CN114971587B - 一种基于物联网的智慧实验室管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的智慧实验室管理系统，涉及物联网技术领域，通过为每个实验设备与实验器材分配编号并安装GPS定位系统；预先记录每个实验中每个步骤所需要使用的实验设备以及实验器材；并将每个步骤进行编号；最后通过实验人员输入实验名称获取实验每个步骤对应的实验设备以及实验器材，查找对应未被占用的实验设备与器材集合，在电子屏幕中展示；进一步的，通过在乘装实验材料的容器下安装压力传感器，通过压力传感器与预设的压力阈值之间的关系，判断实验材料的剩余数量是否处于短缺状态；解决了实验室内实验设备、实验器材以及实验材料容易丢失以及短缺的问题。

Description

一种基于物联网的智慧实验室管理系统
技术领域
本发明属于实验室管理领域，涉及物联网技术，具体是一种基于物联网的智慧实验室管理系统。
背景技术
实验作为教学过程中不可缺少的一环，培养学生的观察和实践动手能力，养成实事求是的严谨科学态度，激发学生的学习兴趣都有着举足轻重的作用。但是在实际实验过程中，由于实验室设备、器材以及材料的管理上的疏忽，学生在实验的过程中，可能会发现部分实验设备或器材丢失或缺少的情况，或者在需要使用实验材料时，发现实验材料短缺；从而导致实验难以进展的问题；
为此，提出一种基于物联网的智慧实验室管理系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于物联网的智慧实验室管理系统，该一种基于物联网的智慧实验室管理系统通过为每个实验设备与实验器材分配编号并安装GPS定位系统；预先记录每个实验中每个步骤所需要使用的实验设备以及实验器材；并将每个步骤进行编号；最后通过实验人员输入实验名称获取实验每个步骤对应的实验设备以及实验器材，查找对应未被占用的实验设备与器材集合，在电子屏幕中展示；进一步的，通过在盛装实验材料的容器下安装压力传感器，通过压力传感器与预设的压力阈值之间的关系，判断实验材料的剩余数量是否处于短缺状态；解决了实验室内实验设备、实验器材以及实验材料容易丢失以及短缺的问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于物联网的智慧实验室管理系统，包括设备器材登记模块、重量监控模块、实验流程登记模块、可视化模块、重量分析模块以及提醒模块；
其中，所述设备器材登记模块主要用于将实验室内的实验设备以及实验器材登记在可视化模块；
将实验设备与实验器材按实验设备类型以及实验器材类型进行编号；编号的方式为实验设备或实验器材名-数字编号；
在实验设备以及实验器材上均安装有GPS定位装置以及无线信号收发装置；其中，GPS定位装置主要用于实时定位实验设备以及实验器材；GPS定位装置通过电气方式将实时位置发送至无线信号收发装置；所述无线信号收发装置预先保存有实验设备或实验器材的编号；无线信号收发装置实时将实验设备或实验器材的编号与位置通过无线网络发送至可视化模块；
其中，所述重量监控模块主要用于监控实验材料的剩余重量；
可以理解的是，实验材料一般是由特定的容器盛装；每个容器内所盛装的材料一般为同一种；将每个容器进行编号；编号的方式为实验材料名-容器名-数字编号；
在每个容器底部安装一个压力传感器；当容器被放置时，压力传感器检测出压力信息；所述压力传感器通过无线网络方式实时将压力数据以及容器编号发送至重量分析模块；
其中，所述实验流程登记模块主要用于记录各项实验所需要使用的实验设备和实验器材、实验设备和实验器材的使用顺序以及实验材料的使用数量；
所述实验流程登记模块包括一个数据存储设备，在所述数据存储设备中预先通过人工方式录入每个实验每个步骤所需要的实验设备、实验器材以及实验材料的用量；
为了更便于录入数据的管理，录入的实验按实验名称的字典序使用数字进行编号；将每个实验的每个步骤进行编号；编号的方式为实验编号-步骤编号；将实验名与实验编号的对应关系保存在数据存储设备中；
所述实验流程登记模块与所述可视化模块以电气方式连接；
所述可视化模块主要用于在实验人员做实验时，提供一个交互式平台；所述交互式平台主要用于根据用户需要开展的实验，为用户展示每个步骤所需要的实验设备和实验器材的位置；
所述可视化模块包括一个电子屏幕、一个人机交互装置以及一个第二数据存储设备；所述人机交互装置可以为触摸屏或键盘；
第二数据存储设备用于保存每个实验器材以及实验设备的工作状态；所述工作状态为已被占用和未被占用两种；保存的内容为每个实验器材以及实验设备的编号与工作状态的对应关系；预先将所有实验设备以及实验器材的工作状态标记为未被占用状态；
所述可视化模块为用户展示每个步骤所需要的实验设备和实验器材的位置包括以下步骤：
步骤S1：实验人员通过人机交互装置输入需要开展的实验名称；
步骤S2：所述可视化模块根据实验名称从实验流程登记模块获取该实验名称对应的实验编号；
步骤S3：根据实验编号，获取该实验编号下每一个步骤需要的实验设备以及实验器材；
步骤S4：从第二数据存储设备中按编号从小到大的顺序，查找工作状态为未被占用的每个实验设备以及实验器材的编号；将查找到的实验设备编号集合标记为M，实验器材编号集合标记为N；
步骤S5：所述可视化模块从设备器材登记模块发送的实验设备以及实验器材的GPS定位中，找出编号集合M中的所有实验设备位置以及编号集合N中的所有实验器材位置；
步骤S6：将第二数据存储设备中实验设备编号集合M以及实验器材编号集合N中的实验设备以及实验器材的工作状态标记为已被占用状态；
步骤S7：将实验设备集合M以及实验器材集合N中的实验设备以及实验器材位置在电子屏幕上高亮展示；进一步的，在实验设备以及实验器材位置上方标记出对应的实验设备名称和实验器材名称以及需要使用的步骤；
步骤S8：实验人员在实验结束时，通过人机交互装置发送实验完成信号；所述第二数据存储设备将实验所使用的所有实验设备以及实验器材工作状态标记为未被占用状态；
所述重量分析模块主要用于分析实验材料的剩余重量；
所述重量分析模块分析实验材料的剩余重量包括以下步骤：
步骤P1：所述重量分析模块从重量监控模块获取每个容器下压力传感器感应的压力；
步骤P2：可以理解的是，不同的材料，密度有所不同，放置在同一个容器内的重量也不同；对于不同的容器，容积有所不同，放置同一种材料的重量也有所不同；因此，对于不同的实验材料放置在不同容器内的情况，预先通过人工方式设置不同的重量阈值τab；其中a表示实验材料，b表示容器；重量阈值τab根据实际经验设置；
步骤P3：预先根据实际经验设置时长阈值t，在时长阈值t内，压力传感器感应数值没有变动时，视为有效压力；当有效压力小于重量阈值τab时，发送材料短缺信号至提醒模块；所述材料短缺信号包括容器编号；
其中，所述提醒模块主要用于提醒实验人员实验材料短缺。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过为每个实验设备与实验器材分配编号并安装GPS定位系统；预先记录每个实验中每个步骤所需要使用的实验设备以及实验器材；并将每个步骤进行编号；最后通过实验人员输入实验名称获取实验每个步骤对应的实验设备以及实验器材，查找对应未被占用的实验设备与器材集合，在电子屏幕中展示；进一步的，通过在盛装实验材料的容器下安装压力传感器，通过压力传感器与预设的压力阈值之间的关系，判断实验材料的剩余数量是否处于短缺状态；解决了实验室内实验设备、实验器材以及实验材料容易丢失以及短缺的问题。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于物联网的智慧实验室管理系统，包括设备器材登记模块、重量监控模块、实验流程登记模块、可视化模块、重量分析模块以及提醒模块；
其中，所述设备器材登记模块主要用于将实验室内的实验设备以及实验器材登记在可视化模块；
实验设备主要为开展实验需要的机械设备；实验器材为开展实验需要的器皿工具等物品；
将实验设备与实验器材按实验设备类型以及实验器材类型进行编号；编号的方式为实验设备或实验器材名-数字编号；例如：温度计-1，表示第1个温度计；
在一个优选的实施例中，在实验设备以及实验器材上均安装有GPS定位装置以及无线信号收发装置；其中，GPS定位装置主要用于实时定位实验设备以及实验器材；GPS定位装置通过电气方式将实时位置发送至无线信号收发装置；所述无线信号收发装置预先保存有实验设备或实验器材的编号；无线信号收发装置实时将实验设备或实验器材的编号与位置通过无线网络发送至可视化模块；
其中，所述重量监控模块主要用于监控实验材料的剩余重量；实验材料为开展实验所需要的固体或液体的实验所需的物质；
可以理解的是，实验材料一般是由特定的容器盛装；每个容器内所盛装的材料一般为同一种；将每个容器进行编号；编号的方式为实验材料名-容器名-数字编号；例如：双氧水-玻璃瓶-1，表示盛装有双氧水的第一个玻璃瓶；
在一个优选的实施例中，在每个容器底部安装一个压力传感器；当容器被放置时，压力传感器检测出压力信息；所述压力传感器通过无线网络方式实时将压力数据以及容器编号发送至重量分析模块；
其中，所述实验流程登记模块主要用于记录各项实验所需要使用的实验设备和实验器材、实验设备和实验器材的使用顺序以及实验材料的使用数量；
可以理解的是，实验的过程一般是按照一个既定步骤展开；每个步骤使用特定的不同的实验设备、实验器材以及实验材料；
所述实验流程登记模块包括一个数据存储设备，在所述数据存储设备中预先通过人工方式录入每个实验每个步骤所需要的实验设备、实验器材以及实验材料的用量；
为了更便于录入数据的管理，录入的实验按实验名称的字典序使用数字进行编号；将每个实验的每个步骤进行编号；编号的方式为实验编号-步骤编号；例如：1-1表示编号为1的实验的第一步；将实验名与实验编号的对应关系保存在数据存储设备中；
所述实验流程登记模块与所述可视化模块以电气方式连接；
所述可视化模块主要用于在实验人员做实验时，提供一个交互式平台；所述交互式平台主要用于根据用户需要开展的实验，为用户展示每个步骤所需要的实验设备和实验器材的位置；
所述可视化模块包括一个电子屏幕、一个人机交互装置以及一个第二数据存储设备；所述人机交互装置可以为触摸屏或键盘；
可以理解的是，实验室内往往同时开展不止一组实验；为了避免实验设备或实验器材的抢占问题；第二数据存储设备用于保存每个实验器材以及实验设备的工作状态；所述工作状态为已被占用和未被占用两种；保存的内容为每个实验器材以及实验设备的编号与工作状态的对应关系；预先将所有实验设备以及实验器材的工作状态标记为未被占用状态；
所述可视化模块为用户展示每个步骤所需要的实验设备和实验器材的位置包括以下步骤：
步骤S1：实验人员通过人机交互装置输入需要开展的实验名称；
步骤S2：所述可视化模块根据实验名称从实验流程登记模块获取该实验名称对应的实验编号；
步骤S3：根据实验编号，获取该实验编号下每一个步骤需要的实验设备以及实验器材；
步骤S4：从第二数据存储设备中按编号从小到大的顺序，查找工作状态为未被占用的每个实验设备以及实验器材的编号；将查找到的实验设备编号集合标记为M，实验器材编号集合标记为N；
步骤S5：所述可视化模块从设备器材登记模块发送的实验设备以及实验器材的GPS定位中，找出编号集合M中的所有实验设备位置以及编号集合N中的所有实验器材位置；
步骤S6：将第二数据存储设备中实验设备编号集合M以及实验器材编号集合N中的实验设备以及实验器材的工作状态标记为已被占用状态；
步骤S7：将实验设备集合M以及实验器材集合N中的实验设备以及实验器材位置在电子屏幕上高亮展示；进一步的，在实验设备以及实验器材位置上方标记出对应的实验设备名称和实验器材名称以及需要使用的步骤；
步骤S8：实验人员在实验结束时，通过人机交互装置发送实验完成信号；所述第二数据存储设备将实验所使用的所有实验设备以及实验器材工作状态标记为未被占用状态；
其中，所述重量分析模块主要用于分析实验材料的剩余重量；
在一个优选的实施例中，所述重量分析模块分析实验材料的剩余重量包括以下步骤：
步骤P1：所述重量分析模块从重量监控模块获取每个容器下压力传感器感应的压力；
步骤P2：可以理解的是，不同的材料，密度有所不同，放置在同一个容器内的重量也不同；对于不同的容器，容积有所不同，放置同一种材料的重量也有所不同；因此，对于不同的实验材料放置在不同容器内的情况，预先通过人工方式设置不同的重量阈值τab；其中a表示实验材料，b表示容器；重量阈值τab根据实际经验设置；
步骤P3：可以理解的是，当容器被拿起或倾倒时，压力传感器感应到的压力会短时间内降低甚至变为0；因此，预先根据实际经验设置时长阈值t，在时长阈值t内，压力传感器感应数值没有变动时，视为有效压力；当有效压力小于重量阈值τab时，发送材料短缺信号至提醒模块；所述材料短缺信号包括容器编号；
进一步的，所述重量分析模块将每个容器的重量发送至可视化模块，并通过可视化模块向实验人员展示每种实验材料的剩余量；
其中，所述提醒模块主要用于提醒实验人员实验材料短缺；
在一个优选的实施例中，所述提醒模块接收到材料短缺信号中的容器编号，通过语音播报方式提醒实验人员该容器编号对应的容器内实验材料短缺。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (2)

1.一种基于物联网的智慧实验室管理系统，其特征在于，包括设备器材登记模块、重量监控模块、实验流程登记模块、可视化模块、重量分析模块以及提醒模块；
所述设备器材登记模块用于实时将实验设备或实验器材的编号与位置通过无线网络发送至可视化模块；
所述设备器材登记模块在每个实验设备以及实验器材上安装GPS定位装置以及无线信号收发装置；其中，GPS定位装置用于实时定位实验设备以及实验器材；GPS定位装置通过电气方式将实时位置发送至无线信号收发装置；所述无线信号收发装置预先保存有实验设备或实验器材的编号；无线信号收发装置实时将实验设备或实验器材的编号与位置通过无线网络发送至可视化模块；所述实验设备或实验器材的编号方式为实验设备或实验器材名-数字编号；
所述重量监控模块用于监控实验材料的剩余重量；所述重量监控模块通过无线网络方式实时将压力数据以及容器编号发送至重量分析模块；
所述重量监控模块在每个容器底部安装一个压力传感器；当容器被放置时，压力传感器检测出压力信息；
所述容器用于盛装实验材料；将每个容器进行编号；编号的方式为实验材料名-容器名-数字编号；
所述实验流程登记模块用于记录各项实验所需要使用的实验设备和实验器材、实验设备和实验器材的使用顺序以及实验材料的使用数量；所述实验流程登记模块与所述可视化模块以电气方式连接；
所述实验流程登记模块包括一个数据存储设备，在所述数据存储设备中预先通过人工方式录入每个实验每个步骤所需要的实验设备、实验器材以及实验材料的用量；
录入的实验按实验名称的字典序使用数字进行编号；将每个实验的每个步骤进行编号；编号的方式为实验编号-步骤编号；
所述可视化模块用于在实验人员做实验时，提供一个交互式平台；所述交互式平台用于根据用户需要开展的实验，为用户展示每个步骤所需要的实验设备和实验器材的位置；
所述可视化模块包括一个电子屏幕、一个人机交互装置以及一个第二数据存储设备；所述第二数据存储设备用于保存每个实验器材以及实验设备的工作状态；所述工作状态为已被占用和未被占用两种；保存的内容为每个实验器材以及实验设备的编号与工作状态的对应关系；预先将所有实验设备以及实验器材的工作状态标记为未被占用状态；
所述可视化模块为用户展示每个步骤所需要的实验设备和实验器材的位置包括以下步骤：
步骤S1：实验人员通过人机交互装置输入需要开展的实验名称；
步骤S2：所述可视化模块根据实验名称从实验流程登记模块获取该实验名称对应的实验编号；
步骤S3：根据实验编号，获取该实验编号下每一个步骤需要的实验设备以及实验器材；
步骤S4：从第二数据存储设备中按编号从小到大的顺序，查找工作状态为未被占用的每个实验设备以及实验器材的编号；将查找到的实验设备编号集合标记为M，实验器材编号集合标记为N；
步骤S5：所述可视化模块从设备器材登记模块发送的实验设备以及实验器材的GPS定位中，找出编号集合M中的所有实验设备位置以及编号集合N中的所有实验器材位置；
步骤S6：将第二数据存储设备中实验设备编号集合M以及实验器材编号集合N中的实验设备以及实验器材的工作状态标记为已被占用状态；
步骤S7：将实验设备集合M以及实验器材集合N中的实验设备以及实验器材位置在电子屏幕上高亮展示；
步骤S8：实验人员在实验结束时，通过人机交互装置发送实验完成信号；所述第二数据存储设备将实验所使用的所有实验设备以及实验器材工作状态标记为未被占用状态；
所述重量分析模块用于分析实验材料的剩余重量；所述重量分析模块与提醒模块以无线网络方式连接；
所述重量分析模块分析实验材料的剩余重量包括以下步骤：
步骤P1：所述重量分析模块从重量监控模块获取每个容器下压力传感器检测的压力；
步骤P2：对于不同的实验材料放置在不同容器内的情况，预先通过人工方式设置不同的重量阈值τab；其中a表示实验材料，b表示容器；重量阈值τab根据实际经验设置；
步骤P3：预先根据实际经验设置时长阈值t；在时长阈值t内，压力传感器感应数值没有变动时，视为有效压力；当有效压力小于重量阈值τab时，发送材料短缺信号至提醒模块；所述材料短缺信号包括容器编号；
所述提醒模块用于提醒实验人员实验材料短缺。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧实验室管理系统，其特征在于，所述提醒模块接收到材料短缺信号中的容器编号，通过语音播报方式提醒实验人员该容器编号对应的容器内实验材料短缺。
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