摘要：手机的使用已十分普遍，计算能力和存储能力强大，可实现较为复杂多样的控制功能，是智能实验室管理系统终端设备的最佳选择。WIFI属于IEEE802.11b无线网络规范，最高带宽可达11Mbps，具有自动调整带宽的能力。本系统着眼于建立一个以WIFI无线网络为依托，RFID和无线传感网络等技术复合的多层通信结构体系，以满足人们对现代化智能实验室的需求。
关键词：手机WIFI；智能实验室；管理系统
引言
为提高实验室的管理效率，本文设计一种基于手机WIFI的智能实验室管理系统。该系统运用嵌入式、Internet通信、WLAN数据传送、WSN无线传感网、RFID和自动控制等技术，以PIC16F690作为主控微处理器，使用WIFI无线局域网传输信息，在Eclipse集成开发环境下，编写一个Android手机客户端软件，并通过无线通讯使与实验室管理有关的各种应用子系统有机结合在一起，通过手机WIFI实现实验室的远程管理和高效管理。
一、系统的总体框架设计
基于手机WIFI的智能实验室管理系统主要由手机终端、Internet服务器、WIFI无线路由器、GPRS通道和智能实验室终端五大部分组成，其逻辑结构关系如图1所示。智能实验室终端负责对实验室数据的实时采集和发送，通过各类传感器模块完成对实验室各类数据的采集，并将数据发送给WIFI无线路由器或GPRS通道。智能实验室也接受二者发送的控制命令，并由底层控制器完成对实验室的实时控制；WIFI无线路由器负责与智能实验室和Internet服务器进行便捷快速通信，实现数据信息和控制命令的传输；手机终端通过安装客户端软件，可通过在WIFI覆盖的环境下查看实验室的实时音视频状况，也能通过发送指令完成对实验室内设备的远程控制；GPRS通道作为补充通信模式，当用户没有处于WIFI覆盖的环境下，可以使用GPRS通道完成对实验室的远程控制。
2.1门禁管理
门禁管理功能的实现主要依靠RFID技术。该系统通过RFID模块读取持有人的证件信息，并与内部事先写入的信息做比较，当信息完全吻合时，PIC单片机控制电子锁，将门打开，实现对进入实验室人员的身份验证和控制，保证实验室的财产安全。
门禁管理子系统使用的RFID模块采用NXP公司研发的非接触式智能卡读写芯片MFRC531，MFRC531利用最新的调制解调技术，支持13.56MHZ下各种类型的非接触式被动通信协议，波特率最高可达424kb/s，使用5V电源供电，采用SPI接口与PCI单片机进行通信。
2.2安防报警
实验室的安防问题一向备受重视，本智能实验室管理系统通过各环境参数传感器的相互配合，实现实验室智能安防报警的功能。安防报警系统包含温湿度检测，人体红外检测，火灾检测和报警功能，使用的传感器主要有AM2301温湿度传感器、R2868火光传感器、NAP-07烟雾传感器、RE2008B热释红外传感器，报警方式包括现场灯光声音报警和远程手机客户端报警两种。
2.3音视频监控
音视频监控子系统为了实现对实验室的实时监控，不仅可以增强实验室的安防报警能力，还能实现对实验过程的实时监控，预防危险发生。该系统采用市面上普遍销售使用的USB摄像头作为视频数据采集装置，采用声音采集器作为音频数据的采集装置。USB摄像头选用Gsou/极速A20，内置高性能CMOS感光元件，免驱动，像素高达1200万，最大分辨率为1600x1200，具有图像清晰，价格适中的特点；声音采集器则选用新型国产LY—901LS拾音器，具有音色纯正，音域宽广的特点。
2.4实验设备控制
由于实验室种类及内部的实验设备多种多样，因此本系统只提出一种使用最为广泛的控制模式，实际应用过程中可根据设备特点进行改造。实验室设备控制系统主要由RE2008B热释红外传感器、PIC单片机和各类继电器组成，实现长时间无人情况下自动断电的功能，不仅节约电能，延长实验设备寿命，还能有效预防火灾的发生。
2.5无线通讯
中央PIC单片机作为各个子系统的上位机，通过串口的方式与下位机进行通信，实现数据和指令的收发，中央PIC单片机则通过WIFI模块和GPRS模块实现与手机客户端的通信。由中央PIC单片机、WIFI模块及GPRS模块组成的无线通讯系统接收由门禁管理、音视频监控、安防报警、实验设备控制等子系统发送的数据，该系统将这些数据通过WIFI模块或GPRS模块发送给管理员，以供查看并做出决定。手机客户端将管理员的指令通过Internet网络或GPRS通道发送给无线通讯系统，无线通讯系统负责将指令发送给相应的子系统，完成对各子系统的控制。
三、手机客户端软件设计
手机客户端软件是以Android为平台，使用AndroidSDK开发包，在Eclipse集成开发环境下进行开发的，该软件设计包含三个方面：登录功能设计、控制功能设计、手机联网设计。
为防止因手机意外丢失造成的管理权限泄露的现象，必须设计登录功能。通过输入用户名和密码的方式实现身份的识别验证，只有验证通过后，用户才能进入控制界面。登录功能的设计不仅加强系统的安全性，也便于实现多人共同管理。手机联网设计则是通过调用SDK开发包中的WIFI程序模块及GPRS程序模块，并根据实际需求进行改编后实现是，实现手机客户端软件与实验室控制终端的连接。
结束语：本文介绍基于手机WIFI的智能实验室管理系统的设计，包括智能实验室终端的硬件设计和手机客户端软件的设计。在当今物联网技术飞速发展的时代，手持智能装备与智能实验室的完美结合实现了现代化实验室的高效便捷管理。
参考文献
[1]芦健，彭军，颜自勇，陈文芗.自学习型智能红外遥控器设计[J].国外电子测量技术，2010.
[2]张锟.基于Android手机的智能遥控器设计[J].电子世界，2012（9）.
论文作者:蔡丽丝
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/3/2
标签：实验室论文; 智能论文; 手机论文; 管理系统论文; 模块论文; 子系统论文; 终端论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;