智能实验室管理设想

智能实验室管理设想（共7篇）

智能实验室管理设想 篇1

0 引言

随着计算机应用的普及, 数字化、信息化、网络化的实验室管理手段逐渐得到推广和应用, 国内的高等院校也普遍建设了开放型实验室, 学生可以通过网络等方式进行实验预约, 在一定程度上对实验室管理实现了数字化、网络化, 提高了实验室的管理效率[1,2,3,4]。但是仍要看到实验室的管理方面还有很多不足, 如实验的具体开出时间、参与实验的指导教师和学生姓名人数、实验装置的使用情况等仍需人工进行记录统计, 工作繁琐、方法落后, 因此结合实验室的实际应用需求, 研究设计了基于校园卡的实验室智能考勤与管理系统。该系统利用已在大学校园里普遍使用校园卡 (一卡通) 完成实验考勤、实验开出时间、设备利用情况、指导教师姓名等信息的自动记录保存, 方便进行相关信息的统计查询, 提升了实验室管理水平, 促进了高校实验管理的规范化、科学化、现代化。

1 实验室智能考勤与管理系统方案设计

1.1 系统构成

本系统由智能终端 (下位机) 和智能管理软件 (上位机) 两部分构成, 如图1所示。在每个实验台位安装一台智能终端, 实验学生在开始实验和完成实验时在智能终端上刷校园卡, 智能终端自动将实验学生卡号 (学号) 、姓名、开始时间、完成时间、实验台号、实验设备状态等各项数据, 通过Zigbee无线通讯将数据传输至上位机, 上位机的管理系统软件完成各项数据的自动接收、记录、存储, 以及进行有关数据查询、生成打印报表等工作。

1.2 智能终端

如图2所示, 智能终端硬件结构由MCU及存储器部分、RFID读写部分、Zigbee无线通讯部分、人机接口部分及数据采样部分等组成。

由于智能终端所需处理的数据量不大, 对数据的实时性、数据处理速度等要求不高, 因而MCU微处理器采用基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器ATmega16。

RFID读写功能采用MF RC500S032实现[5,6,7]。MF RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念, 完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500支持ISO14443A所有的层。内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线 (可达100mm) , 接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路, 用于ISO14443A兼容的应答器信号。此外, 它还支持快速CRYPTO1加密算法用于验证MIFARE系列产品。采用并行接口可与8位微处理器方便的直接连接, 为读卡器终端的设计应用提供了很好的便利性。

学生凭校园卡在读卡器上刷卡, 读卡器可以读取校园卡内学生的基本数据, 如学号、姓名、所在院系、专业、班级等, 对收费性场所如计算机机房、图书馆电子阅览室等可以读取卡内存储金额, 并根据使用时间自动完成扣费的读写操作。

智能终端将获取的学生数据和与实验相关数据 (如设备编号、开始实验时间、完成实验时间、设备运行参数等) 与上位机采用Zigbee无线通讯模式进行数据传输。Zigbee是一种目前广泛应用的无线连接技术, 具有低成本、低功耗、低复杂度的特点, 适合低传输速率、近距离的设备联网应用的通讯模式[8,9,10]。Zigbee标准基于802.15.4协议栈建立, 具有强大的设备联网功能, 支持三种主要的自组织无线网络类型, 即星型结构、网状结构和簇状结构, 特别是网状结构, 采用多跳式路由通信, 网络容量大, 可以跨越很大的物理空间, 适合距离较远比较分散的结构。Mesh网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能, 网络的所有实体只要在通信范围之内, 都可以互相通信。如果没有直接通路, 还可以通过“多级跳”的方式来通信, 该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络。利用Zigbee自组网特性可以实现在整个实验空间的数据传输链路, 满足组建无线数据通道要求。

智能终端的Zigbee无线通讯模块采用基于FREESCALE半导体的MC13213产品。MC13213是第二代标准Zigbee无线通信平台, 集成了低功耗的2.4GHz RF收发器、8位微控制器和60k B的闪存, MC1321x解决方案能在简单的点对点连接到完整的Zigbee网状网络中用作无线连接。MC1321x中的RF收发器和802.15.4标准兼容, 包括了低噪音放大器、1m W的RF输出功率、带VCO的功率放大器 (PA) 、集成的发送/接收开关、板内电源稳压器, 以及全扩展频谱的编码和译码。MC1321x中的微控制器是基于HCS08系列微控制器单元, 具备高达60k B的闪存和4k B的RAM。

数据采样部分可以根据实际使用场所需要设置, 用以对实验装置的各项工作状态参数, 如工作电压、电流、温度、故障信息等各种参数进行测量监视。

2 智能管理软件设计

智能管理系统软件部分的基本功能设置如图3所示。

智能管理系统软件利用Visual Basic 6.0编程实现, 软件的后台数据库选用Access数据库[11,12]。Visual Basic是微软公司开发的编程设计软件, 也是基于Windows操作系统的可视化编程环境, 可以在较短时间内开发出专业的管理系统软件。实验室智能考勤与管理系统软件各部分功能设置及实现方式介绍如下:

(1) 系统登录管理模块。智能管理系统的登录由实验指导教师在每次实验时凭个人登录号和密码登录, 登录后进入实验项目选择, 之后系统自动将指导教师的工号、姓名、实验日期、时间起止、实验项目等数据保存在“教师指导情况数据表”内, 便于学期末进行统计管理。

(2) 通讯参数、模式设置模块。该模块用于设置上位机管理系统软件与下位机的通讯协议各项参数, 实现对下位机数据的自动接收、终端显示及完成数据存储工作。通讯模块程序实现是利用Visual Basic6.0的MSCOMM控件编程实现[13,14]。MSCOMM控件通过串行端口传输和接收收据, 为应用程序提供串行通信功能。通过设置该控件的属性、方法, 设置串口通讯参数, 如串口号、通讯波特率、校验位、停止位等, 实现上下位机的通信。图4所示为设计状态下的通讯窗口, 运行时, 利用窗口的text框控件可以实时显示各智能终端的上传数据, 用以判断通讯是否正确。

(3) 学生实验情况数据表。学生实验数据表用于记录实验学生的相关信息, 包括学号 (卡号) 、姓名、院系、专业、班级、实验装置编号、实验日期、实验起止时间、实验项目以及收费情况等数据。

(4) 实验室设备数据表。实验室设备数据表用于记录保存实验设备的有关信息, 包括设备编号、型号、生产厂家、购买日期、性能情况、各次维修记录等各项数据。

(5) 教师指导情况数据表。教师指导情况数据表用于记录教师的实验指导记录, 包括教师工号、姓名、指导日期、实验起止时间、指导实验项目名称、规定学时、实验情况记录备注等数据。

(6) 查询及统计报表生成模块。该模块功能提供各种实验相关的信息查询和报表打印功能, 可以根据实验时间、学生姓名或学号、学生班级、教师姓名或工号、设备编号等提供查询信息及生成各类报表。

(7) 数据安全与维护模块。为确保数据安全, 系统软件设计了自动备份、手动备份、手动恢复以及压缩数据库功能。数据备份设计了自动备份和手动备份功能。自动备份是在系统运行时, 每隔一定时间自动将相关的数据文件保存到指定路径下, 间隔时间和保存路径由工作人员提前设定 (默认为1天备份1次) 。手动备份是由工作人员手动操作, 将数据库文件拷贝到其它的存储设备上, 如移动硬盘或U盘等设备。

3 结论

实验室智能考勤与管理系统充分利用了校园师生人手一卡的基础条件, 以Zigbee无线通讯方式实现智能终端与管理系统上位机的数据传输, 系统能够方便地实现查询及打印学生实验考勤功能、教师指导实验统计功能及设备使用历史记录功能等, 实现了实验室管理的自动化、数字化、规范化、网络化, 实现了无纸化实验办公。系统测试结果显示其具有良好的稳定性, 能够很好地满足现代实验室管理的要求。该系统硬件装置和软件还可以根据需要用于机房管理、大型重要实验设备管理及上课考勤等场所。

摘要：为提高实验室管理效率, 科学管理实验设备, 快速方便地完成考勤工作, 设计了一种基于校园卡的实验室智能考勤与管理系统。系统由智能终端和上位机管理系统软件两部分组成。智能终端以ATmega16为核心, 具有RFID读写、LCD显示、Zigbee无线通讯等功能模块, 与上位机采用Zigbee无线通讯方式完成各种数据传输。管理系统软件可以完成通讯参数设置、各项数据的存储、查询及报表打印等功能。系统具有良好的稳定性, 能够很好地满足现代实验室管理的要求。

关键词：校园卡,考勤,RFID,Zigbee,数据库

高校实验室智能管理系统的设计 篇2

当今,全国高等教育教学改革正在深入进行,各个高校更加注重对学生实践能力和创新能力的培养,于是很多高校相继建立了专业性开放实验室,这给学生的专业实践学习带来极大方便的同时,也给学校的实验室管理带来新问题。实验室开放后,由于实验人员多数在课余时间做专业实践的学习,同时各个学生所研究的内容不统一,这给学校的实验室管理人员带来很大不方便,也制约了学校实验室的建设与发展[1,2]。因此,本文在分析以上背景基础上,提出一种基于RFID技术的实验室智能管理系统,该系统可以完成门禁自动控制和电源自动控制,着真正实现了实验室无人看守及全天候开放式管理。本文主要介绍硬件部分内容。

1 实验室智能管理系统

本实验室智能管理系统硬件部分主要分为信息读取模块、数据通信模块和单片机控制模块。本系统的信息读取模块是基于RFID技术。这里通过读取射频卡,把学生信息读取到单片机里面存储,之后通过无线传输模块把相应的信息传送给上位机(控制中心)进行存储。上位机根据信息的内容进行处理,分配实验台,相应发出控制命令给单片机控制模块,该模块根据相应的指令打开门锁以及闭合或断开实验台的电源。最后这些信息都显示在LCD显示器中。

1.1 信息读取模块

学生信息读取模块,这里包括TX522射频读写模块、信号转换模块。TX522BT射频读写模块可以设置为自动寻卡方式,上电后不需要任何指令,就可以检测测量范围内的Mifare卡,并主动通过串行通信接收发送接口发送卡号,而且可以和任意带有UART的单片机相连[3]。本次设计采用STC的51单片机,射频模块与其单片机的RXD与TXD相连即可。

信号转换部分,除了传递射频部分的卡号,还包括时间的读取,这里用到DS12C887时钟芯片。此模块把接收到的学生信息与产生的时间信息都传送给无线发送部分中。

1.2 数据通信模块

这里主要有2种数据通信。一种是射频部分的学生信息与产生数据的时间信息,通过无线发送装置传送给上位机的无线数据接收装置,最终传送给上位机,也就是控制中心;另一种是控制中心根据判断机制,采取分配实验台、关闭实验台和实验台满等行为。这些行为通过相应的指令传送给单片机控制模块,单片机控制模块根据其指令执行相应的操作。此部分通信采取RS-485通信协议,实现远距离的数据传输。

首先,无线通信装置采用n RF24L01,其工作在2.4GHz至2.5GHz的ISM频段。无线收发器包括:频率发生器、增强型“Schock Burst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。n RF24L01无线通讯模块几乎可以连接到各种单片机芯片,并完成无线数据传送工作。本设计可以把此芯片与单片机I/O口相连。单片机可以通过编程模拟SPI协议与无线收发器进行数据交换。需要注意的是通过查询方式进行检查是否接收到信息,发送信息先检查通信模块内部寄存器状态,再进行发送,防止数据冲突。上位机接收端仍然采用n RF24L01无线通信模块进行数据的接收。数据接收由单片机从n RF24L01无线通信模块的寄存器读取。通过单片机的UART口经过电平转换芯片MAX232传输到上位机。

其次,控制中心和各个实验台终端以及门禁系统的通信采用有线传输。这里采用RS-485通讯协议,实现中心计算机与各个终端单片机的远距离串口通信。这种通信距离长达1500m,抗干扰能力强。

1.3 单片机控制模块

此模块主要包括单片机最小系统与显示部分。其中显示部分JM12864液晶来显示学号、上下机时间,实验台号与实验台满信息,同时此模块接收上位机命令控制电子锁与相应实验台的电源的开关,真正地实现了实验室的智能管理。这里单片机I/O口不够用需要进行I/O口扩展,各电源通断用到继电器实现弱电控制强电通断。同时在某实验台超时的情况该控制模块能够自动切断所对应实验台电源,并通知上位机进行修改时间。

总体系统结构图如图1所示。在图中有相应的信息读取通信模块、控制中心、各个终端单片机控制模块。

2 整个系统工作流程设计

当学生进入实验室的时候,学生先刷卡,通过射频读卡器读取学生的学号信息,同时单片机读取DS12C887的内部存取单元的实时时间,连同学号信息通过n RF24L01无线通讯模块发送给上位机;上位机侧的n RF24L01无线通讯模块接收到数据后,由上位机侧的单片机读取,通过单片机的UART传送到电平转换芯片MAX232,传送到上位机。

上位机管理软件先判断此学生信息是否为当前活动信息,如果是,则在当前活动信息删除,增加至完成信息,显示下机时间,实验台断电;如不在,则判断实验台是否有空余,没有空余,则显示实验室满,若有空余,控制中心软件则随机安排实验台,同时发送指令给各个终端实验台和门禁系统,通知开门与接通实验台电源。在门禁系统处有LCD显示实验台号和上机时间等信息。各终端单片机模块有计时功能,电源接通3小时以上,实验台自动断电,并通知上位机删除信息。如延长实验,可以通过控制中心手动设置。

3 结语

随着科学技术的发展,本文所设计的实验室智能管理系统打破了传统实验室管理方式,更加符合开放式实验室的管理要求。本设计利用RFID技术,推进了开放实验室管理系统的智能化,提高了管理效率。通过实物的开发与测试,基本实现了本系统的功能。通过验证与分析,本设计还需进一步完善,如:多实验室管理扩展、数据加密和控制中心软件功能完善等。本文应用RFID技术只是此技术领域的冰山一角,今后要利用RFID技术开发更多有价值的产品。

摘要：文章针对高校中实验室管理的实际情况,把RFID技术引入到实验室管理系统。此系统可以实现门禁自动控制和电源自动控制,满足了开放式实验室管理要求,真正实现实验室无人看守以及开放式管理。

智能实验室管理设想 篇3

在实验室智能管理系统中,核心设备是实验室智能管理控制终端,综合目前的研究状况,有以下两种备选方案:

第一,使用机房的教师机作为智能管理系统的控制终端。随着近几年智能控制网关技术的发展和应用,促使电脑能够通过Internet对智能管理系统进行控制。但是,使用这种控制方式存在一定的缺点,譬如只能对实验室进行固定的控制,不能方便、便捷的移动控制终端。

第二,使用手机或平板作为控制终端,使用手机通过无线网络对实验室进行方便、快捷的管理。但是目前采用这种方式控制实验室的系统还不是很普及,其大部分操作复杂,没有给用户带来良好的体验。本研究主要使用手机作为控制终端,提出一种更为合理和便捷的方案。本设计主要思想如下:

1) 移动终端控制系统主要是使用当前最流行的Android系统进行设计,为了使系统具有良好的兼容性和可拓展性,因此使用支持组件重用以及SQLite数据库。

2) 在实验室内部通过本地局域网,这样就不用连接Inter⁃net就能够控制实验室内部的设备。

1 系统总体设计

本文所设计的实验室智能管理系统主要包括Android移动客户端和固定控制网关两部分组成。智能手机或者平板控制终端,安装控制程序以后,管理员可以通过手机或平板将控制程序发送到控制网关。手机或平板的操作指令主要是通过控制网关转发到实验室设备,与此同时控制网关将实验室设备的状态信息回发到手机或平板上,这样就有利于管理员对实验室设备运行状态进行实时监控和管理。

如图1 所示为系统总体结构示意图。其主要工作原理是智能手机或平板通过WIFI连接到公共网络,而控制网关通过以太网连接到公共网络,公共网络中的无线路由器同时连接WIFI和以太网。当管理员在智能手机或平板上进行操作后,操作指令通过无线路由器发送到控制网关。控制网关接收操作指令后,将操作指令转发到实验室设备。实验室设备接收操作指令,执行相关功能,并将设备状态信息返回到控制网关。控制网关收到设备状态信息后,通过无线路由器将状态信息转发到智能手机或平板,从而实现智能手机或平板对实验室设备的操作控制。

2 移动客户端设计

移动客户端控制系统主要包括用户界面、Socket通信、SQLite数据库。activities、services和providers等构成移动应用程序的多个组件,而且每个组件在应用程序中扮演着重要的角色,其他应用程序可以单独激活每个组件。

2.1 Android终端管理界面

如图2 所示为移动终端主界面。图中,按钮由上而下分别为设备配置、状态控制、系统配置、节点控制。点击设备配置按钮,进入设备配置页面,可以对设备进行配置IP地址,定时设置等;点击状态控制进入控制页面,可以对设备进行开关机、重启、待机等操作;点击系统配置进入系统配置页面,可以对本系统日期时间进行更改设置;点击节点控制进入节点控制页面,可以对各节点工作状态进行控制;

2.2 基于Socket通信

在网络编程方面,针对TCP传输,安卓提供Socket类与Server Socket类。针对UDP传输,Android提供Datagram-Sock et类和Datagram Package类。基于Socket网络编程相对来说是比较底层,其他应用协议是以此为基础而建立的。通过创建Socket对象,使其打开输入输出流进行通信。

2.3 数据库

本应用程序使用的SQLite数据库是Android平台内置轻便的数据库。对于SQLite的操作,Android提供了SQLite Data base和SQLite Open Helper两个类。SQLite Open Helper类提供两个方法on Creat()和on Upgrade( ) 对SQLite数据库进行创建和更新,提供get Writable Database ( ) 或get Readable Database ( ) 方法来获得数据库对象。SQLite Database类则提供一些方法,可以使用Creat、Delete、Update执行SQL指令、完成常规的数据库管理操作。数据库主要存储如下信息: 设备号,设备类型,各个设备的信息状态( 开关、是否在线等) 。

3 控制网关

本系统设计的控制网关采用易控云分布网络控制主机和易控云总线开关执行器实现。易控云分布网络控制主机可以从以太网口接收数据,把来自以太网的控制指令转发到易控云总线开关执行器接口,也可以接收易控云总线开关执行器传回的数据。易控云分布网络控制主机接口接收的控制网关实现了TCP /IP协议族,能够支持支持以下三种不同的网络连接模式:TCP _SERVER、TCP_CLIENT和UDP 。在TCP_SERVER模式下,控制网关等待控制终端请求连接。连接的主要目的是使数据能够在移动设备与控制网关之间进行传输。

4 结束语

通过本系统实现实验室智能管理和控制,可以随时随地掌控实验室设备的使用状态。

本控制系统采用智能手机软件与控制网关相结合的控制方式,相比其他的几种终端控制方式优势明显。同时,这种控制程序在Android操作系统上具有通用性和移植性,能在带有此类操作系统的智能平台上安装和使用,市场的应用价值高,易于推广。本系统所需硬件简单易用、稳定可靠,并且有较好的扩展性。

参考文献

[1]刘升华.JAVA从入门到实践[M].清华大学出版社,2009.9.

[2]蔡翠平.JAVA程序设计[M].清华大学出版社,2002.1.

[3]丁振凡.Java语言实用教程[M].北京邮电大学出版社,2008.1.

[4]马春燕,张涛.面向对象编程基础:Java语言描述[M].西北工业大学出版社,2010.1.

[5]曲朝阳.Java程序设计[M].北京交通大学出版社,2008.1.

[6]殷兆麟,张永平,姜淑娟.Java网络高级编程[M]北京交通大学出版社,2005.1.

[7]候俊,吴成东.基于Zig Bee的智能家居安全控制系统研究[J].机电工程学报,2009,26(1):69-70.

[8]彭建盛.基于Symbian平台智能家居控制系统的设计与实现[J].天津师范大学学报,2011(2):56-58.

[9]满莎,杨恢先.基于ARM9的嵌入式无线智能网关家居设计[J].计算机应用,2010,30(9):2541-2544.

智能调温床上用品的开发及设想 篇4

据相关研究资料表明, 当人体处于热平衡时, 感觉舒适的皮肤平均温度在33.4℃左右, 身体任何部位的皮肤温度与皮肤平均温度的差在1.5℃~3.0℃范围内, 人体感觉不冷不热, 超过±4.5℃范围, 人体将有冷暖感。

人在睡眠状态的体温要比清醒时低2℃左右, 据被窝温度为32℃左右、相对湿度50%、气流速度25cm/s的睡眠微环境最为标准, 也令人感到舒适, 能有效延长深度睡眠时间。被窝温度过高会导致身体流汗过多, 造成身体水分流失并滋生螨虫, 过低则会引起机体的自我保护, 都会干扰正常睡眠、降低睡眠质量, 其原理是因为人体入睡后的副交感神经抑制, 体温相对清醒时要低2℃左右却大致保持恒定。

2 智能调温床上用品的开发

2.1 Outlast智能调温纤维性能

调温纤维是一种双向温度调节保温材料。它在环境温度较高时具有吸热功能、在环境温度较低时具有放热功能。从根本上扩展了纤维原有功能, 属于新型“智能”纤维。

美国Outlast公司开发了智能调温功能的空调纤维, 使用能吸收储存和释放热量的热敏相变材料 (碳氢化腊) , 采用微胶囊技术, 将其植入纤维内, 制成一种新型的“智能”纤维-Outlast空调纤维。本项目是在Outlast空调纤维的基础上, 全面开发Outlast空调纤维纺织产品, 从纤维→纱→面料→服装 (床上用品) , 使最终的服装 (床上用品) 仍能保持一个舒适的温度的服饰小环境, 确保空调纤维服饰类产品的智能调温功能。在进行产品设计和开发的同时, 要充分考虑到产品的成本和市场的可接受性, 使产品具有良好的性价比和经济效益 (表1) 。

含有Outlast微胶囊的纺织品, 其温度可调节在舒适的范围内。Ouflast公司实验报告中指出:如外界温度变化时, 具有Outlast纤维的纺织品可以将温度控制在30℃~35℃。用Outlast智能调温纤维加工而成的床上用品、床垫、床垫, 要求产品的Outlast含量超达到400g以上, 纤维中的相变材料PCM可储存和释放能量, 将床上的温度和湿度保持在最理想的范围内, 让您安危入眠, 轻松进入甜美梦乡, 适应您对热量的需要减少过热和夜晚盗汗现象。

2.2 床上用品 (智能调温被芯) 的开发

由于Outlast腈纶型空调纤维具有很适合人睡眠时所需的温度调节范围, 因而将Outlast腈纶型空调纤维作为被子的絮料, 将高支高密纯棉纱面料作为被子面料, 这样棉被既具有很好的吸湿透气性, 防止纤维钻出面料起球, 影响被子的美观, 有具有理想的温度调节功能, 创造出较好的睡眠环境。Outlast腈纶型空调纤维是化学纤维, 不容易产生细菌和螨虫, 弹性好, 保暖性好, 被芯材料加工工艺流程短, Outlast腈纶型空调纤维受损伤的程度相对较轻, 并且纤维的使用量较多。所有智能调温功能发挥得更显著。使智能调温被外观高档雅致, 内在功能、品质独特。

3 智能调温床上用品新产品开发的设想

3.1 利用国产智能调温纤维做填充料降低产品成本

Outlast腈纶型空调纤维的价格在8万元/吨左右, 比起目前棉絮的常用材料多孔涤纶纤维贵5倍多。河北吉藁化纤有限责任公司开发出了出了纤维具有蓄热、放热双向温度调节功能的智能调温粘胶纤维“丝维尔”, 将含有热敏相变材料的微胶囊植入纤维内部, 是一种将相变调温材料技术和黏胶纤维制造技术相结合的高科技产品, 性能优良、用途广泛, 具有较好的可加工性, 其售价要比Outlast粘胶纤维便宜很多。此后, 吉藁化纤与相关单位联合发布了智能空调纤维纺织品的最新研究情况, 展示了我国在智能空调纤维领域的突破性进展。

北京雪莲羊绒股份有限公司与山西恒天新纤维科技股份有限公司联手研制出智能调温含锗保健型牛奶蛋白复合纤维, 为智能调温纺织品的开发也提供了另一种选择。

3.2 常用床上用品填充纤维的表面功能处理

由于被子一般不用洗涤, 通常采用晾晒等方式来达到对被子杀菌等的效果, 所以, 功能性被子开发中也可以考虑对被子填充料纤维功能处理。设计采用合适的工艺, 将具有智能调温功能的微胶囊整理剂均匀地喷洒到纤维表面, 从而使纤维具有智能调温功能, 能使产品的功能发挥得更直接, 提高智能调温的效果并降低成本。可以设想对常用于被芯的棉、毛、丝、化纤如对多孔涤纶、腈纶、丙纶纤维表面进行智能调温功能性处理, 以能更加便捷地生产功能性纺织品。

目前, 智能调温纺织品的开发仍处于起步阶段, 由于成本比较高。假如能将智能调温纺织品的成本大幅度降低, 调温效果更直接快捷, 相信其推广范围会越来越广。

摘要：本文从人体睡眠需要的舒适环境出发, 介绍了将智能调温纤维用于床上用品 (智能调温被芯) 的开发。为了降低被子的成本, 提出了几种比较经济可行的生产方式, 主要有国产智能调温纤维替代进口纤维, 采用常规纤维喷涂智能调温功能剂的方法来获得智能调温纤维, 再用这种功能纤维作被芯填充料, 并指出采用设想的方法可能要克服的问题。

关键词：智能调温纤维,智能调温被芯,舒适睡眠环境

参考文献

[1]董家瑞.Outlast空调纤维的性能及其应用[J].针织工业, 2007.

[2]王茜, 张红星.智能调温纺织品的开发与应用[J].现代纺织技术, 2011.

智能实验室管理设想 篇5

1 B/S模式

B/S结构, 是英文浏览器 (Browser) 和服务器 (Server) 结合的第一个字母缩写。目前电子商务正在兴起, 网上购物, 网上订票, 网上银行等新一类应用正在改变人们的生活。这种系统不关心客户的工作环境、地点等个人信息, 与传统的C/S (客户/服务器) 结构相比, 它不需要为客户安装前端应用程序, 不限制客户端的工作环境, 不需要程序员再针对客户机开发特定的软件, 也不需要客户端针对自己的服务下载多款软件来针对不用的平台进行单独工作, 因此系统得到了广泛的应用, 它彻底解决了C/S结构的软件的开发成本过高, 必须熟知客户端运行环境的缺点。此系统的的关键是在用户端安装统一的构建, 这种构建其实就是浏览器, 它的作用是连接用户计算机和互联网的接口, 并且随着网络的不断发展, 程序和数据在哪已经不那么重要了, 只要有它的URL就可以使用了。

综上所述, 在这种结构下, 客户机只要安装任意一款浏览器软件, 如Netscape Navi-gator软件或微软公司的Explorer软件等即可, 在服务器上只要安装一款数据库软件, 如:SQL Server等数据库即可。浏览器通过网络进行数据交换, 用户端通过登陆网络实现自己的某一服务。界面完全通过浏览器实现, 一部分事务逻辑在前端实现, 但是主要事务逻辑在服务器端实现。B/S结构的最大优点是将原来必须使用复杂软件和不同环境运行不同软件才能实现某一网络服务事件变得非常简单, 因为这种结构使用了当前流行的网络技术、编程语言和Active X技术相结合, 在客户端只要登陆网络就可实现自己的需求。这样节约了客户端硬件资源。随着Windows 7/Windows 8操作系统功能的不断强大, 并不断的改进操作系统的植入功能, 这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构。

通过以上描述可以看出B/S有非常多的优点:1) B/S模式不需要占有客户端更多的硬件, 只需安装一款浏览器即可。这样用户的界面简单, 通用性强。2) 由于各种代码都有服务器集服务器于一身, 管理和维护简单易行。如果B/S版本升级, 只需在服务器端编写程序即可, 与客户端无关。3) 对于B/S软件的开发, 其程序简单, 并且在应用时, 客户端只有单一界面, 只要识字即可会用, 无需培训, 大大节约了推广软件的成本。4) 对客户端的运行环境无要求, 弹性大, 客户可以使用任意一款设备和服务。5) 通用性强, 采用通用的标准和协议。6) 可继承性, 客户在使用这种结构时无需更换自己的设备。

2 管理平台预约模块的设计

预约选课系统是智能实验室管理中的重要组成部分, 这部分模块完成两部分任务, 一部分是学生必修实验课时安排的相关预约, 另一部分是开放实验室的预约, 其中第一部分是学生必选的内容, 学生可以根据课表的查询上课的时间段, 自行预约安排自己的上课时间。第二部分实验室利用课余时间开放的安排, 这部分是学生自愿在自己的课余时间为了更好地学习课程内的知识、或做一些电子创作、辅助教师搞一些科研项目、进行大学生科技创新项目等进行一些课外课程, 这些课程本着为学生开拓实践应用方面的思路, 培养学生的创新技能为原则而设置的。因而为了完成这两部分内容, 本系统共有三个小系统:排课系统、上课预约系统和审核调整系统。

2.1 系统各系统功能

在完成本系统时首先就是数据初始化, 它是为学生和实验教师服务的, 在学生方面, 主要完成学生需要的课程信息, 如:学生的选课时间、地点、授课内容等。在这个界面上, 需要设定实验项目名称、三个选择键包括:选择、取消、重选和查询自选结果等, 同时还可以在这个界面上设置自己的密码及系统的使用说明等。对于教师来说, 主要为教师提供学生的选课信息和自动排课功能及调整学生选课时间并及时发布信息通知到学生等。具体操作如下:

学生在每个学期有培养方案规定的必修课, 这些课中有些课程自身带实验课程, 这种课系统根据培养方案自然确定, 学生自行预约和查询, 系统无需做过多复杂处理, 只需根据学生需要安排调整即可。系统主要是查找空闲实验室时间和实验室地点进行开放实验和创新实验的课时编排, 服务学生。学生在进行自行实验时可根据自己一卡通的卡号和密码登陆此系统, 由于学生的卡号和密码是不对外公开的, 避免了其他人登陆到自己的界面, 篡改自己的信息, 实质这个过程是学生身份的确认。学生登陆到系统进行选课时, 不再受时间、地点、实验项目和实验指导老师的限制, 可根据自己的需要自行选择。如果学生在选择实验课时与其他同学的发生矛盾时, 系统会提示学生, 并允许学生重新选择, 学生可以在任意时间、地点查询自己的实验信息。同时如果实验内容和地点有变动, 会发布的网上信息栏中, 便于学生查看。这样极大的方便了学生和教师。

排课系统的功能:这个系统是服务于教师的。它包括实验项目、所需学时数、课程性质是必选还是选做、指导教师姓名等学生所需的各种信息, 为了提高实验室的利用率, 最大限度的满足学生的需要, 还要给出实验地点、分组人数等等。并将这些所有信息进行初始化设计, 根据教师和学生的不同需求生成各种信息表格。同时还必须提供查询功能, 为学生提供网上查询实验成绩的需求。

上课预约系统的功能:学生登录到系统后进行各种实验课表的调用, 并能提供实验时间表, 为学生预约提供保障, 在学生预约冲突时, 有校验和提示功能。

审核调整系统的功能:对排课系统和学生上课预约系统生成学生预约实验安排表格和实验排课课表进行核对, 发现数据冲突时做出及时调制, 一是调整学生的时间, 并通知学生, 二是进行信息反馈, 要求学生自行调整自己的实验时间。

实验前如果遇到特殊情况如:实验室临时停电或设备损害, 维修中等需要进行实验的调整或更改的都会及时通知学生或将信息公布在信息栏上, 便于学生自行查询。

1) 学生登陆预约实验时, 首先用自己的一卡通登陆用户界面, 只要卡号和密码正确, 有实验需求的学生都可以随时随地预约, 系统提供空闲的实验室的时间段和空闲位置数, 学生的预约必须符合实验室的总体安排。在学生预约成功后, 系统自动生成学生的实验课表。

2) 根据学生的选实验信息、教学班课表、教学班信息、教学进程表、实验室安排表系统进行预排和审核调整建立学生实验安排表, 公布在网上实验室管理人员和选实验课的学生可自由查询, 同时以短信的形式通知学生和相关人员。

2.2 系统数据设计

在本系统数据库设计中根据系统的需求和数据库理论的共同要求, 需要设计一定数量的表格, 并且这些表格的数据形式要随着学期的不同而需及时进行必要地更新。根据本系统设计的流程图, 则需提供数据有:学生基本情况表、学生选实验信息、教学班课表、教学班信息、实验信息、实验室安排表等, 表格内容信息如图1所示

3 结论

通过此系统的设计, 可以实现学生通过校园网预约实验课、查询课程的相关信息, 同时一旦出现意外情况, 如停电、实验室检修、设备更换等, 可及时通知学生, 彻底解决了实验资源少, 实验教师少的问题, 同时能使实验资源充分合理的运用, 这样一方面对学生必修课程进行有效地管理, 同时又有助于开放实验管理, 把实验室资源充分利用和协调起来, 如可用于大学生创新项目、辅助教师搞科研、电子设计等方面, 另一方面解决教师少的问题, 此系统应用后, 几个实验室可以共同用一个值班教师, 教师可根据网上记录来做一相关的事情, 如考勤等。与此同时实验室资源的利用率高, 设备损耗就非常严重, 在仪器检查上应引起高度重视, 在仪器故障问题上必须设计报警信息, 这样可以得到充分的检修。

参考文献

[1]徐勇, 王正聪.实验室技术队伍建设研究的内容分析及其实践[J].实验室研究与探索, 2009, 28 (11) :213-215.

智能实验室管理设想 篇6

1 物联网技术

互联网在最近几十年飞速发展,其已经应用在了各行各业当中,越来越多的企业、学校、家庭离不开互联网的使用。为了满足不断增长的市场需求,不断符合社会发展的进程,智能化、便捷化的物联网在互联网的基础上应运而生,物联网技术是在互联网技术、电信技术和IT技术基础上融合产生。就国内而言,对于物联网的定义为:通过射频识别技术、红外感应、蓝牙等信息技术传感器,根据指定的协议,把我们需要用到的任何物体与互联网进行连接,然后进行通信和数据交换并达到智能化识别、监督和管理的一种网络。也就是说,通过感应系统,对于实物进行感知,感应系统与互联网连接,把感应到的东西与互联网交互,实现信息的交换,实现智能化的要求[1]。

2 系统的框架结构设计

2.1 全面的感知

计算机实验室管理系统为了方便管理,对于各种信息、出现的问题能够及时分享和解决,就必须对所有的计算机成员安装基于蓝牙、红外以及无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术的传感器,实时地交互各个计算机的信息,实现对每台计算机的监控。就目前而言,很多机房开始研究Zig Bee通信模块,这种模块最大的优点就是低功耗、低速率、低成本以及复杂程度低,可以完全实现双向无线通讯,完全可以满足计算机实验室的智能化管理[2]。

2.2 智能化处理

对于数据,我们一般会在应用层进行智能化处理,这样对于数据的处理更加方便、高效,通过各类搭载Web浏览器的终端设备的应用层,用户要想对实验室管理系统进行管理和控制,只需要通过Web浏览器访问相应站点来实现。系统框架总体机构如图2所示。

2.3 可靠的传递

对于信息的采集,我们前文也已经说到,依靠传感器等感知设备来采集信息,通过物联网来保存到电脑之中。然后通过网络来进行信息的传递和共享,实现真正的信息交互,这些功能的实现,必须还要依靠一台数据库服务器和Web站点服务器。数据库服务器的作用主要是与传感器等感知设备进行数据交互;对于Web来说,主要是把交互到数据库管理器的信息发布到局域网或园区网上,实现信息的传递和共享。对于很多学校计算机实验室来说,可以实现信息的共享,让学生更加直观、更加高效地学习各种知识,了解各项试验数据,对于试验有一个直观的认识。

3 设计原则

整个计算机实验室管理系统的设计应该遵循的原则[3]:

(1)先进性、整合性原则。在物联网的基础上,实现机器之间、人与机器之间、机器与网络之间的互相联系,这样可以大大提高整个系统的先进性、实用性,大大提高了整个系统的效率。同时,这种形式大大提高了智能管理水平,实现了实验室群组管理理念。

(2)可扩展性原则。对于当前的系统管理,要开放性管理,跨平台应用,这样才能提高整体控制的多样性,大大提高控制能力。

(3)安全性原则。学校管理系统也是非常重要的内部系统,要大大提高安全性能,提高可靠性。

(4)实用性原则。对于系统的设计,要根据老师和学生的需求,具体情况具体分析,要以教学为目的,讲求实用。

4 功能设计

4.1 门户网站

任何网站,甚至各个企业都需要一个门户网站,门户网站不仅可以起到发布信息,宣传主题功能,还是整个系统的注册和登录认证平台。门户网站是一个门面,极大地展现了实验室或教学管理的内涵,同时,也是一个组织的外衣,是一个形象的展示[4]。

对于学校来说则是“应用导航”的设立目的,让师生可以明确自己的任务,直接根据提示获取所需要的资料。同时,具备信息发布功能的门户网站,不仅是学校公布最新信息的地方,还能使师生了解学校的规章制度以及各项活动的举办情况,是整个学校的信息门户。

4.2 开放预约管理系统

预约,是学生或者老师进行某种试验或者需要学校配合的某种项目进行的提前预订。系统支持两种开放预约的形式,一种是集体预约,另一种就是个人预约,如果个人预约与集体预约发生冲突,那么集体预约优先于个人预约[5]。

4.3 实时监测和智能控制系统

计算机实验室作为公共财物,设备的安全、准确、可靠是实验室必须具备的条件,是保证学生学习、试验的根本,所以,智能监测和智能化控制系统是保证试验正常进行的根本[6]。整个计算机实验室依托物联网技术,对实验室内部的供电、安防、消防等方面进行全方位的控制和检测。

5 系统的主要流程分析及实现

对于传统的计算机实验室管理系统来说,主要是基于B/S或C/S架构,这是传统的基本方法。在以前,如果想要对计算机实验室进行视频监控、门禁、温湿环境检测等方面进行管理的话,必须配套各项专门设备[7]。

实现物联网功能,必须配备一台数据库服务器和一台Web站点服务器,把整个机房内的所有仪器设备连在数据库服务器上,例如一些基于红外、蓝牙以及RFID技术的各种传感器设备,因为只有安装这些传感器才能检测各个机器的各项情况,以及收集他们的各项数据和信息[8]。

6 结语

基于物联网的实验室智能控制系统的设计,要把握好设计原则,以教学为目的,提高实验室的智能管理水平。同时,对于实验室各项性能要严格监控。设备之间的智能连接对于设备的维护和维修都有重要作用。

参考文献

[1]陆江东,戴卓臣,郑奋.基于物联网的智能计算机实验室管理系统[J].电子设计工程,2013(21):44-45,48.

[2]张民垒.基于物联网的实验室管理系统的设计与实现[D].大连:大连理工大学,2015.

[3]张海江.物联网情境下的开放型实验室智能安全管理系统设计[D].天津:河北工业大学,2015.

[4]刘江豪.基于物联网的开放实验室智能感知系统与嵌入式网关设计[D].江门:五邑大学,2014.

[5]王慧渊.基于物联网技术的智能实验室的研究与实现[D].杭州:杭州电子科技大学,2014.

[6]孙梯全,李延标,田俊杰,等.基于物联网的实验室智能管理系统的构建[J].课程教育研究,2014(36):235-237.

[7]徐尉.基于物联网的智能节能与智能交通关键技术的研究与应用[D].南京:南京邮电大学,2013.

“高效课堂”实验研究设想 篇7

我校是一所九年一贯制的学校, 学生人数多, 班额大。学生的学习习惯和学习品质良莠不齐, 同时, 传统的教学方法严重束缚了学生主体能力的发挥, 从上课到下课, 始终处于被动的状态, 学生的学习主动性与积极性调动不起来, 教学效果也受到影响。为了改变现状, 优化课堂教学, 提升教学质量, 促进教师的专业成长, 根据我校实际, 准备开展“优化课堂教学组织结构”的实验研究。

[提出的依据及意义]

1. 政策依据

《基础教育课程改革纲要》指出:“要改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状, 倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手, 逐步实现教学内容的呈现方式、学生学习方式、教师教学方式和师生互动方式的变革。”这一重要文件, 为本实验研究提供了有力的政策依据。

2. 主体性教育的理论

主体性是指人在活动中所表现出来的自主性、能动性和创造性。教育的根本目的在于发展人的主体性, 也就是要培养乐于学习和具有自主学习能力的人。

[研究目标]

1.激发学生的学习兴趣, 强化学习习惯的培养, 形成学生的内部动力机制, 使学生想学习。

2.指导学生学习的方法, 使学生能学习、会学习。

3. 打破以往“先教后学、课后作业”的教学主线, 优化课堂教学组织结构, 实现高效课堂。

[实验内容]

1.课堂教学组织结构基本模式循环图

2.关于优化组织结构的设想

(1) 抓实教学组织效果

(1) 要十分重视教学组织环节, 提高课堂教学效果的重要作用。

(2) 要使学生认识到课堂教学对学业提高的重要性 (特别要注意成绩好的和成绩较差的两极的学生状态) 。

(3) 要通过小组评比、评价、欣赏、惩戒、个别简短谈话等多种形式 (切忌简单粗暴) , 使学生感觉到教师的关心和关注。

(4) 要认真总结教学组织方面的经验, 提高教学组织能力, 使师生在课堂上保持良好的合作关系。

(2) 抓学习互助建设

(1) 拓宽教师的时间和空间, 努力使教师成为“千手观音”。

(2) 展现好学生, 激发学生的兴趣。

(3) 增进同学友谊, 期待“近朱者赤”的效应。

(4) 表彰互助小组, 造就“荣誉共同体”。

(5) 教师要对互助小组进行实时监测与指导。

(3) 预习要求效果

(1) 既能发挥学生的主体作用, 也可促进良好习惯的养成, 更是提高课堂教学效果的需要。

(2) 上一节课结束时, 作业与预习同时布置, 针对学生的情况使预习要求具有层次性, 且具体明确。

(3) 开始上课时, 互助小组检查、教师抽样检查、学生自选答问。

(4) 抓问题引导

(1) 新课导入时的问题引导。可以是预习要求的问题, 也可以是有关新授知识的问题, 以激发学生求知欲望。

(2) 课中规律、方法探索发现的问题引导。问题引导应有梯度、有明确的目标性。

(3) 思维能力训练和解决实际问题方面的问题引导。

(5) 抓任务驱动

(1) 任务的设置要有层次, 使学生有选择性, 让所有学生都可以“跳起来摘桃子”, 另外, 要给学生充足的时间。

(2) 教师有目的地进行巡视指导, 发现问题, 并进行个别指导和点拨。

(3) 采取评价激励的办法, 鼓励学生战胜困难, 感受收获成功的喜悦。

(6) 抓精讲点拨

(1) 教师讲授时间的限定, 原则上不超过20分钟。

(2) 教师讲解知识形成的过程和关键点, 思维能力训练的程序与方法, 知识点的联系与区别;讲解知识综合运用思维方法, 解决实际问题的思维程序与学科方法;点拨思维方法方面存在的共性问题。

(7) 抓作业实效

(1) 作业要适度和适量, 形成“作业超市”, 使不同的学生均有选择性, 让他们充分发挥自己的能力动手、动脑。

(2) 作业要有明确的目标性、典型性和思考性, 切忌随意布置作业。

(3) 抓好作业检查和订正, 可借助学习互助小组的力量帮助教师进行落实。

[研究对象]

1~9年级部分教学班的全体学生。

六、研究方法

1.调查法2.文献研究法3.行动研究法4.比较分析法5.经验总结法

[评估内容]

1.学习理论笔记。

2.备课、听课、评课及交流研讨的观点记录。

3.学生学习兴趣、态度、习惯的变化和学生的问卷。

4. 课堂学生主动参与的情况及学生的作业负担。

5. 教师的工作负担。

6. 课堂教学任务“堂堂清”的效果。