高校新型物联网实验室建设方案的构建研究

发布时间：2020-02-29

　　作为我国战略性新型产业的重要部分，物联网的兴起与发展推动了新一轮信息技术革命的发生，促进了信息化建设在社会中的更好发展。在物联网中，通过对信息传感设备的使用，能够依照相应的协议对物与物、人与物、人与人之间实现全面的互联通信。结合移动通信网、互联网等的使用，能够进一步提升对物质世界的感知能力，推动了决策与控制的智能化发展。目前，我国多数高校对于物联网实验室都更为关注。所以，提出一种先进的、经济的物联网实验室构建方案有着极为重要的意义。

　　一、传统高校物联网实验室的建设现状分析

　　在传统高校物联网实验室的建设中，主要进行了基础实验室、专业实验室以及综合实验室的建设。在基础实验室的建设中，主要让学生掌握的实验的基础技能，包括实验器材的使用、实验仪器的检测等等;在专业实验室的建设中，主要让学生掌握了不同学科的专项技能;而对于综合实验室来说，其主要对学生毕业设计、师生的课题研究等进行了支持与满足。但是，就现阶段物联网实验室的建设来说，并没有实现网络的全覆盖，对于多种实验室的综合管理也没有进行体现，自动化管理、实验数据的保存与获取等依旧需要进一步的优化。

　　二、高校新型物联网实验室的功能需求分析

　　在高校新型物联网实验室中，使用了大数据技术以及物联网技术，能够为广大师生提供更多的数据感知，完成全面的智能分析，实现多方位的互动通信。

　　(一)环境感知的需求

　　环境感知的需求是对高校新型物联网实验室的一项重要的功能需求，需要在实际的设计中进行重点的考量。对于高校新型物联网实验室来说，其个性化、安全化的基础数据普遍来自于实验室的实际环境参数，所以实验室必须要实现对下述集中环境参数的感知：环境感知数据、气体感知数据、光照感知数据、设备感知数据。在环境感知数据中，包含着新型物联网实验室的温湿度、气压等数据;在气体感知数据中，包含着实验室中二氧化碳、颗粒物、有害气体、烟雾等的浓度;在光照感知数据中，包含着实验室的光照与辐射水平等等;在设备感知数据中，包含着对实验室中计算机、试验台、电源、投影仪等设备状态的数据。

　　(二)智能控制的需求

　　在进行新型物联网实验室的建设中，高校要确保在所有的实验室中都设置了对光照、温湿度、烟雾、有害气体等进行感应的传感器。同时，也要建立起综合管理系统，对于新型物联网实验室多种数据信息进行综合的管理与监测。利用这些数据信息，并结合相应的工作人员的实际设置，完成对不同设备的自动开关管理。例如，当实验室中的温度超过相关工作人员设计的温度后，空调设备能够进行自动的开启;当实验室中的光照与辐射强度超过了相关工作人员设置的数值后，窗帘能够进行自动的开启等等。

　　另外，在新型物联网实验室中，所有的设备中都要设置无线射频卡，当设备离开管理区域一定的范围后，由于无法捕捉到相应的信号，则会进行自动报警，使得实验室防盗管理更加便捷与智能。

　　(三)数据分析功能的需求

　　在高校新型物联网实验室中，所有的设备都安装了不同功能的传感器，实现了多种数据信息的采集。相关工作人员可以通过这些数据信息，对实验器材的状态以及使用情况进行分析，结合传感器对设备状态的判断，完成对设备的状态管理。同时，传感器也能够结合设置的标准阈值，自动完成设备运行状况的判断，完成自动报修。一旦实验室中出现异常的情况或是突发事件，例如火灾、漏水等等，物联网管理平台会向相关工作人员自动发送报警信息。结合大数据分析技术，对可能受到影响的实验室、设备等进行分析，并向相关工作人员进行汇报，协助相关工作人员做出处理决策。

　　三、高校新型物联网实验室建设方案的探究

　　(一)高校物联网实验室的新架构及特点

　　近几年，我国的物联网技术更加成熟，发展也日趋完善。在这一阶段中，与物联网技术相关的技术也得到了更好的发展，包括RFID、蓝牙、WiFi、ZigBee 等等。在物联网技术的实现中，基于云端以及云计算的大数据分析技术以及互联网技术发挥出了重要的作用，完成了对于多个物联网设备以及节点的连接，实现了对多种传感器数据信息的获取以及实验室的物联控制。

　　结合上述的分析能够发现，在传统的高校物联网实验室中，局限于原有的电子技术实验室建设，并没有对现阶段物联网发展进行应用与体现。所以，高校必须要加强对物联网技术的认识与应用，积极建设起新型物联网实验室。在进行高校新型物联网实验室的建设中，相关工作人员要确保网络能够在物联网实验室中整体覆盖，且要保证网络多层次的完成覆盖，包括多种移动网络，高速无线网络、传感器网络、有线网络等等。

　　为了能够进一步对物联网实验室中进行的具体实验进行更好的指导与监督，且为广大师生提供更加便捷、可靠性强的实验原始数据保存功能，笔者认为，要将物联网实验室的内部包含的部件、互联网网关、 SOC芯片等，结合实验室中完全覆盖的网络连接至数据库以及云计算服务平台。在这样的条件下，师生利用智能手机、平板电脑等移动网络终端，就能够对实验数据信息进行获取、上传或保存。建立起了基于云的物联网实验室系统集成。

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　　(二)基于物联网新架构的集成实验室构成

　　在进行高校新型物联网实验室的设计与建设中，相关工作人员要确保实验室与当前物联网技术的发展有着极为紧密的联系，在方便相关工作人员的管理、为广大师生提供更好的服务的同时，实现优质人才的培养。基于这样的目标，笔者认为，在进行高校新型物联网实验室的建设中，要确保网络能够在物联网实验室中整体覆盖，且要保证多种移动网络，高速无线网络、传感器网络、有线网络等网络多层次的完成覆盖。

　　同时，相关工作人员还要构建起新型物联网集成实验室的相关系统。在该系统构架中，包含的内容有：试验台、本地服务器、教师计算机、实验仪器仓库、元器件仓库等等。这些组成构件在该系统框架中主要通过下述的方式进行连接：第一，实验室中的实验台与云端进行连接。在这样的连接下，实验台中各个传感器的数据信息能够实时的、准确的上传至云端进行存储。而结合本地投影仪，能够随时对云端中保存的大量传感器数据信息进行查看。第二，实验室中的实验台直接连接于本地服务器。在该种连接下，结合云端的使用，能够完成服务器的与云端的数据连接。此时，高校师生能够通过智能手机、平板等移动终端以及计算机对实验台记录的多种数据信息进行获取。第三，相关工作人员要确保教师计算机要与学生实验台中的MPU建立起通讯连接。在该种连接下，教师能够随时对学生的操作情况进行查看，并直接指导学生展开实际的试验操作，使得教学指导更具有针对性。第四，相关工作人员要在本地实验仪器仓库、元器件仓库中，设置相应的实验仪器以及元器件，供学生借用。

　　综上所述，物联网技术的发展推动了高校实验室建设的改革。本文提出了一种经济性与先进性更强的新型物流网实验室构建方案，相比于传统的物联网实验室来说，实现了多种网络的全面覆盖，方便广大师生对实验数据信息的保存与获取，通过环境数据自动感知、智能控制与数据分析，减轻了相关工作人员的工作量。