羅 兵 劉 云

五邑大學計算機學院 廣東江門 529020

實驗室、實訓基地及平臺建設

基于Web的高校工科實驗室管理系統(tǒng)設計

羅 兵 劉 云

五邑大學計算機學院 廣東江門 529020

高校工科實驗室要提高使用效率，開放使用，加強安全管理；同時要降低管理成本。通過基于Web的實驗室管理系統(tǒng)，可以進行實驗課排課，同時開放網上預約使用；結合門禁系統(tǒng)和電源控制可以實現對實驗室開放使用的管理；結合現場自動控制、遠程監(jiān)控、電源控制可以加強安全事故防范。系統(tǒng)終端延伸到手機，進一步便利使用、提高管理效率。

實驗室管理；管理系統(tǒng)；自動控制；遠程監(jiān)控；安全事故防范

1 高校工科實驗室管理需求

隨著高等教育對工科應用型人才需求的增加，高校工科專業(yè)的實驗教學不斷加強，對其實驗室管理也提出了更高的要求。高校工科實驗室具有依賴設備、難以虛擬等特點，如過程控制實驗室、接口與通信實驗室等，個人沒有設備，而實驗又離不開硬件設備。

在實驗室需求上，一方面，需要充分利用實驗室資源，完成教學計劃內的課程實驗；另一方面，隨著高等教育學生自主學習的增加，對開放實驗室進行自主實驗和課外實踐有了更多的需求；同時，對實驗室的安全性管理還希望進一步加強[1]。

在實驗室的開放上，既有開放的安排、預約，還有開放的使用管理。前者結合實驗室排課系統(tǒng)的公開，可以實現網上預約[2]。后者則必須結合計算機控制、門禁系統(tǒng)，實現對開放實驗室的使用控制[3]。

總體說來，舊的人工管理已完全被淘汰。而且隨著實驗設備數量、實驗室數量、學生數量的增加，實驗室使用的人工排課已很難完成，排課工作效率低而且不易調整[4]。計算機排課的方式可以很好地解決這一問題。在實驗室使用控制、安全防范方面，傳統(tǒng)的人工管理也正在逐步結合計算機輔助，以提高工作效率、減少人工，并使管理效果更好。

根據以上需求，設計了高校工科實驗室計算機管理系統(tǒng)功能模塊(如圖1所示)。

圖1 實驗室管理系統(tǒng)功能模塊圖

系統(tǒng)采用B/S結構，數據保存到數據庫，用戶終端通過瀏覽器和Web網絡服務器的管理系統(tǒng)相連。用戶分為超級管理員、實驗室管理員、任課教師、學生四類。超級管理員可以設置各類用戶。實驗室管理員可以調用排課模塊、保存排課結果、同意預約實驗、人工遠程控制門禁、人工遠程控制實驗設備電源、遠程查看實驗室視頻、遠程啟動實驗室安全防范系統(tǒng)。任課教師可以查看實驗室排課結果即課表、預約使用實驗室或設備、設置實驗課排課要求、申請臨時調課。學生可以查看實驗室排課結果即課表、預約使用實驗設備。

2 計算機管理系統(tǒng)自動排課

計算機排課是計算機輔助教育管理的通用功能，經過多年研究已經比較完善[5]。實驗室的教學計劃內實驗課的安排，與理論課排課并無大的差別，但是實驗課一般需要分組，場地有特殊要求。系統(tǒng)可以導入教學管理系統(tǒng)中導出的理論課排課結果，然后根據分組情況、具體實驗室場地要求、任課教師進行實驗課排課。實驗課排課結果將用于開放實驗室的預約。

實驗室排課系統(tǒng)需要根據實驗室設備情況做定制化改變，可以在通用的排課模塊中通過增加設置參數來實現個性化調整。先導入理論課排課結果，然后輸入學生分組情況，可輸入實驗課多學時連上要求參數等。

結合現有排課系統(tǒng)的計算機輔助人工調整功能，可以較好地解決一些特殊需要，如臨時調課、實驗課相對于理論課的延后等，計算機輔助系統(tǒng)可以提示可安排的選擇、場地或教師沖突提醒[6]。

實驗室排課先由實驗室管理員設置課程任課教師，然后由任課教師設置課程學時、班級、學生人數、要求的實驗室等參數，再由實驗室管理員調用排課模塊進行排課，并進行人工調整。最后將排課結果保存到數據庫。

3 開放實驗室預約與使用管理

實驗室及設備實現開放功能需要預約使用和使用管理兩大功能[7]。實驗室預約先要讀取數據庫的排課結果，通過Web顯示給終端教師和學生。教師在未排課的空余時段可預約選擇使用實驗室或設備，學生可預約使用設備。

實驗室管理員同意確認預約后預約生效，預約數據保存到數據庫。對于使用量大的通用設備，管理員可開放自動同意，即預約后即可生效，如計算機設備、單片機開發(fā)設備、PLC開發(fā)設備、過程控制設備等。對于較昂貴的專用設備，則可設置為需經過管理員審核同意。

上周（8月27日-8月31日），磷酸二銨內貿外銷市場新單交投均放緩，價格盤整波動運行為主。9月3日中國磷酸二銨批發(fā)價格指數（CPPI）為 2866.42點，環(huán)比上漲16.89點，漲幅為0.59%；同比上漲238.15點，漲幅為9.06%；比基期下跌355.35點，跌幅為11.03%。

實驗室門禁系統(tǒng)讀取數據庫，將控制預約成功的用戶在預約的時段可以通過門禁。設備電源控制模塊也將根據用戶ID卡，讀取數據庫預約數據，控制設備電源接通以允許預約成功的用戶使用該設備。

門禁系統(tǒng)的控制實現通過已有的門禁系統(tǒng)，實驗室管理系統(tǒng)根據預約成功的數據修改門禁系統(tǒng)的數據庫數據，將預約成功的師生用戶根據預約的時間加入門禁許可進入的時間名單，使其ID卡可通過門禁進入相應的實驗室。

實驗設備的電源均經過控制系統(tǒng)，根據排課數據控制設備供電。然后根據預約開放實驗數據，控制預約的設備供電。

4 安全事故防范

實驗室計算機輔助管理、實驗室開放使用對實驗室安全管理帶來了新的風險[8]。漏電、著火、設備丟失等都增加了風險。為此，實驗室管理系統(tǒng)將原有的防火、防煙霧噴淋系統(tǒng)的報警信號接入實驗室管理系統(tǒng)，溫度、煙霧傳感器同時將報警信號通過網絡傳送到實驗室管理員，對管理員遠程報警提醒。在現場，增加電流漏電自動切斷保護、高溫或煙霧自動斷電保護控制程序，當電流大于設定的閾值時，現場自動控制斷電，以防漏電產生意外傷害。高溫、煙霧傳感器的警報信號持續(xù)一定的設定時間后，也自動控制斷電，防止災害擴大。

自動斷電后，可以現場手工控制復位，重新供電。也可以遠程由實驗室管理員根據視頻內容確認安全后，遠程控制復位并要求現場學生確認，以防遠程誤操作。

設備防盜通過RFID和監(jiān)控視頻雙重保護。所有設備均在視頻監(jiān)控下使用，監(jiān)控可遠程查看，自動保存一段時間。同時，對貴重設備，加上RFID射頻標簽，實驗室管理系統(tǒng)根據射頻信號實時監(jiān)控該設備的位置，當設備被移動超出范圍將收不到射頻信號即報警。

通過遠程監(jiān)控、視頻信號和現場自動控制程序結合，可以有效提高實驗室的安全防范能力。

5 系統(tǒng)終端延伸到手機

基于Web的高校工科實驗室管理系統(tǒng)的結構如圖2所示。系統(tǒng)的軟件主要在Web服務器端，服務器程序通過數據庫管理系統(tǒng)(DBMS)訪問數據庫(DB)，存儲和讀取用戶、課程安排數據。同時，傳感器、監(jiān)控將數據通過Web服務器、因特網傳送給遠程的實驗室管理員。程序也可以根據傳感器數據自動控制切斷設備電源。

圖2 實驗室管理系統(tǒng)結構圖

用戶通過計算機、手機、平板電腦等多種終端設備連接到因特網即可訪問Web服務器上的實驗室管理系統(tǒng)。實驗室管理員可以進行排課、遠程控制；學生可以查閱課表、預約實驗等。

其中為手機終端的訪問又開發(fā)了APP程序、H5網頁、微信公眾號3種方式。APP界面美觀、功能全、操作方便，不足是需要下載程序到手機，而且不同手機型號需要開發(fā)不同的終端APP程序。H5網頁可兼顧計算機、手機、平板電腦等，無須下載程序，不足是界面比專門的APP效果要差。微信公眾號可以兼顧各種不同的手機型號，界面、功能也比較強，不足是需要通過騰訊公司的微信實現信息傳遞，而且界面比手機APP要差。由于有多種移動終端的接入方式，師生可以很方便地使用管理系統(tǒng)。

6 結束語

隨著高校規(guī)模的擴大和實驗設備的不斷完善增加，計算機輔助實驗室管理可以大大提高管理效率和效果，提高實驗室和設備的利用率，方便實驗室管理員、教師和學生，同時結合自動控制和遠程監(jiān)控，提高了實驗室安全事故防范能力。

[1]王洪義.基于WEB的高校開放實驗室管理系統(tǒng)的研究與設計[D].濟南:山東大學,2009.

[2]白志青,張銀.實驗室信息管理系統(tǒng):LIMS綜述[J].科技情報開發(fā)與經濟,2007,17(12):240-242.

[3]洪瑋,周問渠,付欣.高校開放式實驗室的管理[J].中國現代教育裝備,2016(6): 33-34.

[4]侯亞彬,宮德龍,雷進生.基于Web的高校重點實驗室管理系統(tǒng)研究與設計[J].實驗室研究與探索,2012,31(4):360-362.

[5]王寶昌.高校計算機排課系統(tǒng)的設計與研究[D].長春:吉林大學,2007.

[6]金平,皇甫麗英,張尊僑.一種基于Web的開放實驗室網上預約管理系統(tǒng)[J].實驗技術與管理,2004,21(4):88-89,93.

[7]吳文華,楊慶,沈新元.智能實驗室管理系統(tǒng)下的實驗室開放管理[J].實驗技術與管理,2011,28(2):172-176,197.

[8]光翠娥,王世強,王萍.理工類高校實驗室安全的潛在風險和問題分析及對策研究[J].中國現代教育裝備,2012(3):42-44.

Design of Engineering Laboratory Management System Based on Web

Luo Bing,Liu Yun
Wuyi University,Jiangmen,529020,China

There are strong needs for university engineering laboratory to improve the using ef fi ciency,to be open to use,also to strengthen safety management and to reduce the cost of management.Through the computer management system based on Web,intelligent course scheduling,open at the same time use the online booking,combined with access control system and power control can be achieved on the use of open laboratory management,combination of automatic fi eld control,remote control and power control can strengthen the safety accident prevention.The system extends to the mobile phone,can further facilitate the use,improve management ef fi ciency.

laboratory management;management system;automatic control;remote monitoring;safety precautions

羅兵，博士，教授，計算機學院院長。

本文系廣東省2014年質量工程項目和五邑大學教研教改項目(編號：JG2013016)研究內容。