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第 1 章 绪论
1.1 实验室管理系统应用 RFID 技术的背景与意义
在如今社会走向智能化和信息化的进程中，物联网技术占据着主导地位。其中物联网技术最为关键的 RFID 技术，即无线射频识别技术所运用的范围也越来越广阔。为了响应我国“智慧中国”的号召，各高校也在进一步实现“智慧校园”，旨在建立信息化及智能化的智慧校园。在这种环境背景下，在很大程度上促进了教育事业的进一步发展，国家及地方都开始重视教育特别是高校的教育，办学规模越来越大。在这种发展趋势下，高校都开始重视硬件建设的实现，尤其实现建设教学实验室，设备及仪器不但数量增加了，种类也越来越多，特别注重保管精密仪器。教学实验室的规模正在扩大，怎样更好的管理及利用设备，实现科学、安全的管理，让教学实验室可以提供更好的服务，发挥相应的积极作用，这是一个亟待解决的重要问题。从传统意义上来说，高校教学实验室的管理模式基本上都是人工管理，这种方式主要是在设备上粘贴可以显示设备型号、规格、名称和购期的标签，标签不容易保存，每隔几年就要换一次。这样管理员的工作强度也就增大了。传统的人工管理模式不适应如今的管理现状主要表现在以下几点：（1）采用人工的方式对设备进行登记，不能很好的实现对设备监管、实时信息查询和安全跟踪，这样容易造成设备丢失，例如丢失鼠标等类似的小设备，这样导致教学及实验过程无法顺利进行，从长远角度来说不利于学生的教育环境，且会导致学校浪费资金。（2）由于人工登记设备，当新购买一批设备时都要对设备进行登记，当设备超过其使用时间就需要人工清查及盘点，工作量大，且容易出现错误。（3）无法准确的表示大型电子仪器设备相关的配置信息及技术参数，且在维修过程中或者是维修时存在问题时无法准确的查询和变更设备信息，过程比较复杂，工作效率很低。（4）在教学过程中教师需要对学生的出勤进行检查，而教务部门要检查教师的教学情况，这样费时费力，且效率比较低。（5）无法实现各教学实验室之间信息的交流。因为学校之间缺乏可以交流的平台，有些学校因为某种原因而导致无法购置一些实验室资源，缺乏这样一个共享平台也就无法实现共享使用。
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1.2 RFID 技术研究现状
物联网这一名词是在 1999 年首次提出，“物联网”这一概念是在 2005 年的全球性信息社会会议上被首次提出。物联网是一种能够实现定位跟踪、监控管理以及智能化识别的网络。其主要是通过一些信息传感设备如：激光扫描器、射频设别、红外感应器、全球定位系统等等，通过有线或是无线的途径来实现物品及互联网之间的连接，通过存储、计算及分析等一些处理方式来建立目标对象其动态及静态的信息知识网络。物联网是在互联网技术基础上发展而来的，是互联网技术的进一步扩展及延伸。物联网的组成部分与互联网的分层次体系结构相似，在此基础上对互联网结构从技术及功能方面的一些扩展[2]。物联网的体系结构一般来说主要有三部分，也就是感知层（泛在化的末端感知网络）、应用层（普适化的应用服务支撑体系）和网络层（融合化的网络通信基础设施）[3]。感知层一般是辨别物体及收集物体的信息，而这一过程主要是通过传感器及RFID 等技术来实现的[4]。网络层是将所收集的信息通过网络的方式精确的传送出去。而应用层是将所接收的信息通过模糊识别、传感器及云计算等一些智能化的途径，来实现对数据信息的处理及分析，进而实现对物体精确的识别、定位、跟踪、监控及管理。2008 年，奥巴马政府及 IBM 共同提出了“智慧地球”这一名词，也就是“智慧地球=互联网+物联网”，从这以后，美国将“智慧地球”纳入国家战略的行列[5]。美国 Digi 公司于 2010 年首次提出了由物联网无线构建的平台，这个平台包括了很多新的无线技术（主要有 ZigBee,WiFi, 蜂窝, 3G 等）和一些常见的物联网应用方面解决方案等[6]。由于“智慧地球”这一名词的出现，我国与于 2009 年“感知中国”的概念，这是一种发展物联网的理念，随着我国物联网研究中心和 CCSA“泛在网”工作组 TC 10 的成立，这在一定程度上促进了我国物联网发展的进程[7]。作为一种新技术，物联网大大的促进了全球信息化。物联网的优势在于，能够节约能源消耗、提高工作效率且能保障安全，可以解决很多目前存在的现实性问题。
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第 2 章 RFID 技术概述
2.1 RFID 技术工作原理
RFID，就是一种电子标签技术，其主要是以无线射频的方式利用磁场或是电磁场来实现非接触式的双向通信，来实现数据的识别及交换。对于速度较高的物体 RFID 技术同样可以对其进行识别，且该技术能够在同一时间段内识别多个目标对象。RFID 技术是在 20 世纪 90 年代被人们普遍的运用，其功能类似于条形码，主要是能让零售业走向自动化及快速化，且该技术的应用使得物流的供应链管理更为透明。RFID 标签主要是在以下几个频段如：低频、高频、超高频及微波等频段运转的，其主要的工作流程如下：阅读器通过天线来发射特殊的一种射频信号，当标签处于工作范围之内就会生成感应电流，这样就会生成能量，激活能被阅读器影响的相关标签；当标签的天线有电流生成，其就会将 EPC 即所存储的一些电子编码发送给阅读器。如果是无源标签，那么当标签不在阅读器的运作区域之内，标签就没办法生成感应电流，如果标签在阅读器的运作区域内，那么标签就会接受来自阅读器的射频信号，这种信号会激活标签的电路，产生感应电流，且标签可以将所接受的射频信号转化成电能，并将电能保存在其电容内，这样就可以相关的后续工作存储能量，实现与阅读器之间信息的交换。对于半无源的标签来说，所接受的射频能量只能激活标签的电路[21]。RFID 系统主要有开放形式的和非开放形式的，也称之为“开环系统”及“闭环系统”。“闭环系统”是指实现对代码赋值、标识对象、数据结构以及编码格式的定义是在一个局域网内进行的，对于同一个局域网来说 RFID 的代码是一定的，RFID的相关数据只可以在一个局域网其子系统之间进行数据的交换及信息的共享。主要的应用范围有以下：财产管理及追踪、员工管理及考勤、以及烟草仓储物流的管理等。“开环系统”是指可以在不同的局域网系统之间来进行数据的交换及信息的共享，所以如果局域网系统不同时，就必须统一的定义编码格式、标识对象、数据结构以及代码赋值[22]，RFID 代码更具有广泛性.
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2.2 RFID 技术标准与优势2
如今 RFID 系统普遍用到的技术标准体系主要有以下三种：即 ISO 国际标准体系、日本的 UID 标准、以及欧美的 RPC 电子产品编码标准[36]。这些标准体系都是为了能够实现 RFID 系统之间的兼容性。日本的 UID 中心是于 21 世纪初所成立的，其主要工作式推广及研究自动识别的技术。它所提出的 UID 标准，关键在于识别码（U Code）。这种识别码的空间有 128 bit、，能够容纳 340×1036 编码的大小，且能够使用 256、384 或是 512位作为单位。识别码能够兼容多种不同的编码。其组成部分主要有： U Code 解析服务器和 U Code、信息系统服务器以及 U 通信器。其中标签有 9 个不同的级别标准。电子产品编码标准 EPC（Electronic Product Code）是由电子产品代码协会所推出来的。事实上，EPC 编码就是一串数字。是由版本号和序列号或是域名管理者或是对象分类字段所构成的。EPC Global 系统是在 EAN-UCC 编码基础之上形成的，主要分为以下三种：即 EPC-256、EPC-64 以及 EPC-96。
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第 3 章 实验室管理系统需求分析.............15
3.1 总体需求分析.............15
3.2 功能需求分析..............16
3.3 性能需求分析..............17
3.4 本章小结..........18
第 4 章 实验室管理系统设计..........19
4.1 系统架构设计.............19
4.2 系统基本工作流程设计.......22
4.3 系统功能设计.............24
4.4 数据库设计......33
4.5 本章小结..........36
第 5 章 实验室管理系统实现与测试.........37
5.1 系统实现..........37#p#分页标题#e#
5.1.1 RFID 编码与通信实现..............37
5.1.2 系统页面展示..... 39
5.2 系统测试...........41
5.2.1 系统功能测试..... 41
5.2.2 系统性能测试..... 42
5.3 本章小结..........43
第 5 章 实验室管理系统实现与测试
5.1 系统实现
5.1.1 RFID 编码与通信实现
在高校实验室管理系统中，对 RFID 系统的设计至关重要。目前最核心的问题是怎样合理及有效的设计系统的相关组成部分。主要是围绕下面四个方向来进行的：即电子标签和中间件、RFID 读写器巡检系统以及数据库服务器。（1）电子标签：主要作用是对实验室设备以及进出实验室人员的相关数据信息以及历史信息进行存储。（2）中间件也称之为标签关联：主要是用来实现关联电子标签和高校实验室人员以及设备的关联，作为识别的标识。（3）RFID 读写器巡检系统：主要是核对和检测高校实验室设备和人员所携带的 RFID 电子标签，且将相关的数据信息存储到 RFID 读写器巡检系统当中，在经过数据信息的核查之后，接着通过 USB 端口数据线的方式在同一时间内等发送到后台服务器端的管理系统中，这样就完成了数据核查的过程。（4）数据库服务器：主要是对实验室相关的参数信息以及基本数据进行存储，实现对 RFID 电子标签相关信息的查询、统计和用户管理等。
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总结
物联网技术能够通过全球定位、射频识别和传感器等方式，实现对目标对象相关信息的收集，且通过各种网络的接入，将信息发送给后台应用系统以实现数据的处理，不但完成了目标对象的智能化感知和识别、管理以及控制，且能够实现人物和物物之间的连接。RFID技术的优势：传播快捷方便、信息量大以及能够实现无线通信，给我们生活的各个方面带来了便捷。为了响应高校“智能化校园”的号召，传统意义上的的管理模式已经不适应目前情况，且逐条扫描的条形码等相关技术在实际运用中的弊端越来越明显。由于RFID技术的开发，数据信息的自动识别成为可能，信息的处理更为便捷和高效。所以，以RFID技术为基础的高校实验室管理系统的相关设计，可以减轻管理员的工作负担，本系统的设计，实现了高校实验室的自动管理，有利于高校的发展。本文所提出的以RFID技术为基础的高校实验室管理系统，能够实现对设备和人员的可视化管理模式，操作起来十分简便，由于自动识别和网络交互等相关技术的使用，保障了人员及设备信息更新的及时性，使实验室的管理更为高效和准确，减少了人工的影响，实现了自动化管理的目标。由于电子标签技术的出现，对射频识别其读写功能有着很高的要求，怎样突破防碰撞的技术瓶颈以达到提高系统读取效率成为目前的研究热点。本文首先是对 RFID 技术的相关概念进行了介绍，然后对 RFID 技术其发展历史和研究现状进行了分析，且对 RFID 系统各个组成部分的工作原理和特点等相关情况进行了详细的阐述，然后在对基于 RFID 技术的实验室管理系统进行了实现，利用 RFID阅读器把实验室设备有关的数据写入到与设备相连的 RFID 芯片中，实现读写及编码对标签。RFID 阅读器可以将不同人员的有关数据写入到与其手机所连接的RFID 芯片当中，实现对标签的读写和编码。读取、处理及发送实验室的设备和人员信息，进出实验室主要有三种人即管理人员、学生及教学教师，这三种人的管理资格也不同。在实现对人员的数据编码时，管理员主要有以下信息：管理员号、姓名、登录密码、所属部门、联系电话、所管实验室编号、所管设备编号、备注等;而教学老师的信息主要有工号、姓名、登录密码、所属部门、联系电话、研究方向、出生日期、备注等;学生的信息一般是学号、姓名、登录密码、班级代号、专业代号、联系电话、备注等。在实验室的进出口都有安装 RFID 装置来实现数据的采集，然后对信息进行及时的处理和传输，通过蜂窝/WiFi 的途径将信息发送给系统其后台服务器，分析和处理信息，并实现对数据的编码设计。
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参考文献（略）
