有效性和持续性⑶。 近年来，高校实验室管理缺少有效的监测和感知
手段,导致实验设备、环境信息和人员监管效率低下， 实验室自动化和智能化水平不高"6。随着物联网技 术的普及,基于物联网的实验室信息管理和智能监控 系统变得现实可行*边。文献［11］中针对环境感知和 收集缺失、设备无法远程控制等不足，提出一种实验室 综合管理系统。文献［12］中主要从信息管理和自动 监控角度设计和实现了实验室管理系统，并对各个子 模块功能进行了测试和验证。针对当前实验室外界环 境信息无法实时监测和响应，本文设计和实现了一种 基于物联网的实验室管理系统，通过光纤环网方式，将 RFID、红外报警视频、实验室水电消耗情况等信息上 传至中央服务器，组成一个C/S架构皿」，形成集中控 制模式。设计的系统能够实现对实验室资源可视化共 享与管理，根据中央服务器生成的报表、曲线和数据包 等可进行后续分析和查证。
Hale Waihona Puke Design and Implementation of Laboratory Management System Based on Internet of Things
HUANG Yajie, ZHANG Xiushan, SHI Beilei (College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033 , China)
器设备监控，形成了对人员和设备的综合管理，且在各种险情发生时及时报警响
应。通过系统实验的验证，实现了智能化、网络化的实时监视和控制，且可进一步
扩展形成更加智能化和开放式的物联网实验室管理。
关键词：物联网；ZigBee；实验室管理系统；智能化
中图分类号:TP391； G642
文献标志码：A
文章编号：1006 - 7167(2019)11 -0258 -03