謝杰

摘要

介紹了關(guān)于開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思考，文章論述了一套在ZigBee的基礎(chǔ)上開放，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)。使用短程無線技術(shù)ZigBee建立無線傳輸網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控門窗磁，煙霧，火焰和人體紅外線等具體的安防參考數(shù)據(jù)。具體檢測(cè)數(shù)據(jù)將從專用協(xié)調(diào)器經(jīng)過GSM模塊系統(tǒng)以短信的形式發(fā)送到使用者手機(jī)上，真正的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)開放實(shí)驗(yàn)室無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的探究提供有益借鑒和研究。

【關(guān)鍵詞】無人值守 ZigBee 設(shè)計(jì)思考

隨著不斷地創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室教學(xué)變革，提高學(xué)生的實(shí)踐能力與整體水平，開放實(shí)驗(yàn)室也都成為了高校實(shí)驗(yàn)室不可或缺的一部分，為學(xué)生展開各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)創(chuàng)造了一個(gè)自由發(fā)展的環(huán)境，不過實(shí)驗(yàn)室的管理系統(tǒng)并不完善。為提升開放實(shí)驗(yàn)室的使用和管理，使值班教師的工作量相對(duì)減少，于是，實(shí)驗(yàn)室的開放管理，使得無人值守監(jiān)控系統(tǒng)開始發(fā)展起來。

1 開放實(shí)驗(yàn)室的意義分析

開放實(shí)驗(yàn)室即充分尊重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自覺性，提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)過程中的自我管理和自我學(xué)習(xí)的情況下，高校實(shí)驗(yàn)室在確保完成學(xué)校計(jì)劃內(nèi)的教學(xué)科研任務(wù)之外，積極使用高校實(shí)驗(yàn)室已有的各種信息以及各種資源和設(shè)備等，針對(duì)高校學(xué)生進(jìn)行免費(fèi)開放使用，進(jìn)而為學(xué)生在課堂教學(xué)之外能夠進(jìn)行和學(xué)習(xí)有關(guān)的一切科學(xué)研究和自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)等活動(dòng)打下良好基礎(chǔ)?，F(xiàn)如今伴隨高校正逐漸重視和加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，我國(guó)高校中包括工科類高校的實(shí)驗(yàn)室資源已經(jīng)非常豐富和完善，建立了不同種類的大型開放實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)基地，比如工程實(shí)訓(xùn)基地和一些相關(guān)的高級(jí)職業(yè)技能實(shí)踐基地以及多媒體圖書室等，很大程度地完善了學(xué)生在課堂后的學(xué)習(xí)，提高了高等學(xué)校的教育質(zhì)量。

2 ZigBee技術(shù)介紹

ZigBee是一種新型的短程的、簡(jiǎn)單的、便宜的、性價(jià)比高的雙向無線網(wǎng)絡(luò)。十分適用于新型的智能家居和實(shí)驗(yàn)室等相對(duì)于數(shù)據(jù)量和信息不大的體系中。文中探討的開放實(shí)驗(yàn)室無人值守體系，不受光照溫度濕度等因素的影響，將安防系統(tǒng)作為重要因素，使系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了，通過ZigBee技術(shù)作為協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)，最大程度的利用ZigBee協(xié)調(diào)器功耗小的優(yōu)點(diǎn)，不用接通實(shí)驗(yàn)室的強(qiáng)力電供電，僅僅借助電池就能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，使無人值守真正的實(shí)現(xiàn)。對(duì)比市面上現(xiàn)有的各類有線以及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是性價(jià)比最好高最合適的。同時(shí)由于Zigbee的數(shù)據(jù)速率低以及接力通信的優(yōu)點(diǎn)，這也其在數(shù)據(jù)流量偏小的業(yè)務(wù)中的優(yōu)勢(shì)。

3 Zigee網(wǎng)絡(luò)在實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，實(shí)驗(yàn)室管理員可以把遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)放在自己的工作辦公室以及居住地等容易操作的位置，開放實(shí)驗(yàn)室的考勤管理以及實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都體現(xiàn)在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室的墻壁上安置主節(jié)點(diǎn)，而在改裝后的實(shí)驗(yàn)室電子端上設(shè)置子節(jié)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室的門上安置射頻卡讀卡器，使用開放實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生必須使用同一的卡才能進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室，刷卡之后10秒，主節(jié)點(diǎn)的門會(huì)立即關(guān)閉，后面來的學(xué)生想要繼續(xù)進(jìn)入必須再次刷卡，在正對(duì)著主節(jié)點(diǎn)硬件門的墻壁吊頂上安置視頻監(jiān)控器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)進(jìn)入的學(xué)生，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室們打開時(shí)實(shí)施抓拍照片。另外實(shí)時(shí)監(jiān)控抓拍的照片跟讀卡器讀出的學(xué)生學(xué)號(hào)等相關(guān)信息為了集中的考勤記錄和管理全部發(fā)往在程序中設(shè)定的電子郵箱地址或遠(yuǎn)程服務(wù)端。在學(xué)生刷卡進(jìn)入之后，實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)和窗簾以及照明系統(tǒng)將會(huì)按照程序中設(shè)定好的模式啟動(dòng)。此外，實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生以及實(shí)驗(yàn)室管理者都能通過Zigbee技術(shù)后期實(shí)時(shí)的查看和修改開放實(shí)驗(yàn)室各儀器和設(shè)備的模式和工作參數(shù)，比如可以改變空調(diào)開啟時(shí)的溫度，掃風(fēng)模式，多功能鐘的時(shí)間和模式等。在實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生離開時(shí)，將ZigBee主節(jié)點(diǎn)的關(guān)閉功能打開，這時(shí)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的設(shè)備將停止工作。而與學(xué)生有區(qū)別的是，實(shí)驗(yàn)室管理者在擁有以上權(quán)限的操作之外，還能夠通過遠(yuǎn)程計(jì)算端使用線上網(wǎng)絡(luò)對(duì)開放實(shí)驗(yàn)室的主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問，使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)管理查看實(shí)驗(yàn)室各設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)驗(yàn)室管理者還能夠調(diào)取近期進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室學(xué)生的進(jìn)入相片記錄和考勤記錄。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信軟件系統(tǒng)是在TI公司的z-Stack 2007協(xié)議棧上完成的軟件系統(tǒng)，應(yīng)用了星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)造。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中扮演了管理者和后期維護(hù)者的角色，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用于打造一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)而通過這個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)通信的想法。協(xié)調(diào)器連接電之后，會(huì)先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)硬件初始化掃描，然后通過一系列的信道掃描工作，尋找合適的空閑信道，進(jìn)而由它建立一個(gè)此工作界限內(nèi)所不具有的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，生成一個(gè)專屬的ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)。最后測(cè)試進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部需求的終端節(jié)點(diǎn)是否符合要求是否合法，判斷之后等待終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行保護(hù)。在有合法的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)入Zigbee終端網(wǎng)絡(luò)后，便進(jìn)入輪詢等待終端發(fā)出消息的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過終端串口傳輸?shù)紾SM模塊進(jìn)行處理，反之也能夠收到傳自GSM模塊終端的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)浇K端節(jié)點(diǎn)。

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中內(nèi)含多個(gè)ZigBee終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)依據(jù)具體指令分成了不同的控制模塊或者是相關(guān)的傳感器模塊，通過將傳感器終端接受到的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)調(diào)器上，或執(zhí)行協(xié)調(diào)器命令的形式，來要求相對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備進(jìn)行工作。在無線通信網(wǎng)絡(luò)部分，終端節(jié)點(diǎn)端的程序設(shè)備功能是相同的。終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備在連接上電之后，會(huì)先進(jìn)入系統(tǒng)初始化的程序，然后傳輸加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求信號(hào)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，在建立好網(wǎng)絡(luò)之后便收集傳感器的命令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，若沒有傳感器信號(hào)或者收集結(jié)束之后進(jìn)入休眠模式，節(jié)省傳感器的電量，收到采集任務(wù)便會(huì)立即喚醒，進(jìn)人正常工作狀態(tài)，依據(jù)協(xié)調(diào)器命令操作，操作規(guī)定的設(shè)備終端控制任務(wù)或進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，任務(wù)結(jié)束后再次進(jìn)入休眠模式。

5 總結(jié)

總而言之，開放實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)較為繁瑣的系統(tǒng)性工作，包含實(shí)驗(yàn)室的完整體系架構(gòu)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等各式各樣的內(nèi)容，就要求相關(guān)設(shè)計(jì)管理者具有系統(tǒng)性的思考方式，將開放實(shí)驗(yàn)室無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的完善努力做好，以實(shí)現(xiàn)開放實(shí)驗(yàn)室的全方位遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，這也提升了高校開放實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)有效運(yùn)行，提升了開放實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的實(shí)際應(yīng)用功能，同時(shí)為高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的不斷提高奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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