實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：參與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室各項(xiàng)活動(dòng)有利于提升學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)室開放包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開放，但是實(shí)驗(yàn)室開放導(dǎo)致管理人員不足，傳統(tǒng)管理模式設(shè)備損耗大。為了提高實(shí)驗(yàn)室開放程度，有效利用信息化、智能化的高效節(jié)能的管理機(jī)制和手段，通過信息化手段管理開放型實(shí)驗(yàn)室，能夠有效提高實(shí)驗(yàn)室管理工作的水平和效率。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室；開放；智能控制

目前高等院校中多數(shù)實(shí)驗(yàn)室還是傳統(tǒng)人工管理模式，由專業(yè)課教師兼職管理實(shí)驗(yàn)室，任課教師在上課前聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室管理員借用鑰匙開門，使用完成后再由實(shí)驗(yàn)室管理員對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，人工填寫使用記錄[1-2]。使用過程中儀器電源全部通電，不僅浪費(fèi)電能還有安全隱患[3]。這種傳統(tǒng)的管理方式需要使用人員高度負(fù)責(zé)，并且人為因素影響很大。通常實(shí)驗(yàn)室管理員屬于專業(yè)課教師兼職管理，如果某個(gè)時(shí)間管理教師此時(shí)段沒有課程安排，則難以完成鑰匙的及時(shí)交接，以及對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢查。因此需要建設(shè)信息化的智能開放實(shí)驗(yàn)室[4]。

1智能開放型實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

在我院機(jī)電工程系工科類實(shí)驗(yàn)室，多屬于電氣類實(shí)驗(yàn)室，目前新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)均引入互聯(lián)網(wǎng)按照一體化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行建設(shè)[5-6]。將實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開放，以提高實(shí)驗(yàn)室的使用率[7]。但是開放產(chǎn)生的相應(yīng)問題，需要建立一套智能化開放實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開放，開放過程中將遇到人員安全、用電安全、設(shè)備的安全問題，同時(shí)還需要健全開放實(shí)驗(yàn)室的管理制度。利用信息化手段建立開放型實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，主要方案是設(shè)計(jì)手機(jī)端APP實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約使用登記[8]、實(shí)驗(yàn)室課表及相關(guān)信息的推送、使用OpenCV編程實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別門禁，考勤系統(tǒng)，所需主要硬件如表1所示。并且鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生參加相應(yīng)的社團(tuán)，選拔成員對(duì)開放型實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行協(xié)助管理，對(duì)師生進(jìn)行教學(xué)、競(jìng)賽、科研的全面開放。1.1智能安全預(yù)警功能。目前已有許多院校已經(jīng)建立了實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室普遍采取刷卡門禁系統(tǒng)，管理員或上課教師需要攜帶專用的門禁卡。這和使用鑰匙有一定程度的改進(jìn)，避免了申請(qǐng)和歸還鑰匙的麻煩，采用電磁門禁系統(tǒng)進(jìn)行管理，而且可以記錄刷卡進(jìn)出的時(shí)間，但是這種門禁系統(tǒng)主要適用于企業(yè)、社區(qū)，僅能設(shè)置使用時(shí)限，授權(quán)后的卡片往往未關(guān)聯(lián)使用者身份信息，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)使用人員考勤管理。而實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室，既要確定使用者身份信息又要分時(shí)間段進(jìn)行控制，因此一般的門禁系統(tǒng)還不能完全適用，在手機(jī)客戶端APP編寫程序，采用攝像頭智能視覺系統(tǒng)識(shí)別使用人員身份信息，并按照申請(qǐng)使用時(shí)段具體情況才能打開電磁門鎖，電磁門鎖通過WiFi模塊遠(yuǎn)程收發(fā)指令，進(jìn)行開關(guān)控制操作，如圖1所示。需要借助視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中，確保監(jiān)視無死角在室內(nèi)安裝多個(gè)角度的數(shù)字?jǐn)z像頭。設(shè)計(jì)使用OpenCV實(shí)現(xiàn)室門和窗戶區(qū)域的入侵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行標(biāo)記通過網(wǎng)絡(luò)第一時(shí)間向管理員發(fā)出安全報(bào)警信息，從而保證實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別對(duì)使用人員身份進(jìn)行識(shí)別并標(biāo)記，和智能入侵監(jiān)測(cè)當(dāng)發(fā)現(xiàn)門窗有人異常入侵進(jìn)行標(biāo)記報(bào)警。如圖2所示。1.2遠(yuǎn)程控制。設(shè)計(jì)在總電源端設(shè)置無線遠(yuǎn)程WiFi空氣開關(guān)，編寫安卓手機(jī)端APP，對(duì)空開、插座、照明、門鎖收發(fā)不同的開關(guān)指令代碼進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。攝像頭檢測(cè)到室內(nèi)無人使用狀態(tài)下延時(shí)一定時(shí)間后，自動(dòng)發(fā)送指令控制總電源空開的斷開。管理員根據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)給各個(gè)遠(yuǎn)程電源控制端發(fā)送不同的指令，進(jìn)而控制各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的各路電源設(shè)備的通斷，并返回執(zhí)行結(jié)果，接收并顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室分路電源的智能化控制，實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)設(shè)備使用申請(qǐng)及狀態(tài)顯示界面如圖3所示。1.3開放預(yù)約。實(shí)驗(yàn)室還可以面向各項(xiàng)競(jìng)賽進(jìn)行開放，實(shí)驗(yàn)室管理員使用遠(yuǎn)程APP客戶端對(duì)申請(qǐng)使用人員進(jìn)行審批，審批通過后由APP進(jìn)行信息推送顯示在申請(qǐng)者手機(jī)上。成立科技創(chuàng)新學(xué)生社團(tuán)，設(shè)置培訓(xùn)部、管理部、發(fā)展部。管理員將申請(qǐng)數(shù)據(jù)匯總，發(fā)展部對(duì)申請(qǐng)者進(jìn)行篩選錄用，由培訓(xùn)部高年級(jí)學(xué)生組織一學(xué)期的基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)，為成員提供專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)，有“電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)”“PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)”、“仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)教學(xué)”、“機(jī)器人編程教學(xué)”等，為會(huì)員提供參加電子制作、機(jī)器人技術(shù)相關(guān)技能大賽的機(jī)會(huì)。在第一學(xué)期末進(jìn)行考核，管理部根據(jù)學(xué)生掌握情況分配到不同指導(dǎo)老師競(jìng)賽或科研項(xiàng)目中。由管理部成員組織維護(hù)包括計(jì)算機(jī)硬件維護(hù)，軟件維護(hù)，系統(tǒng)維護(hù)，各類儀器設(shè)備。安排成員每天輪流值班，協(xié)助實(shí)驗(yàn)室管理人員共同管理，為申請(qǐng)使用實(shí)驗(yàn)室的師生做好后勤保障。發(fā)展部可在考核過程中學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，進(jìn)行人員替補(bǔ)，并督促學(xué)生學(xué)習(xí)。使用過程中管理員在手機(jī)端利用室內(nèi)視頻系統(tǒng)對(duì)參與人員進(jìn)行考勤，如圖4所示。開放的工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室為學(xué)生、教師競(jìng)賽等提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備和訓(xùn)練場(chǎng)地。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過一段時(shí)間的開放，師生利用實(shí)驗(yàn)室課余時(shí)間的開放使用，使用實(shí)驗(yàn)室提供的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備在參加了兩屆信息化教學(xué)大賽，以及省級(jí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用賽項(xiàng)和國家級(jí)制造單元智能化改造與集成技術(shù)賽項(xiàng)均取得了多項(xiàng)成果，如表2所示。

2結(jié)束語

對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面開放，可進(jìn)一步提升理論和實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自主創(chuàng)新，為學(xué)生提供平臺(tái)和空間，開放過程需要加大精細(xì)化、信息化建設(shè)的步伐，健全網(wǎng)上管理服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集網(wǎng)上申請(qǐng)預(yù)約、遠(yuǎn)程考勤、自動(dòng)簽到登記、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目公開等集約化服務(wù)的開放實(shí)驗(yàn)室管理服務(wù)平臺(tái)，實(shí)行數(shù)字化管理。

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作者:孟磊 張巖 單位:西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院