物联网实验室范例

【摘要】

开放式物理实验教学是当前物理实验教学改革的必然趋势。为适用开放式实验教学，将物联网技术应用于开放实验室系统建设,实现了物理实验室全天候安全开放，提高了实验室的智能化管理水平。

【关键词】

开放式实验室；物联网；实验室建设

0引言

为了适用开放式实验教学，很多高校都开放物理实验室，早期采用人工进行实验室开放，或采用单机版的管理软件进行开放管理，这些管理方式存在工作烦琐，效率低下等弊端。例如，学生不能及时了解开放性实验内容以及实验时间的信息；学生必须到实验室去预约，由实验室教师登记等。近年来，随着网络信息技术的发展，针对开放实验室智能化管理需求，从不同角度出发，也提出了许多开放实验室信息管理系统方案，如机房自动管理系统等，这些方案在实验室信息管理、人员管理、设备管理、实验项目管理、预约管理、系统管理、统计报表等方面，不同程度实现了实验室的信息化管理，尽管如此，但除了计算机机房以外，其它开放普通实验室，由于没有计算机及网络设备，大多存在自动化管理程度不高的问题。针对这种情况，我们将物联网技术应用于开放实验室的管理，利用门禁、触屏派位、视频监控、平板电脑终端、设备控制器与智能电源插座等，结合基于B/S结构的开放式实验室web管理系统软件，实现了物理实验室全天候安全开放，提高了开放实验室的智能化管理水平。

1物联网技术

摘要:

为了提高实验室的开放水平、管理的精细化水平和有效利用实验室空间、设备以及支持的能源、网络等资源，提出了采用微信、微博等学生喜闻乐见且使用方便的网络新媒体来实现学生的实验室签到和使用预约;设计了基于智能能耗传感器等物联网设备对计算机系统、空调系统和其他实验室支持环境的能耗进行采集与优化控制的新型监测和管理方式;基于新媒体和物联网技术的新型智能化、精细化的开放平台实验室管理机制使得实验室的开放管理机制更适应双/多校区的教学及科研活动管理，并且实现资源高效利用和节能减排。

关键词:

微信;物联网;精细化管理;双校区;绿色校园

近年来随着高校教学改革的深化，各高校不断地探究新的实验教学方法，高校实验室管理和运作模式从传统的课程教学型实验室逐渐转变成开放型实验室。开放型实验室不仅能满足不同水平和能力的学生需求，而且提供了一个发挥个人潜能的实验环境，从而使学生可以自主地到实验室进行实验研究和探索性学习，这不仅有利于发挥学生做实验的积极性、主动性，也有利于培养学生的个性，激发学生的思维，引发他们创造的欲望，点燃他们创新火花［1］。开放型实验室能更好地适应当前新的实验教学模式，例如课题研究实验教学模式，项目化实验教学模式，竞赛培养实验教学，为学生搭建一个多元化的创新平台，培养了学生的科研精神和团结合作精神，从而提升学生的综合素质［2－4］。开放型实验室建设是一个系统工程，它需要多方面的建设。实验室开放不是时间、空间的简单开放，也不是教学内容和仪器设备的简单开放，实验室开放必须有先进的管理理念和管理制度作保障［5］。在为实验室开放提供必备经费、设备和人员保障的前提下，探索基于新媒体和物联网的开放实验室管理新机制，设计开放实验室管理系统是至关重要的［6］。它可以进一步提高教学资源和设备的利用率，更能够保障高校实验室开放管理的顺利运行，使开放型实验室真正成为培养创新型人才的摇篮。

1当前实验室开放和管理中的突出问题

1．1学生无法及时获得实验室详细的开放信息

［摘要］伴随国家对高校实验室建设力度的加大而来的是传统的实验室管理方式与迅速崛起的实验室建设无法协调的问题。如何更高效、更系统地管理目前规模逐渐扩大的实验室已成为高校实验室管理亟待解决的问题。该研究概述了高校实验室发展现状，从实验室的各种仪器设备、实验环境条件、实验所需的易耗品、实验室人员四个方面对高校实验室管理存在的问题进行分析和总结，并分别阐述移动设备、云计算、物联网等技术应用于实验室管理取得的成果。研究结果显示，实验室管理需合理而有效地使用这些先进的互联网技术，使得移动设备、云计算、物联网共同服务于实验室管理。

［关键词］高校实验室；互联网技术；实验室管理

互联网技术如雨后春笋般迅猛发展，它使信息之间的传递变得更便捷、更快速、更自动化。它是大众创新的工具，能够促进中国社会发展提质增效。它在教育行业或其他行业的发展进程中发挥着重要的作用[1]，同样也被广泛运用于高校实验室管理。高校实验室是高校发展建设过程中不可或缺的一部分，它肩负着培养学生自主性和研究性学习能力、创新能力、创造能力、工程素质能力等重要任务。[2]随着高校对实验室管理的重视、互联网的快速发展，利用互联网技术对实验室进行管理成为未来实验室管理发展的必然趋势。本文针对高校实验室的发展现状、存在问题进行分析，并对互联网技术应用于实验室管理的方法进行探索。

一、高校实验室的发展

高校实验室是高等学校教育教学设施建设过程中的重要一环，是创新人才培养的源头和载体，是教学与科研的重要基地，是社会服务的重要场所。[3]学校的发展、教学科研水平的提高、人才的培养都离不开实验室的发展。国家也非常重视高校实验室建设，教育部在2005年启动了全国高等学校实验教学示范建设工作，并在全国范围内选择了84个实验室作为国家级实验教学示范中心。2007年，教育部、财政部在《高等学校本科教学质量与教学改革工程》文件中指出：“加强实验建设，需首先重点加强500个左右实验教学示范中心的建设，从教学内容、方法、手段、队伍、管理及实验教学模式的改革与创新等方面推进高校实验建设”。[4]国家对实验室发展的大力支持与鼓励措施，增加了学校对实验室建设的重视程度，对高校实验室的发展起了重要的推动作用。伴随着高校对实验室建设投入的增加，高校实验室建设已初具规模，有宽敞的实验用房和充足的实验器材。高校实验室仪器设备不断增多，特别是大型重点仪器、精密仪器设备的配备，为实验室的管理带来了新的挑战。

二、高校实验室管理存在的主要问题

实验室管理是学校办学的基础性工作，它具体指对实验室的各种仪器设备、实验环境条件、实验所需的各种物质、实验室人员等进行管理的一系列活动。[5]目前，高校往往忙于实验室的建设但对其日常管理的重视程度不足，同时无法正确认识其日常管理的重要性。[6]

摘要:目前对于实验教学以及对学生创新思维给予培养的高校教学理念已经深入各大高校，这种理念的出现令以往的人工去对计算机实验室进行管理的模式开始显示出了自身羸弱的特点，其主要体现在了设备维修的周期必究就并且和教学需求上存在比较严重的矛盾。基于此，本文主要针对教学管理和设备维护，以及环境管理还有安全管理上去对基于物联网的计算机实验室管理模式进行分析与总结。

关键词:物联网；实验室；计算机

0引言

高校计算机的实验室其自身的职责就是担负着进行计算机实验的教学，其自身就是对学生计算机水平和教学水平教学水平给予提升，并且对于学生在计算机动手和实际操作能力以及创造性思维给予提升的一个非常必要的场所[1]。因此，当前我们国家在计算机实验室上的建设与管理已经成为了大众所关注的重点问题，并且也对高效自身教学水平和教学能力加以长相的一种筹码。可以说，当前我国高校计算机实验室其自身担负着非常繁重的教学任务，因此其对于计算机使用的主体也并不是十分的固定，学生和教师在使用计算机上的习惯也不一致，用机的操作并不是十分的标准规范[2]。在加上以往对实验室进行管理的方式主要是由专人去进行管理，这种情况使得计算机经常会产生各种各样的故障问题，这些问题的产生，使得高效计算机够实验教学的目标无法快速的完成并且很难对教学质量给予充分的保障。但是伴随着物联网技术的产生，计算机实验室的这种管理问题也获得了非常好的处理效果。

1物联网含义

美国是第一个提出物联网这一个物联网的发展概念的国家，并且同年美国指出传感网在日后就成为下一个网络计算机发展的机遇。物联网主要是人们所需要的物品同和互联网彼此之间的一种网络上的联系，其主要是对信息交换和通信的需要给予执行，同时还能够智能的去分辨物品，使其能够精准的定位并且对于所提出的要求给予实施达成活对其进行监控的一种网络[3]。同时我们还可以将物联网理解成为能够使得物和物之间保持相互联系的一种互联网。因此能够看出，物联网主要是将互联网作为发展所需要的基础，然后对于互联网自身的功能和实用性进行延伸从而衍生出来的一种网络体系，物联网其中心和进行发展的基础总的来说还是把互联网当成主要依托的，物联网将其用户端进行了非常合理的并且快速的延伸，同时还使得互联网具有了一定的特性，其已经发展到了不论是什么样的物品与物品之间，主要使用了互联网就能实现彼此信息上的互换和彼此之间的通信。

2传统计算机实验室的管理形式

摘要：针对目前实验室由人工管理而引起的低利用率以及存在安全隐患等问题，设计并实现了一种基于物联网感知的智能实验室控制系统。为了实验室管理员能在移动端随时了解实验室的相关环境状态并对实验室设备进行远程操控，本课题构建了基于物联网感知的实验室控制系统，包含环境检测、后台管理系统和门禁设置三大模块。结合传感器技术、RFID技术、物联网网关技术和WiFi技术等，系统可以在环境监测模块对实验室的环境参数进行实时的监测、采集和分析处理，在服务器端可以控制实验室照明的开关等，实现了物联网实验室的智能化、可控化，且集成化程度较高。本系统能够有效利用实验室资源，实现人力资源的节省和合理分配，改善实验室环境，且在一定程度上减少能源的消耗，对科研人员研究效率和实验室利用率的提高以及我国科研事业的发展起到了积极的作用。

关键词：智能实验室；智能控制；物联网感知；监测；智能化；可控化

0引言

以往传统实验室需要人工管理和操作，并且缺乏一套完整的管理制度与整体规划。随着科研人员实验需求的不断增加，传统实验室可能会对实验工作产生一定的制约，相关信息的滞后、管理效率相对较低的问题也就随之而来。如果全部依靠人工来管理实验室，那么在实验室的设备使用情况、实验室的安全保障管理、人员的参与程度与实验室的开放程度等方面都会耗费很大的精力[1-8]。国家对于教育事业与科研事业的重视程度逐渐加大，信息技术的发展也为实验室智能化提供了强大的动力与支持，逐渐形成了“物联网实验室”这一新兴的实验室模式。“物联网实验室”将传感器技术、物联网网关技术、通信技术、无线传感网络技术等发展迅速的信息技术相结合，在这种实验室运行模式下，实验室中传感器可以实时采集实验室环境数据，这些数据通过物联网网关上传，服务器对接收的数据进行分析、处理、保存，实验室管理员可以直观地看到实验室的环境数据[9-12]。在这样的管理方式下实验室管理员可以根据数据来判断是否需要进行一些必要的操作，如果需要对实验室相关设备进行操作，就可以直接通过服务器端进行远程操控，同时可以控制相关设备进行自动调节，实现了实验室环境的可视化与操作远程可控化。这样的工作模式对于实验室管理与建设都有着十分重要的意义。实验室的智能化能够使实验室的环境得到很好的改善，更加有利于实验人员进行实验研究，从而提高实验的效率。在一定程度上也能够减少能耗，提高环保效果[13-15]。本课题构建的基于物联网感知的智能实验室控制系统，将传感器、无线数据传输、WiFi等技术与实验室相关设备相结合，采集实验室中的环境参数，例如温度、湿度、烟雾浓度等信息，连接到WiFi的传感器将数据发送到手机端APP，服务器端对上传的数据进行接收和存储，以直观的方式展示给实验室管理员，实验室管理员能够实时看到实验室内环境参数，并控制实验室设备。学生在进入实验室之前需要进行门禁刷卡；在工作的状态下可以对烟雾浓度的数据进行分析，存在危险因素时可以及时报警。在这样的模式下，能够提高实验室管理员的管理效率，减轻管理员的管理压力；也能够在加大实验室开放程度的同时保障安全。

1系统整体框架

1.1硬件框架

本次系统的硬件部分可以分为6个模块，分别是为各个工作模块进行供电的供电模块、能够实时采集实验室环境数据的传感器模块、收集数据并向服务器端发送数据的网关模块、数据显示模块、报警模块以及门禁模块。硬件框架的模块如图1所示。

摘要：计算机实验室是高职院校进行教学和科研的重要场所，但因管理技术和安防系统发展较慢，存在管理效率低、信息化程度低的问题。通过对多种物联网技术的研究，将其综合运用到实验室环境信息设备信息的采集、远程视频监控及出入人员身份的认证中，进而形成了一种智能化、自动化、网络化的管理模式，提升了计算机实验室管理效率和管理质量。

关键词：高职院校；物联网；计算机实验室；管理模式

随着高职院校教育体制的不断改革和信息技术的高速发展，各高职院校更加注重培养学生的动手实践能力和思维创新能力，促进学生知识和能力协调发展。但由于高职院校计算机实验室多采用人工管理模式，管理技术和安防系统相对落后，已不适应当前校园信息化发展的要求，也难以满足不断增长的实践需求。对此，基于物联网的“智慧”应用，将物联网技术应用到计算机实验室管理当中，提出一种先进的计算机实验室管理模式，即集网络化、智能化、自动化于一体的开放式管理模式。

1物联网技术

1.1物联网的技术特点

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，它在原有互联网技术的基础上进行了延伸。按联合国国际电信联盟制订的总体产业标准，通过各种信息传感设备和应用技术，如各类传感器、激光扫描系统、ZigBee无线组网技术、蓝牙BLE技术、全球定位GPS系统、射频识别RFID技术等，在严格的信息安全保密系统的规范下，采集设备返回的各种实时信号和信息，进行定位、识别、跟踪、监控，实现人、物、网的全面连接和自动处理，以更加智能的方式来管理生产和生活。物联网具有连通性、物物相联、智能化的特点，为各个领域的实际应用提供服务，如智能公交、智能校园等。

1.2物联网的体系架构

摘要：针对目前实验室由人工管理而引起的低利用率以及存在安全隐患等问题，设计并实现了一种基于物联网感知的智能实验室控制系统。为了实验室管理员能在移动端随时了解实验室的相关环境状态并对实验室设备进行远程操控，本课题构建了基于物联网感知的实验室控制系统，包含环境检测、后台管理系统和门禁设置三大模块。结合传感器技术、RFID技术、物联网网关技术和WiFi技术等，系统可以在环境监测模块对实验室的环境参数进行实时的监测、采集和分析处理，在服务器端可以控制实验室照明的开关等，实现了物联网实验室的智能化、可控化，且集成化程度较高。本系统能够有效利用实验室资源，实现人力资源的节省和合理分配，改善实验室环境，且在一定程度上减少能源的消耗，对科研人员研究效率和实验室利用率的提高以及我国科研事业的发展起到了积极的作用。

关键词：智能实验室；智能控制；物联网感知；监测；智能化；可控化

0引言

以往传统实验室需要人工管理和操作，并且缺乏一套完整的管理制度与整体规划。随着科研人员实验需求的不断增加，传统实验室可能会对实验工作产生一定的制约，相关信息的滞后、管理效率相对较低的问题也就随之而来。如果全部依靠人工来管理实验室，那么在实验室的设备使用情况、实验室的安全保障管理、人员的参与程度与实验室的开放程度等方面都会耗费很大的精力[1-8]。国家对于教育事业与科研事业的重视程度逐渐加大，信息技术的发展也为实验室智能化提供了强大的动力与支持，逐渐形成了“物联网实验室”这一新兴的实验室模式。“物联网实验室”将传感器技术、物联网网关技术、通信技术、无线传感网络技术等发展迅速的信息技术相结合，在这种实验室运行模式下，实验室中传感器可以实时采集实验室环境数据，这些数据通过物联网网关上传，服务器对接收的数据进行分析、处理、保存，实验室管理员可以直观地看到实验室的环境数据[9-12]。在这样的管理方式下实验室管理员可以根据数据来判断是否需要进行一些必要的操作，如果需要对实验室相关设备进行操作，就可以直接通过服务器端进行远程操控，同时可以控制相关设备进行自动调节，实现了实验室环境的可视化与操作远程可控化。这样的工作模式对于实验室管理与建设都有着十分重要的意义。实验室的智能化能够使实验室的环境得到很好的改善，更加有利于实验人员进行实验研究，从而提高实验的效率。在一定程度上也能够减少能耗，提高环保效果[13-15]。本课题构建的基于物联网感知的智能实验室控制系统，将传感器、无线数据传输、WiFi等技术与实验室相关设备相结合，采集实验室中的环境参数，例如温度、湿度、烟雾浓度等信息，连接到WiFi的传感器将数据发送到手机端APP，服务器端对上传的数据进行接收和存储，以直观的方式展示给实验室管理员，实验室管理员能够实时看到实验室内环境参数，并控制实验室设备。学生在进入实验室之前需要进行门禁刷卡；在工作的状态下可以对烟雾浓度的数据进行分析，存在危险因素时可以及时报警。在这样的模式下，能够提高实验室管理员的管理效率，减轻管理员的管理压力；也能够在加大实验室开放程度的同时保障安全。

1系统整体框架

1.1硬件框架

本次系统的硬件部分可以分为6个模块，分别是为各个工作模块进行供电的供电模块、能够实时采集实验室环境数据的传感器模块、收集数据并向服务器端发送数据的网关模块、数据显示模块、报警模块以及门禁模块。硬件框架的模块如图1所示。

摘要：文中以地方高校物联网专业建设为主要目标，探讨该专业在建设过程中实践教学体系建设存在的主要问题和难点。结合本校实际和专业需求，提出了以理论课程实验与开放环节相结合为基础，以课程教学和专业竞赛强化推动为过程，学校理论教学体系与企业实训结合为抓手的专业人才实践体系建设思路。经过几年的摸索和实践，基本建立了一套实践教学体系，取得了一定的成效。

关键词：物联网；人才培养；实践教学；物联网专业；高校；教学体系

0引言

近几年随着教育部提出“全面振兴本科教育，大力发展新工科、新医科、新农科、新文科”的总体指导方针，加强了大数据、人工智能、机器人、物联网等新兴领域急需专业的审批和建设力度。国内高校对大数据、物联网等新专业申报和建设热情迅速升温，大批新专业快速涌现，我校也于2010年开始了相关新专业的探索和实践，先后在计算机科学与技术专业中开设“嵌入式专业”“物联网专业”等特色专业，以此为基础，2014年经教育部门批准正式开设物联网工程专业。虽然经历了专业从无到有，办学思路从模糊到逐渐清晰，课程体系不断改进的过程。但是物联网工程专业作为一个跨学科的新专业，其具有“专业新、对应产业链长、相关技术门类差异大”的特点。由于该专业涉及学科包括通信、电子、计算机、控制、检测等多个学科门类，原有的单一学科师资力量很难满足该专业的教学需求。作为新专业，还面临配套教材和实验条件也比较缺乏，实验环节衔接较差，实践教学体系无法满足人才培养需求等问题。经过几年来的教学实践和探索，以及借鉴各类高校在该专业实践教学中的成功经验，我校物联网工程专业在实践教学体系方面积累了一定的经验，也取得了一定的成果，形成了自己的特色。本文将以物联网工程专业实践教学体系建设工作为重点，探讨未来该专业的人才培养工作和专业建设。

1教学体系为核心的实验教学环境建设

专业人才培养的基础还是学科和相关理论知识体系建设，因此，抓好理论教学和知识的传授仍然是重中之重。作为一个新的专业，跨学科的理论和实践环节需要有一定的实验环境，因此，相关实验室的建设是首要任务。由于原有专业以计算机科学为主要内容，新专业的建设在实验条件方面面临比较现实的问题：一是原有实验设备较陈旧，跟不上快速发展的专业需求；二是专业课程中的非计算机学科的实验条件严重缺乏；三是相关专业课程的教师缺少必要的实践经验以及实验设备不够成熟等一系列问题。根据这些实际问题，本文主要围绕以下几个方面开展了实验教学环境的建设。

1.1基础实验室建设