高校智慧實驗室關鍵技術的研究

葉小英

（玉林師范學院 體育健康學院，廣西 玉林 537000）

1 高校智慧實驗室中的關鍵技術

1.1 傳感器技術

使用傳感器技術，可以感知并獲得外界信號，傳熱器技術在眾多領域中都有所運用。信息化技術的發展實際上就是計算機技術、通信技術與傳感器技術的發展。如物聯網借助傳感器獲取信息。傳感器的外部感知系統可在一定環境中讀取不同信息，即感知環境、設備等變化，然后向上層傳遞信號，上層設備依據獲取的信息會決定下一步該如何做。傳感器的種類較多，運用多個領域中，其中有敏感元件與轉換元件，如將大量模擬信號轉換成電信號，一次性完成信號的轉換。有的領域會為了達到某種功能，設計一些特殊的傳感器，這樣在信息轉換的時候則先轉換成模擬信號，然后再轉換成電信號，我們稱這種促使信號轉換的基本器件為敏感元件。傳感器內部根據性能變化的多種類型元件，即彈性敏感元件。轉換元件的作用就是將接收到的信號，利用內部轉換，變成電量。作為傳感器的核心元件，轉換元件是通過物理與化學特點設計完成的。隨著科技的進步，更多物理與化學性質被挖掘并運用到傳感器的設計中，因此傳感器功能愈加強大，其在多個領域中的運用促進了社會的快速發展。

高校智慧實驗室中的感知設備——傳感器，即運用多種形式，獲取實驗室內環境的各種參數，如安防系統中通過攝像頭拍攝實驗室中的環境影像、紅外感應對實驗室人員的進出進行管理、煙霧傳感器則判斷實驗室內是否發生火災、溫濕度傳感器則對實驗室內部的溫度與濕度進行檢測，以此監測其大型試驗設備的使用狀態，VOC 傳感器可檢測出實驗室內易揮發有機物的濃度，以此監測是否發生氣體泄漏問題。實驗室傳感器可以感知實驗室內部變化，對數據進行分析后，對實驗室設備發出控制命令。

1.2 RFID 技術

RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）技術的產生與發展是人類科學進步的重要體現，為人們的生活帶來很大便利，提升了倉儲管理效率。將其運用到高校智慧實驗室中有以下優勢：體積小、靈活多變、快速掃描、抗污染、數據記憶容量大、安全性高等。RFID 是一種基礎通信方式，通過無線信號，識別一些特定目標，然后依據識別內容，便捷讀取有關數據，無須機械接觸，通過無線電波就可達成數據的傳達。RFID技術發展較早，當下已處于無線識別技術的先列，利用掃描了解設備上標簽中的內容，然后傳輸數據［1］。如此，實驗室中設備上粘貼的微芯片標簽很重要，每個標簽都是一個獨立的、特定的ID 碼。掃描標簽通過無線傳輸交換數據，助實驗室使用者讀取商品的基礎信息。RFID 技術使用的無線識別系統，主要包括天線、計算機系統、閱讀機與電子標簽。RFID 標簽包括無源與有源兩種，前者是以電流感應的形式獲取信息后發送；后者則直接發送信號。

1.3 互聯網技術

互聯網技術起源于20 世紀60 年代，最開始該技術運用在軍事網絡中。互聯網的發展經歷了ARPANET 和NSFNET 網絡，三十年后商業領域才廣泛使用了NSFNET 網絡，實現了商業信息的傳輸。隨著發展速度的加快，互聯網又從商業領域向其他領域發展，使用者越來越多，互聯網技術被賦予新的內容。如今互聯網已經滲透到人們生活、工作的方方面面，在無形中推動社會的發展，為人類帶來積極影響。隨著科技的進步，無線接入技術有很大改變，促使互聯網架構向更規范、合理的方向發展。終端設備通過局域網、無線局域網、無線城域網、無線自組網、無線傳感器網絡等的使用，用戶端也發生了很大變化，如從計算機延伸到智能家電、手機、物聯網、智能監控等多個領域，使用終端的擴大，促使互聯網應用范圍更廣，高校智慧實驗室就是借助互聯網中的監控終端，完成對數據的查詢與獲取。

1.4 嵌入式技術

嵌入式技術指計算機設備可以實現特定的功能，一般嵌入式系統由硬件與軟件組成。硬件部分包括外部儲存、微控制器、I／O 等；軟件部分作為整個系統的靈魂，也叫固件，將軟件下載到FLASH、ROM、EPROM 中，整個系統軟件固定后，下載的嵌入式軟件就無須更改。嵌入式軟件在使用的時候會不斷重復相同功能的工作內容。其可被運用到實驗室中多個領域，小到實驗工具，大到實驗設備，覆蓋智慧實驗室的方方面面。

2 關鍵技術在高校智慧實驗室中的運用

2.1 在智慧實驗室通風柜智能節能系統中的運用

柜式排風罩即通風柜，與密閉罩相似，通過管道與風機連接，以壓差原理，將實驗室內的有害氣體排出。智慧實驗室通風智能節能系統涉及的關鍵技術有：嵌入式技術、傳感器技術。通風柜與排風機、排風管道相連，若實驗過程中產生有毒氣體，傳感器感應出后就將吸收到通風柜內，受壓差的影響，將有害氣體經過處理，排出實驗室［2］。受風機的作用，通風柜內的壓力大于通風管內壓力，然后讓新風再通過罩面排到通風柜中，進而排出有毒氣體，吸入新鮮氣體，保障實驗室中人員的安全。

2.2 關鍵技術在智慧實驗室系統中的運用

2.2.1 PC 客戶端軟件設計與實現

智慧實驗室中PC 客戶端的作用，不只可對實驗室進行基本監控，還有MSDS 系統與實驗室智能考核系統。整個PC 客戶端功能包括：數據顯示、設備控制、歷史查詢、故障保障與權限管理等。首先，PC 客戶端軟件功能框架，PC 客戶端包含很多功能，軟件設計中合理構建框架，便捷的界面為用戶提供更好的體驗。基于整個系統中涉及的內容較多，因此可將各個部分分離，通過點擊功能鍵，實現功能的切換，進一步完成軟件功能框架的搭建。其次，權限管理。智慧實驗室中的管理系統，要先設定管理權限，不是所有人都可隨意訪問，只有如此才可最大限度保障實驗室的安全。因此智慧實驗室管理中要增加管理權限，只有授權的管理人員才可利用賬號與密碼進行訪問。參與實驗室管理的人員，在得到信息技術授權前，需要先進行知識的考核，通過后才能獲得權限。以此才可保證實驗室管理人員都能有豐富的實驗室管理經驗，可在出現意外事故的時候采取正確方法處理。為了方便管理，可將智慧實驗室中的管理用戶，分為超級管理員與普通管理員。只有超級管理員具有管理的操作權限，而普通管理員在登錄系統后不能進行更高級別權限的操作。最后，界面與功能設計。（1）超級管理員與管理員通過注冊賬號密碼登錄，進入遠程監控系統的首界面，可利用連接按鈕的啟動，實現與服務器的連接，如有想要查看的實驗室，可直接點開實驗室的基本信息，進而查看實驗室中參數與對應變化［3］。（2）歷史數據的查詢。智慧實驗室中PC 客戶端系統中的數據很重要，實驗室中有很多狀態變量、基本環境數據都在數據庫中，然后按照順序儲存。管理人員可通過查看歷史數據，及時發現實驗室中的安全隱患，并及時整改。（3）故障報警。報警系統結合傳感器技術與互聯網技術，即當實驗室中出現問題后，系統就會自動采取措施，及時通知管理人員哪里出現故障，然后管理員會依情況進行故障報警處理。

2.2.2 移動端監控軟件設計

首先，獲取數據。移動端監控軟件可對智慧實驗室進行全程監控，隨時獲取各種傳感器的數據，完成交互，然后將相關數據儲存到數據庫。服務器端監控軟件中的數據中心可實時監控實驗室的運行狀態，智能感知設備將環境參數的信息采集并傳輸給數據中心。然后將數據儲存到服務器的數據庫中，通過移動端訪問數據庫中的信息。

其次，構建移動端監控軟件框架。利用互聯網系統中的安卓系統，使用當下比較流行的MVC 框架模式，即以模型－視圖－控制器的形式處理數據、顯示界面、做好通信工作。通過這種形式實現視圖和業務邏輯的分離，所以MVC 框架具有擴展性強、模塊職責劃分明確的優勢［4］。智慧實驗室中的移動段監控界面以XML 語言描述，就是MVC 框架中的視圖層。同時模型層則包括軟件的網絡通信、服務器數據庫的操作與遠程控制現場系統。管理人員通過視圖層，向移動監控軟件發送請求，系統通過對視圖層的“監聽”，向模型層發送請求事件，最后將處理后的結果返回到處理層，完成移動端監控軟件的設計。

最后，移動端監控軟件的實現。對實驗室環境進行監控，當發現環境參數發生變化對，即表示實驗室出現故障，產生報警信息，同時通過對服務器中歷史數據的獲取，快速制定解決對策。實驗室管理人員在獲得對應用戶名與密碼后才可登錄訪問管理。為了給管理者帶來更好體驗，移動端軟件監控軟件的首頁中包含通風系統、環境參數、歷史數據、故障報警、設備控制、模式選擇與系統狀態等界面。以環境參數為例，點擊此就可看到實驗室中的基本信息。

3 結論

綜上，高校實驗室作為為高校開展教學、科研活動，培養高端人才的重要場所，其安全隱患更多，因此在信息更新和管理方面需要投入更多精力。文章介紹智慧實驗室中的關鍵技術及其實際應用，以期提升實驗室的管理質量。