實(shí)驗(yàn)器材共享管理系統(tǒng)

顧云凌 詹鵬 陳新強(qiáng) 劉茂艷 魏文娟 楊文竹

摘要：國內(nèi)外預(yù)約、共享管理平臺飛速發(fā)展，該類平臺可涉及多個領(lǐng)域，對于高校、企業(yè)等組織購入的各類器材也可以利用此種管理模式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)約、自動登記借還，高效便捷、節(jié)省人力。

關(guān)鍵詞：預(yù)約管理;器材共享;NI-myRIO;虛擬交互界面;UWB定位

1.引言

現(xiàn)隨著國內(nèi)外器材共享平臺的不斷涌現(xiàn)，該系統(tǒng)可涉及多個領(lǐng)域，對企業(yè)、學(xué)校等組織而言器材的妥善管理、資源共享有著重要意義，一個較為完善的器材共享管理系統(tǒng)較人為對設(shè)備進(jìn)行登記更加方便快捷。我們可以通過這樣的系統(tǒng)與超寬帶定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備借還時的自動登記，智能車在監(jiān)測設(shè)備環(huán)境的同時可引導(dǎo)設(shè)備位置，因而可實(shí)現(xiàn)無管理人員的自動借還模式。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)背景

預(yù)約管理模式是目前國內(nèi)外比較流行的一種器材使用管理方式。預(yù)約管理模式的思想是：利用信息化的手段，在器材共享平臺上提供預(yù)約功能，用戶通過實(shí)名認(rèn)證后，在網(wǎng)上預(yù)先約定使用設(shè)備的時間段，經(jīng)后臺管理員審核通過后，在指定時間段內(nèi)使用器材[3]。本文提出的實(shí)驗(yàn)器材共享管理系統(tǒng)是一種集預(yù)約、自動借還登記、設(shè)備環(huán)境監(jiān)測于一體的系統(tǒng)，其具有操作便捷、規(guī)模可大可小、減少人力、可實(shí)現(xiàn)資源共享等優(yōu)點(diǎn)。

2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為控制核心、以NI-myRIO為數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器的集多種功能于一體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的交互部分可通過手機(jī)、電腦、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的Hololens眼鏡進(jìn)行操作，硬件設(shè)計(jì)部分由單片機(jī)控制模塊、無線模塊、超聲波避障模塊、UWB定位模塊、循跡模塊、溫濕度報(bào)警模塊、煙霧報(bào)警模塊等多個部分組成。

2.3定位模塊選型

在本文設(shè)計(jì)中，應(yīng)用的場景大多為室內(nèi)，且實(shí)施規(guī)模可大可小，因此采用了精度更高的UWB（Ultra Wide Band）超寬帶定位技術(shù)，選擇了DWM1000定位模組。超寬帶定位技術(shù)相比較WiFi、藍(lán)牙、Zigbee等其他定位技術(shù)，UWB技術(shù)具備定位精度高、安全性好、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢。[5]

2.4無線通訊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用無線ESP8266串口WiFi模塊，其具有的省電模式適用于各種低功耗應(yīng)用場景。ESP8266芯片的工作溫度范圍大，且能夠保持穩(wěn)定的性能，能適應(yīng)各種操作環(huán)境。

2.5智能車核心開發(fā)板選型

NI-myRIO是嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)平臺，此項(xiàng)目中作為智能車數(shù)據(jù)處理的核心服務(wù)器，STM32開發(fā)板作為控制各個模塊的控制核心。通過 STM32 搭載 NI myRIO 來實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集參數(shù)、數(shù)據(jù)的處理與存儲、數(shù)據(jù)通信功能以及循跡避障功能，來幫助實(shí)現(xiàn)智能車的自動巡檢;智能車上搭載的超聲波避障和紅外報(bào)警裝置，通過自動巡檢可實(shí)時監(jiān)測器材所處環(huán)境是否發(fā)生異常，異常時能夠利用移動通信模塊及時向管理人員發(fā)送信息并發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室無人監(jiān)管狀況下的安全保障[4]。

2.6智能車借還功能的實(shí)現(xiàn)

小車接收到借物通知時，將根據(jù)設(shè)備信息在已錄入的數(shù)據(jù)庫中檢索該設(shè)備以及對應(yīng)的位置信息，引導(dǎo)工作人員或用戶到達(dá)正確的位置對設(shè)備進(jìn)行搬運(yùn)[2];由于設(shè)備所在區(qū)域已被超寬帶基站覆蓋，且設(shè)備上貼有超寬帶標(biāo)簽，一旦設(shè)備離開該范圍且已接收借出通知[1]，系統(tǒng)將認(rèn)為此設(shè)備被借出，并在數(shù)據(jù)庫中設(shè)備狀態(tài)中標(biāo)明。歸還設(shè)備時與以上流程相似，收到歸還設(shè)備通知時，等待設(shè)備進(jìn)入有效范圍內(nèi)并記錄位置信息更新數(shù)據(jù)庫。

3.程序設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套基于云平臺和超寬帶定位技術(shù)的器材共享管理系統(tǒng)。利用云平臺高速同步、安全可靠的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了用戶在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或不同的終端都可以放心地訪問器材管理系統(tǒng)提供給用戶的數(shù)據(jù)庫來獲取信息，更加高效便捷且能夠保證各個終端數(shù)據(jù)的一致性;利用超寬帶定位技術(shù)穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導(dǎo)航、提供更高的定位精度[1]。

4.實(shí)物調(diào)試

選取一間較空曠的房間盡可能少的障礙物，固定好三個UWB基站位置，原則上三個基站設(shè)置于同一平面上，確保實(shí)驗(yàn)區(qū)域被完全覆蓋。將UWB基站與標(biāo)簽全部接入電源，使得定位系統(tǒng)處于工作模式;此模式下通過終端交互界面選取器材，可觀察到所需器材在室內(nèi)的位置，同時智能小車在收到取物通知后將引導(dǎo)人到達(dá)設(shè)備所在地點(diǎn)。當(dāng)設(shè)備離開有效區(qū)域時若已收到“借出”通知，則將該設(shè)備標(biāo)記為“已借出”，否則視為異常。

5. 結(jié)論

此項(xiàng)目利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完成指定器材的演示和借存工作。利用 unity3D 建立虛擬場景、設(shè)置交互界面，下載至Hololens供用戶根據(jù)器材信息選擇所需設(shè)備，根據(jù)智能提示，用戶可快速找到器材位置;也可通過智能小車引導(dǎo)人到達(dá)正確設(shè)備位置完成借存;智能車搭載了溫度、煙霧報(bào)警裝置等，可在意外事故發(fā)生時及時報(bào)警。對于虛擬器材，用戶可通過 Hololens體驗(yàn)和學(xué)習(xí)，也可自行下載到PC端進(jìn)行操作。終端間信息傳輸和數(shù)據(jù)同步將通過WiFi信號和云計(jì)算實(shí)現(xiàn)。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了器材的共享，增加了器材的利用率，在此基礎(chǔ)上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)器材管理模式上存在的問題，自動登記器材情況替代了人為登記、智能車自動巡檢替代了管理人員日常監(jiān)測，同時更加明確了已有器材的種類、型號等，有效減少和避免了器材的盲目購置問題。

參考文獻(xiàn)：

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[3]何穎.高校大型儀器設(shè)備共享管理平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華南理工大學(xué)，2014：5-11

[4]楊牧垚，謝敏，張學(xué)軍.清潔機(jī)器人避障系統(tǒng)與路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)[J].長江信息通信，2021，34（07）：14-17.

[5]Xia Bin et al. UWB Positioning System Based on Genetic Algorithm[J]. Journal of Computer and Communications， 2021， 09（04）：110-118.

作者簡介：

顧云凌（1999-），女，天津人，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科在讀，測控技術(shù)與儀器方向。

基金項(xiàng)目：

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2018級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：202010066071。