CN110868478A - 一种实验设备管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实验设备管控系统，涉及实验设备综合管理技术领域。所述实验设备管控系统包括传感模块、认证终端和服务器，所述传感模块包括设置在每个实验室设备上的电流传感器和电压传感器，所述认证终端包括门禁装置以及设置在每个实验设备上的设备锁，所述服务器与所述传感模块和所述认证终端连接，用于接收处理所述传感模块传来的传感信息，还用于基于所述传感信息以及认证终端传来的认证信息控制所述门禁装置和所述设备锁的开闭。该实验设备管控系统通过服务器基于传感器模块采集的传感器信息以及认证终端采集的认证信息控制实验室门和实验设备的启闭，提高了实验设备及实验人员的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及实验设备综合管理技术领域，具体而言，涉及一种实验设备管控系统。
背景技术
实验室作为实践教学中的重要手段，在学习的教学中扮演了重要的角色。在认识到了实验室教学的重要性后，各大高校及技术单位的实验室数量均大幅度增加。与此同时，实验室的仪器、耗材、低值品的需求和消耗也越来越大，传统的人工登记管理方式已经渐渐无法满足人们的对管理效率的需求，并且实验设备的信息反馈不及时，无法保证实验室以及实验设备的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种实验设备管控系统，以解决上述现有技术中传统登记管理方式的管理效率低、信息反馈不及时的需求问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种实验设备管控系统，所述实验设备管控系统包括传感模块、认证终端和服务器，所述传感模块包括设置在每个实验室设备上的电流传感器和电压传感器，所述认证终端包括门禁装置以及设置在每个实验设备上的设备锁，所述服务器与所述传感模块和所述认证终端连接，用于接收处理所述传感模块传来的传感信息，还用于基于所述传感信息以及认证终端传来的认证信息控制所述门禁装置和所述设备锁的开闭。
综合第一方面，所述实验设备管控系统还包括数据传输模块，所述传感模块和所述认证终端均通过所述数据传输模块与所述服务器通信连接。
综合第一方面，所述数据传输模块包括物联网子模块和WiFi子模块，所述物联网子模块与所述传感模块以及所述认证终端连接，所述WiFi子模块与所述服务器连接。
综合第一方面，所述物联网子模块为ZigBee模块。
综合第一方面，所述传感模块还包括设置在每个实验设备上的振动传感器和温度传感器。
综合第一方面，所述传感模块还包括设置在每个实验设备上的姿态传感器。
综合第一方面，所述门禁装置包括第一识别器和第一控制器，所述第一识别器设置在实验室门上或所述实验室门附近并分别与所述实验室门的电子锁、所述第一控制器以及所述服务器连接，所述服务器将基于所述第一识别器采集的识别信息获得的所述实验室门的控制指令发送给所述第一控制器，以使所述第一控制器基于所述控制指令控制所述电子锁的开闭。
综合第一方面，所述第一识别器为生物特征识别器。
综合第一方面，所述设备锁包括第二识别器和第二控制器，所述第二识别器设置在每个实验设备上并分别与所述实验设备的电子锁、所述第二控制器以及所述服务器连接，所述服务器将基于所述第二识别器采集的识别信息获得的所述电子锁的控制指令发送给所述第二控制器，以使所述第二控制器基于所述控制指令控制所述电子锁的开闭。
综合第一方面，所述第二识别器为生物特征识别器或射频识别器。
本发明提供的有益效果是：
本发明提供了一种实验设备管控系统，所述实验设备管控系统通过传感模块中的电流传感器和电压传感器对实验设备的运行状态进行监控，从而能够掌握实验设备的即时运行状态，提高了实验设备的安全性；同时，还通过门禁装置以及每个实验设备上的设备锁对实验人员的身份进行认证，进一步提高了实验设备的安全性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种实验设备管控系统的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的一种传感模块的结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的一种数据传输模块的连接示意图；
图4为本发明第一实施例提供的一种识别器和控制器的连接示意图。
图标：10-实验设备管控系统；11-传感模块；111-电流传感器；112-电压传感器；113-温度传感器；114-姿态传感器；12-认证终端；13-服务器；14-数据传输模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
经本申请人研究发现，很多实验室处于深化市场机制的过程中，还未采用各种现代化管理手段，作为实验主管，无法快速、全面、准确地掌握合同状况、试验进度、人员管理信息等实验室信息，人员和任务的过程较为复杂。而现有的实验室管理通常需要人工进行处理，大多数管理设备独立运行，并未由统一服务器进行统一的信息管理，管理效率低下。同时，现有的实验室管理设备也无法基于实验设备的运行状态和实验人员的身份验证结果对实验设备的启停进行控制，无法同时保障实验人员和设备的安全性。为了解决上述问题，本发明第一实施例提供了一种实验设备管控系统10。
请参考图1，图1为本发明第一实施例提供的一种实验设备管控系统的结构示意图。
实验设备管控系统10包括传感模块11、认证终端12和服务器13。其中，服务器13分别与传感模块11、认证终端12通信连接。
本实施例中的实验设备管控系统10可以是针对高校实验室、研发单位实验室或其他需要进行实验设备的安全管控的实验室而建立，其针对的实验设备可以是大型计算机、大型服务器、数控机床、光刻机等对安全性要求较高的电子设备。
应当理解的是，在其他实施例中，实验设备管控系统10还可以针对非电子设备，用于对非电子设备的防盗，以及实验人员的认证，从而提高非电子设备的实验安全性。
请参考图2，图2为本发明第一实施例提供的一种传感模块的结构示意图。
传感模块11包括设置在每个实验设备上的电流传感器111和电压传感器112。电流传感器111和电压传感器112可以直接与实验设备的运行电路相连接，直接监控实验设备的即时运行电流和电压，从而达到对实验设备的实时监控；另一方面，电流传感器111和电压传感器112还可以安装在实验设备的电源处，此种安装方式不需要将电流传感器111和电压传感器112整合安装至实验设备的运行电路中，较为方便快捷，且能够从电源处监测实验设备的运行状态。
其中，电流传感器依据测量原理不同，主要可分为：分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器及专用于变频电量测量的AnyWay变频功率传感器(可用于电压、电流和功率测量)等，与电磁式电流传感器相比较，电子式电流互感器没有铁磁饱和，传输频带宽，二次负荷容量小、尺寸小、重量轻，因此本实施例中的电流传感器111可以为霍尔效应传感器。
进一步地，霍尔电流传感器可以同时测量任意波形的电流和电压，其输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数，同时本实施例针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点，采用补偿电路进行控制，有效地减少了温度对测量精度的影响，确保测量准确；具有精度高、安装方便、售价低的特点。因此本实施例中的电流传感器111和电压传感器112可以为集成设置的霍尔效应传感器。
作为一种可选的实施方式，本实施例中的传感模块11还可以包括设置在实验设备对应位置处的温度传感器113。
例如，温度传感器113可以被设置在电子处理设备的处理器和散热器处，还可以被设置在实验设备的电源处，以便全方位地确定实验设备的温度情况，避免出现实验设备过热烧坏甚至出现安全事故的情形。
考虑到许多实验器材可能需要实验人员对其进行移动，例如需要移动寻找信号且易损坏的射频信号检测仪，为确定该类实验器材的具体状态，传感模块11还可以包括姿态传感器114。
姿态传感器114是基于MEMS(微机电系统)技术的高性能三维运动姿态测量系统。姿态传感器114包含陀螺仪、加速度计、电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据，其利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。姿态传感器114采集的三维姿态方位数据即姿态数据用于确定实验设备的运动姿态和运动方向。例如，服务器13或传感模块11的自带处理器基于接收到的姿态传感器114采集的姿态数据判断实验设备是否处于正常工作状态，若否则产生预警信息。
其中，微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成。MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。例如，常见的MEMS产品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小，因此本实施例中采用微机电系统能够精确地采集实验设备的姿态数据，同时还保证了实验设备的完整性，不需要将实验设备拆卸后装入体积大、线路复杂的电子传感器。
作为一种可选的实施方式，本实施例中的传感模块11还可以包括振动传感器115。振动传感器115用于检测数控机床或其他实验设备是否处于振动状态以及该振动强度，以便实验人员或监控人员能够实时掌握运行时振动的实验设备的状态。本实施例中的振动传感器115可以为电涡流位移传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离，它是一种非接触的线性化计量工具，能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流位移传感器在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析、振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数，如轴的径向振动、振幅以及轴向位置，因此电涡流位移传感器具备长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点。
电涡流位移传感器具有一体式和分体式的设计，分体式传感器具有更好的测量精确性，而一体式具备更好的安装便捷程度。可选地，本实施例中的电涡流位移传感器采用一体式设计。
请参考图3，图3为本发明第一实施例提供的一种数据传输模块的连接示意图。
考虑到传感模块11的传感器件耗电量较小，可以采用物联网技术对其进行数据上传，本实施例中的实验设备管控系统10还可以包括数据传输模块14，数据传输模块14可以包括物联网子模块和WiFi子模块，物联网子模块与传感模块11以及认证终端12连接，WiFi子模块与服务器13连接。
作为一种可选的实施方式，物联网子模块可以采用低功耗广域物联网通信模块，低功耗广域网络是面向物联网中远距离和低功耗的通信需求，近年出现的一种物联网网络层技术，低功耗广域网络的技术特点包括：传输距离远、节点功耗低、网络结构简单和运行维护成本低。可选地，本实施例中的物联网子模块为ZigBee模块。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。简单的说，ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站，通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee是一个由可多到65535个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点，同时移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币，极大地降低了通信设施的成本。
应当理解是，在其他可选的实施例中，物联网子模块还可以是LoRa模块或其他低功耗广域物联网通信模块。
物联网子模块用于接收传感模块11上传的传感数据，并通过WiFi子模块将传感数据传输至服务器13。进一步地，本实施例还可以通过物联网子模块接收认证终端12上传的认证信息，并通过WiFi子模块将认证信息传输至服务器13。
认证终端12包括门禁装置和设备锁，其中，门禁装置设置在实验室门或实验室门附近，设备锁设置在每个实验设备上。
作为一种可选地实施方式，本实施例中的门禁装置包括识别器和控制器，该识别器和控制器均与服务器通信连接。应当理解的是，本实施例中的设备锁也可以与门禁装置相同，包括识别器和控制器。
请参考图4，图4为本发明第一实施例提供的一种识别器和控制器的连接示意图。
本实施例中的识别器可以为生物特征识别器，例如基于高清彩色摄像头的虹膜识别器、基于深度摄像头的结构光人脸识别器、基于平面摄像头的普通人脸识别器、指纹识别器、声纹特征识别器等，同时，上述识别器可以仅仅用于采集实验人员的生物特征，然后将采集到的生物特征通过物联网通信方式传输给数据传输模块14的物联网子模块，然后由数据传输模块14的WiFi子模块传输给服务器13进行实验人员的识别验证，判断实验人员是否为门禁合法人员或实验设备的合法操作人员。服务器13通过数据传输模块14将表示实验人员是否为门禁合法人员或实验设备的合法操作人员的安全信息发送至控制器(控制器可以与识别器共用一个物联网数据传输模块)，由控制器控制实验室门的电子锁或实验设备的启动与关闭。从而提高实验设备的安全性。
作为一种可选的实施方式，本实施例中的识别器还可以是设置在实验设备上或与实验室门的电子锁控制器连接的射频阅读器，在实验人员完成射频应答器(电子标签)的匹配时完成安全认证。在本实施例中采用的射频应答器和射频阅读器为射频识别系统中匹配对应的设备，射频识别(RFID)是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签(即射频应答器)上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波(调成无线电频率的电磁场)，标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。电子射频标签与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。如今常用的RFID频率主要有135KHz、13.56MHz、43.3-92MHz、860-930MHz、2.45GHz以及5.8GHz，其射频信号读取距离和读取速度随RFID频率的增大而增大，因此本实施例中射频应答器和射频阅读器采用的频率为2.45GHz或5.8GHz，以便更加方便快捷地进行身份认证。
应当理解的是，由于射频应答器和射频阅读器还具备定位功能，因此本实施例中还可以在实验设备上安装射频应答器，对重要物品进行实时定位。射频阅读器中包括RSSI寄存器，射频信息处理器能够在所述RSSI寄存器读取射频阅读器从射频应答器接收到数据包时的信号强度，并根据所述信号强度判断射频应答器与射频阅读器的距离。本实施例可以使用此功能进行实验设备的位置监管，还可以控制射频模块自带的处理芯片或其他外接控制芯片在所述距离大于或小于某一预设阈值时向服务器13发送距离提示信息，确定实验设备在其对应的地点。具体地，例如实验设备A的射频应答器向安装在实验室内的射频阅读器发送射频信号，在运行时其被操作人员带离实验室五米以外时，在所述RSSI寄存器读取到的射频信号强度对应的射频应答器与射频阅读器的距离大于五米的预设阈值，则向服务器13发送距离提示信息，以使监控工作人员及时掌握此信息，进而增强实验室及实验设备的安全性。
应当理解的是，本实施例中的服务器13可以是计算机、智能终端、云处理器或其他具备数据处理和逻辑运算功能的电子设备。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。
综上所述，本发明实施例提供了一种实验设备管控系统，所述实验设备管控系统通过传感模块中的电流传感器和电压传感器对实验设备的运行状态进行监控，从而能够掌握实验设备的即时运行状态，提高了实验设备的安全性；同时，还通过门禁装置以及每个实验设备上的设备锁对实验人员的身份进行认证，进一步提高了实验设备的安全性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本发明的多个实施例的装置的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和中的每个方框、以及框图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种实验设备管控系统，其特征在于，所述实验设备管控系统包括：
传感模块，包括设置在每个实验室设备上的电流传感器和电压传感器；
认证终端，包括门禁装置以及设置在每个实验设备上的设备锁；
服务器，与所述传感模块和所述认证终端连接，用于接收处理所述传感模块传来的传感信息，还用于基于所述传感信息以及认证终端传来的认证信息控制所述门禁装置和所述设备锁的开闭。
2.根据权利要求1所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述实验设备管控系统还包括数据传输模块，所述传感模块和所述认证终端均通过所述数据传输模块与所述服务器通信连接。
3.根据权利要求2所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述数据传输模块包括物联网子模块和WiFi子模块，所述物联网子模块与所述传感模块以及所述认证终端连接，所述WiFi子模块与所述服务器连接。
4.根据权利要求3所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述物联网子模块为ZigBee模块。
5.根据权利要求1所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述传感模块还包括设置在每个实验设备上的振动传感器和温度传感器。
6.根据权利要求1所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述传感模块还包括设置在每个实验设备上的姿态传感器。
7.根据权利要求1所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述门禁装置包括第一识别器和第一控制器，所述第一识别器设置在实验室门上或所述实验室门附近并分别与所述实验室门的电子锁、所述第一控制器以及所述服务器连接，所述服务器将基于所述第一识别器采集的识别信息获得的所述实验室门的控制指令发送给所述第一控制器，以使所述第一控制器基于所述控制指令控制所述电子锁的开闭。
8.根据权利要求7所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述第一识别器为生物特征识别器。
9.根据权利要求1所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述设备锁包括第二识别器和第二控制器，所述第二识别器设置在每个实验设备上并分别与所述实验设备的电子锁、所述第二控制器以及所述服务器连接，所述服务器将基于所述第二识别器采集的识别信息获得的所述电子锁的控制指令发送给所述第二控制器，以使所述第二控制器基于所述控制指令控制所述电子锁的开闭。
10.根据权利要求1所述的实验设备管控系统，其特征在于，所述第二识别器为生物特征识别器或射频识别器。
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