CN108153213A - 一种实验室管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室管理系统及管理方法，包括实验室终端、云终端和远程终端，所述实验室终端包括实验室控制模块和连接实验室控制模块的实验室采集模块、器械驱动模块、数据库、验证计费模块以及第一网络通信模块；所述云终端包括云存储模块、云SCADA服务器和WEB服务模块；所述远程终端包括指纹识别模块、身份验证模块、操作显示模块和第三网络通信模块；远程终端可远程连接所述实验室终端并通过实验室控制模块控制实验室操作器械进行实验操作并得到实验结果。

Description

一种实验室管理系统及管理方法

技术领域

本发明涉及互联网应用技术领域，尤其涉及一种实验室管理系统及共享方法。

背景技术

实验(实训)是学生将来从事科学实践的起点，在实验和实训教学中，必须重视培养学生的实验技能和操作能力，指导学生弄懂实验原理，通过细致的观察、分析、推理后得出正确结论，在实验和实训中获得知识、掌握技能，并通过知识分享途径培养学生的创新能力。

但是，目前受实验器材和实验场地的限制，传统的课堂实验采用教师演示学生观察的方式进行，学生得不到动手实验的机会，尤其是学生在课堂上如果跟不上教师的实验演示的节奏，学生将很容易失去兴趣，教学目标难以实现；并由于场地限制造成了资源分布的严重不平衡，不能很好的达到实验系统的利用率。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供了一种基于互联网的实验室管理系统及管理方法。

为实现以上目的，本发明提供了如下技术方案：

一种实验室管理系统，包括实验室终端、云终端和远程终端，所述实验室终端包括实验室控制模块和连接实验室控制模块的实验室采集模块、器械驱动模块、数据库、验证计费模块以及第一网络通信模块；所述云终端包括云存储模块、云SCADA服务器和WEB服务模块；所述远程终端包括指纹识别模块、身份验证模块、操作显示模块和第三网络通信模块；远程终端可远程连接所述实验室终端并通过实验室控制模块控制实验室操作器械进行实验操作并得到实验结果；

所述实验室终端通过第一网络通信模块与云终端及远程终端建立通信链路并接收远程接入及实验室操作控制指令；验证计费模块用于验证用户登录信息并在通过后根据时间进行计费；器械驱动模块用于根据实验室控制模块的控制指令驱动实验室操作器械进行实验操作；所述实验室采集模块连接至少一个传感器，所述实验室采集模块用于实时采集实验现场数据并反馈；

所述云SCADA服务器提供用户及权限管理、设备认证、数据查询、自动报警上报、实验室管理和参数配置，所述云存储连接云SCADA服务器用于提供数据统计和存储管理；所述WEB服务器信号连接云SCADA服务器和云存储，将实验室现场数据传送至远程终端；

所述远程终端提供用户登录、实验室选择、实验操作、实验结果查询和数据统计服务；

指纹识别模块用于对用户指纹信息进行采集和识别生成指纹识别信息；

身份验证模块根据指纹识别信息与数据库的指纹数据进行比对校验，并将校验结果发送至操作显示模块；

操作显示模块提供用户登录、实验室选择、实验操作、实验结果查询、数据统计以及结果显示。

其中，所述指纹识别模块包括指纹采集单元、指纹处理单元和指纹数据提取单元；

所述指纹采集单元用于采集用户的指纹并生成指纹图像；

所述指纹处理单元将指纹图像进行图像质量判断、图像增强、指纹区域检测、指纹方向图及频率估算和图像二值化获得预处理数据；

所述指纹数据提取单元通过预处理数据获取脊线数据并提取指纹识别特征点。

所述实验室终端还包括连接实验室控制模块的现场操作模块，所述现场操作模块用于用户现场进行实验室操作控制。

其中，包括至少一个实验室终端和至少一个远程终端。

所述远程终端包括电脑、平板电脑和/或智能手机。

所述远程终端通过HTML5WEB接入方式、APP方式或者WEB方式接入实验室终端。

所述远程终端包括操作装置、显示器和无线通信装置；所述操作装置包括键盘、鼠标、按钮、旋转扭、操作杆。

所述实验室采集模块包括网络摄像头和/或温湿度传感器。

本发明还提供了一种实验室管理方法，具体包括以下步骤：

步骤S10：用户通过远程终端指纹识别进行用户验证登录，选择实验室终端建立通信连接请求；

步骤S20：实验室终端进一步验证后与远程终端建立连接并开始计时计费，实验室终端接收远程终端的操作指令驱动相应的实验室操作器械进行实验；

步骤S30：实验过程中实验室采集模块实时采集实验现场数据反馈并进行存储；

步骤S40：实验室终端通过第一网络通信模块将实时采集的实验室数据传输至云终端，云终端进行云存储并发送至远程终端的设备。

与现有技术相比，本发明提供的一种共享实验室系统及操作方法，具有以下有益效果：

本发明提供的基于互联网的共享实验室系统及操作方法，可支持学生远程操作实验设备，并实时观察实验过程和现象。以上远程操作和观察可以反复进行，通过实验现象的反复呈现，强化学生的知识，提高学生的技术技能水平，并通过知识交流论坛促进知识的创新和运用。最大化合理利用了实验室教学资源。

通过“共享实验室”可以提供学生更多次数的实验操作，解决学校教学实验设备的不足问题，更可为教学实验实施投入落后偏远地区的实验教学提供新的实验手段，让每一个学生都能够实现做实验的愿望。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例的实验室管理系统的总体框架示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

图1是本发明实施例的实验室管理系统的总体框架示意图。实验室管理系统包括实验室终端100、云终端200和远程终端300，实验室终端100 包括实验室控制模块106和连接实验室控制模块106的实验室采集模块 101、器械驱动模块102、数据库103、验证计费模块104以及第一网络通信模块105；云终端200包括云存储模块201、云SCADA服务器203和WEB服务模块202；远程终端300包括指纹识别模块305、身份验证模块304、操作显示模块302和第三网络通信模块301；远程终端300可远程连接实验室终端100并通过实验室控制模块106控制实验室操作器械1021进行实验操作并得到实验结果。

具体的，实验室终端100通过第一网络通信模块105与云终端200及远程终端300建立通信链路并接收实验室操作控制指令；验证计费模块104 用于验证用户登录信息并在验证通过后根据时间进行计费；器械驱动模块102用于根据实验室控制模块106的控制指令驱动实验室操作器械1021 进行实验操作；实验室采集模块101连接至少一个传感器，实验室采集模块101用于实时采集实验现场数据并反馈给远程终端300。

实验室采集模块101包括网络摄像头和/或温湿度传感器。远程用户终端可以通过网络摄像头观察实验室当前环境和实验现象。网络摄像头是提供远程用户观察实验现象的接口。网络摄像头的数量可以包括两个及两个以上的摄像头，其中至少有一个网络摄像头用于观察实验结果，另外的摄像头观察实验器械的运动变化情况，增设更多的摄像头可以实时地获得共享实验室的环境情况，包括但不限于共享实验室的温度、湿度等。摄像头的数量根据实验器械和实验目的的不同而不同，一般来说，更多的摄像头可以带来更丰富的体验。

实验室操作器械1021是共享实验室的主要部分，实验室操作器械 1021不仅仅可以是物理实验器械，也可以化学实验设备。例如：显微镜、放大镜和射线源等，还例如：烧杯、燃烧棒等化学实验器材。

云SCADA服务器203提供用户及权限管理、设备认证、数据查询、自动报警上报、实验室管理和参数配置，云存储201连接云SCADA服务器203 用于提供数据统计和存储管理；WEB服务器202信号连接云SCADA服务器 203和云存储201，将实验室现场数据传送至远程终端300；

远程终端300提供用户登录、实验室选择、实验操作、实验结果查询和数据统计服务；其中，指纹识别模块305用于对用户指纹信息进行采集和识别生成指纹识别信息；身份验证模块304根据指纹识别信息与数据库的指纹数据进行比对校验，并将校验结果发送至操作显示模块302；

操作显示模块302提供用户登录、实验室选择、实验操作、实验结果查询、数据统计以及结果显示。

远程终端300内，指纹识别模块305包括指纹采集单元、指纹处理单元和指纹数据提取单元。指纹采集单元用于采集用户的指纹并生成指纹图像；指纹处理单元将指纹图像进行图像质量判断、图像增强、指纹区域检测获得预处理数据；指纹数据提取单元通过预处理数据获取指纹识别特征点等指纹识别数据。

作为优选地，实验室终端100还包括连接实验室控制模块106的现场操作模块107，现场操作模块107用于用户现场进行实验室操作控制。

本发明的实验室管理系统包括至少一个实验室终端100和至少一个远程终端300。远程终端300包括电脑、平板电脑和/或智能手机。远程终端300可通过HTML5WEB接入方式、APP方式或者WEB方式接入实验室终端。平板电脑和手机的接入方式包括HTML5WEB接入方式和APP方式，电脑采用WEB方式接入系统。

远程终端300包括操作装置、显示器和无线通信装置；操作装置包括键盘、鼠标、按钮、旋转扭、操作杆。

本发明提供的基于以上技术方案的实验室管理方法，具体包括以下步骤：

步骤S10：用户通过远程终端指纹识别进行用户验证登录，选择实验室终端建立通信连接请求；

步骤S20：实验室终端进一步验证后与远程终端建立连接并开始计时计费，实验室终端接收远程终端的操作指令驱动相应的实验室操作器械进行实验；

步骤S30：实验过程中实验室采集模块实时采集实验现场数据反馈并进行存储；

步骤S40：实验室终端通过第一网络通信模块将实时采集的实验室数据传输至云终端，云终端进行云存储并发送至远程终端的设备。

通过“共享实验室”可以提供学生更多次数的实验操作，解决学校教学实验设备的不足问题，更可为教学实验实施投入落后偏远地区的实验教学提供新的实验手段，让每一个学生都能够实现做实验的愿望。

以上仅为本发明较佳实施例，并不用于局限本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均需要包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实验室管理系统，其特征在于，包括实验室终端、云终端和远程终端，所述实验室终端包括实验室控制模块和连接实验室控制模块的实验室采集模块、器械驱动模块、数据库、验证计费模块以及第一网络通信模块；所述云终端包括云存储模块、云SCADA服务器和WEB服务模块；所述远程终端包括指纹识别模块、身份验证模块、操作显示模块和第三网络通信模块；远程终端可远程连接所述实验室终端并通过实验室控制模块控制实验室操作器械进行实验操作并得到实验结果；

所述实验室终端通过第一网络通信模块与云终端及远程终端建立通信链路并接收实验室操作控制指令；验证计费模块用于验证用户登录信息并在通过后根据时间进行计费；器械驱动模块用于根据实验室控制模块的控制指令驱动实验室操作器械进行实验操作；所述实验室采集模块连接至少一个传感器，所述实验室采集模块用于实时采集实验现场数据并反馈；

所述云SCADA服务器提供用户及权限管理、设备认证、数据查询、自动报警上报、实验室管理和参数配置，所述云存储连接云SCADA服务器用于提供数据统计和存储管理；所述WEB服务器信号连接云SCADA服务器和云存储，将实验室现场数据传送至远程终端；

所述远程终端提供用户登录、实验室选择、实验操作、实验结果查询和数据统计服务；

指纹识别模块用于对用户指纹信息进行采集和识别生成指纹识别信息；

身份验证模块根据指纹识别信息与数据库的指纹数据进行比对校验，并将校验结果发送至操作显示模块；

操作显示模块提供用户登录、实验室选择、实验操作、实验结果查询、数据统计以及结果显示。

2.根据权利要求1所述的实验室管理系统，其特征在于，所述指纹识别模块包括指纹采集单元、指纹处理单元和指纹数据提取单元；

所述指纹采集单元用于采集用户的指纹并生成指纹图像；

所述指纹处理单元将指纹图像进行图像质量判断、图像增强、指纹区域检测、指纹方向图及频率估算和图像二值化获得预处理数据；

所述指纹数据提取单元通过预处理数据获取脊线数据并提取指纹识别特征点。

3.根据权利要求1所述的实验室管理系统，其特征在于，所述实验室终端还包括连接实验室控制模块的现场操作模块，所述现场操作模块用于用户现场进行实验室操作控制。

4.根据权利要求1所述的实验室管理系统，其特征在于，包括至少一个实验室终端和至少一个远程终端。

5.根据权利要求1所述的实验室管理系统，其特征在于，所述远程终端通过HTML5WEB接入方式、APP方式或者WEB方式接入实验室终端。

6.根据权利要求1所述的实验室管理系统，其特征在于，所述远程终端包括操作装置、显示器和无线通信装置；所述操作装置包括键盘、鼠标、按钮、旋转扭、操作杆。

7.根据权利要求1所述的实验室管理系统，其特征在于，所述实验室采集模块包括网络摄像头和/或温湿度传感器。

8.一种实验室管理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S10：用户通过远程终端指纹识别进行用户验证登录，选择实验室终端建立通信连接请求；

步骤S20：实验室终端进一步验证后与远程终端建立连接并开始计时计费，实验室终端接收远程终端的操作指令驱动相应的实验室操作器械进行实验；

步骤S30：实验过程中实验室采集模块实时采集实验现场数据反馈并进行存储；

步骤S40：实验室终端通过第一网络通信模块将实时采集的实验室数据传输至云终端，云终端进行云存储并发送至远程终端的设备。