基于物联网技术的智能实验室的研究与实现

【摘要】未来的世界无疑将是一个伴随着泛在计算和网络的智能化世界，而物联网（theInternetofThings，IoT）会是实现这一目标的重要途径。实验室作为高校用于教学和科研的重要场所，其管理水平在一定程度上对高校的发展起到了影响作用。因此，针对当前实验室管理效率低、信息化程度低的问题，以及为了探索智能实验室的应用需求和特点，本文基于物联网技术对智能实验室系统进行了研究，给出了完整的解决方案，在此基础上搭建了一个智能化实验室系统的模型。论文首先以实验室管理和物联网的发展应用为背景，分析了国内外的相关研究情况，论述了研究智能实验室系统的必要性与现实意义，并对课题的研究内容、技术难点、创新点和内容安排做了说明。其次，从全局的角度出发综合阐述了系统的整体框架和设计方案，详细介绍了系统涉及到的关键技术的背景和内容。系统的整体框架结构来自于物联网体系的分层架构，最上层是以Web服务器、PHP和MySQL等技术搭建的服务器层，对应于物联网中的应用层；中间层是以嵌入式技术为主的网关，对应于物联网中的网络层；最底层是以ZigBee、传感器、微控制器和RFID等技术组织而成的无线传感网络，对应于物联网中的感知层。出于设计、安装和维护的便利性，对无线传感网络采用了分离结构，将其中的节点拆分为ZigBee节点和终端控制器两个部分，前者负责无线网络的组网和信息的传递，后者负责底层具体硬件的数据读取和控制。然后，全面深入讲述了系统各层和各个模块的软硬件设计。系统的网关以ARM处理器为核心，主要负责服务器层和无线传感网络之间的信息转换，并且结合Qt和触摸屏技术对部分信息进行了显示，是整个系统的中间层。无线传感网络建立在ZigBee网络的基础之上，综合运用多种传感器和微控制器、RFID、继电器、电子锁等，实现了环境信息的采集、实验设备的电源控制和门禁等功能。服务器层通过Web服务器和数据库的搭建，方便了管理人员和老师通过远程登录进行相关的监控。最后对根据上述方案设计的智能实验室系统进行了分块和整体的测试。测试结果表明，所设计的智能实验室系统实现了设计前的功能需求，达到了方案设计时设定的各项指标。系统整体层次分明，结构严谨，远程监控稳定可靠，为智能实验室的研究提供了模型。
【作者】王慧渊；
【导师】张珣；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】物联网；智能实验室；嵌入式；ZigBee；服务器；

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