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开放式实验室管理系统设计与开发摘要:实验室是培养学生创新能力,提高实践能力的重要场所。
高校要利用信息技术和计算机技术对实验室进行开放式管理,实现实验室的全方位开放,有利于提高实验室的管理水平,提高使用率;增强学生参与度与用户体验。
关键词:开放式实验室模块Struts Hibernate Ajax Spring 实验教学和实验室管理是一项多因素综合的系统工程,其理论研究、技术进步、硬件发展、实践应用结合紧密。
在计算机技术、网络技术与信息技术不断发展与普及的今天,高校的实验教学与管理应当融合这些先进技术和手段,从教学内容、形式和手段上推陈出新,从管理模式上寻求新的方式。
通过设计开发,本系统可以为学生提供一个网上平台,学生只要在任何一台上网的计算机,并通过用户验证登录后,就可以浏览所要了解的实验信息,除了可以对本专业的实验进行预约之外,还可以通过系统提供的查询功能找到自己感兴趣的实验进行预约、查询等,促进学生学习的积极性。
本系统为教师提供在线查看学生的实验报告、批改实验报告等。
系统的管理员要对实验室信息,实验信息,学生信息,老师信息进行管理。
系统超级管理员可在线进行系统信息更新和维护。
开放式实验室管理系统把教师从繁重的实验管理工作中解脱出来,投入到实验教学方法和内容的研究上来,从而提高实验管理水平。
1 系统功能模块分析与设计经过参考各大高校现有的开放式实验室管理系统及参考本校实际,本系统主要包含如下模块:学生模块;老师模块;系统管理员模块;系统超级管理员模块。
1.1 学生模块学生模块主要有如下功能:修改个人信息;查看实验信息;预约实验;取消预约;查看预约信息;提交实验报告;查看实验结果。
1.2 老师模块老师模块的主要功能包括:修改个人资料;批改实验报告。
1.3 管理员模块管理员模块的主要功能有:管理实验室信息;管理实验信息;管理学生信息;管理老师信息;添加实验室信息;添加实验信息;添加老师信息;修改个人资料。
智能实验室管理系统的设计——智能电源控制系统的设计智能实验室管理系统的设计--智能电源控制系统的设计摘要紧跟人才市场的需求，各大高校日益注重实践教学，培养创新型、实用型人才。
其中，实验室作为培养学生动手能力的场所，在教学过程中扮演着重要的角色。
为了更高效率地配合教学，摆脱传统实验室繁琐混乱的管理模式，本文将从实验室的电源改造开始，进行实验室智能电源控制系统的设计。
本次设计选择STM32系列单片机为主控制器。
以机智云为云服务平台，手机APP为客户端，基于WIFI模块与云服务平台进行通信，构建物联网。
实现实验室各个电源开关的远程控制。
运用RFID技术，配合校园卡，只有刷卡验证通过，给设备上电的插座才能通电。
实现刷卡取电和记录使用者的信息。
关键词：STM32； WIFI模块；远程控制；RFID技术；Design of Intelligent Laboratory Management System--Design of Intelligent Power Supply Control SystemAbstractKeeping up with the demands of the talent market, major universities are increasingly focusing on practical teaching, to train innovative, practical talents. Among them, the laboratory as a place to train students hands-on ability, as an important role in the teaching process. In order to cooperate with teaching more efficiently and get rid of the tedious and chaotic management mode of the traditional laboratory, this paper will start with the power supply transformation of the laboratory and design the laboratory intelligent power supply control system.This design chooses the STM32 series single chip microcomputer as the main controller. With Gizwits as the cloud service platform, and the mobile APP as the client,communication with cloud service platform based on WIFI module , build the Internet of Things. Realize the remote control of each power switch in the laboratory. Using the RFID technology and thecampus card, the socket that powers on the device can only be powered if the card is verified. Realize swiping card to get electricity and record user information.Keywords: STM32; WIFI module; remote control; RFID technology;目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景及意义 (1)1.2 国内外发展现状 (1)1.3 本设计研究内容和主要工作 (2)第二章相关技术与设计方案 (2)2.1 技术分析 (2)2.1.1 WIFI通信技术 (2)2.1.2 云平台 (3)2.1.3 RFID无线射频识别技术 (4)2.2 总体设计方案 (4)第三章智能电源控制系统的硬件设计 (6)3.1 主控部分 (6)3.2 模块部分 (8)3.2.1 ESP8266-01S (8)3.2.2 RFID—RC522 (10)3.2.3 光耦继电器 (12)3.2.4 电压转换模块 (13)3.3 硬件电路图 (14)第四章智能电源控制系统的软件系统设计 (14)4.1 机智云平台 (15)4.2 机智云开发流程 (15)4.3 程序移植 (18)4.3.1 使用STM32CubeMX软件辅助生成驱动文件 (18)4.3.2 用KEIL 5软件完善程序 (20)4.4 WIFI模块烧录机智云固件 (24)4.5 RFID-RC522模块的功能设计 (27)4.6 本章小结 (28)第五章系统调试 (28)5.1 模块调试 (28)5.1.1 调试WIFI模块 (28)5.1.2 调试RFID模块 (30)5.2 完整的硬件调试 (31)5.3 调试总结 (32)第六章结论 (33)第七章展望 (33)参考文献 (35)谢辞 (36)附录 (37)第一章绪论1.1 研究的背景及意义随着国内经济和科技的发展速度不断加快，社会需要各个领域的人才不断地融入市场。
基于嵌入式单片机的实训室智能监控系统设计、仿真与实现目录1. 内容概述 (2)1.1 背景介绍 (3)1.2 研究目的和意义 (3)1.3 论文组织结构 (4)2. 嵌入式单片机技术概述 (5)2.1 嵌入式系统定义 (7)2.2 单片机技术介绍 (7)2.3 嵌入式单片机应用现状与发展趋势 (9)3. 实训室智能监控系统需求分析 (11)3.1 实训室管理现状 (12)3.2 智能监控系统功能需求 (13)3.3 系统设计原则与目标 (15)4. 智能监控系统设计 (15)4.1 系统架构设计 (18)4.2 硬件设计 (19)4.2.1 主要硬件设备选型 (21)4.2.2 硬件电路设计与实现 (23)4.3 软件设计 (24)4.3.1 软件开发环境搭建 (25)4.3.2 软件功能模块划分 (27)4.3.3 软件算法选择与优化 (29)5. 系统仿真与实现 (30)5.1 仿真工具选择与应用 (31)5.2 系统仿真流程 (32)5.3 仿真结果分析 (33)6. 系统测试与性能评估 (34)6.1 测试环境搭建 (36)6.2 系统功能测试 (37)6.3 系统性能测试 (39)6.4 测试结果分析与性能评估 (40)7. 系统应用与效果分析 (41)7.1 系统在实际中的应用情况 (42)7.2 应用效果分析 (43)7.3 存在问题及改进措施 (45)8. 结论与展望 (46)8.1 研究成果总结 (47)8.2 研究不足之处与展望 (48)1. 内容概述本系统旨在设计、仿真并实现基于嵌入式单片机的实训室智能监控系统。
该系统以嵌入式单片机为核心，整合了传感器、网络通信和用户界面等技术，能够实现实训室的实时监测、状态感知和远程控制。
系统架构设计：介绍系统整体框架，包括硬件平台、软件架构、传感器节点、通信模块以及用户界面等组成部分。
硬件电路设计：详细描述嵌入式单片机电路板设计，并说明传感器(如温度传感器、湿度传感器、摄像头等)、网络模块以及控制输出电路的具体原理和实现细节。
理工学院本科生毕业设计（论文）（二号、黑体、居中）学院（系）：电子与电气工程系专业：电气工程及其自动化学生：张会昌指导教师：张凤蕊（四号、黑体、居中）完成日期 2010 年 5 月（四号、黑体、居中）理工理工学院本科生毕业设计（论文）（四号、宋体、居中）基于C8051F020单片机的综合实验教学系统设计与开发 ——实验开发板硬件电路设计C8051F020 MCU-based Integrated Design and Development of Experimental Teaching System ——Experimental development board hardware circuit design(Times New Roman 16)总计： 毕业设计（论文） 页表 格： 个插 图 ： 幅（五号、宋体）本页面为内封格式。
左侧空白栏目按实际情况填写。
基于C8051F020单片机的综合实验教学系统设计与开发——实验开发板硬件电路设计电气工程及其自动化专业张会昌【摘要】本文探讨了一种使用以C8051F020为代表的片上系统(SOC)单片机为核心的单片机实验系统设计，该系统可以实现专业基础课、专业课(单片机原理与应用，接121技术等)、课程设计和毕业设计的实验，进而提高学生的实验能力和动手能力，提高教师授课质量。
本系统具有两大主要功能：(1)提供两种操作平台，既可独立工作，也可与PC机联机工作。
(2)适用于《单片机原理与应用》、《单片机接口技术》等课程教学。
全文针对实验系统各部分的功能特点，在控制器芯片选型、硬件电路设计方面进行了详细的阐述，此外还论述了C8051F020单片机的集成开发环境。
阐述围绕三部分进行：首先，对该实验系统的结构和美国德州Cygnal公司的C8051F020芯片作了总体的介绍；其次，详细介绍了在硬件方面所做的工作，硬件上主要完成了各功能模块的分析与设计，并利用Protel99SE软件绘制出了系统电路原理图，在电路板的布局、布线过程中，采用了一系列有关硬件抗干扰的技术，最终制作出了符合设计要求的PCB板.【关键词】SOC单片机；DXP2004；电路设计；抗干扰C8051F020 MCU-based Integrated Design and Development of Experimental Teaching System——Experimental developmentboard hardware circuit designElectrical Engineering and Automation Specialty ZHANG Hui—changABSTRACT: This article want to argue how to develop the single chip microcomputer test chest based on SOC single chip microcomputer representing with C8051F020，this new test chest is aimed at the profession basic classes,the profession classes(single chip microcomputer principles and apply, interface technology etc．)，class designation and graduating designation，at the same time，it will improve student’S experiment practical capability,operating a bility and the teacher’S quality of giving lessons．The new experiment system on SOC single chip microcomputer has two mainly functions：(1)It offers two operating platforms，can independently work,also can work connecting with PC．(2)It adapts to the teaching of the classes：the principle and interface of single chipmicrocomputer,the interface tecolonogy of single chip microcomputer．This article set forth in every detail and particular about how to select types of controller chip and how to design the circuit of hardware，in addition elaborate the integrated development environment of C8051F020 single chip microcomputer．The elaboration include three parts：firstly,general introduce the structure of experiment system and the C8051F020 chip of the Cygual company in American Decssarce state secondly,give a detail introduction from the hardware．At the hardware，the article mainly finish the ananlysis．and designationg of every functional model，and use the DXP2004 to draw the diagram of system circuit principle，in the process of make the circuit board，we adopt a series of techlonogy about hardware interdisturb，last make a PCB board adapting to our designation demand；Key words：SOC；Protel99SE；electric design；interdisturbe目录1 引言 (5)1.1单片机的发展历程及SOC单片机的出现 (5)1.2单片机国内的发展现状及趋势 (6)2 SOC新型实验系统的总体设计 (6)2.1 系统的总体规划 (6)2.2 系统中有关功能模块的简单介绍 (7)3 SOC单片机——C8051F020 (8)3.1 C8051FXXX系列SOC单片机简介 (8)3.1.1 C8051FXXX系列SOC单片机的组成 (8)3.1.2 C8051Fxxx系列SOC单片机的特点 (10)3.2 C8051F020单片机 (11)3.2.1 C8051F020的主要特点 (11)3.2.2 C8051F020单片机的组成 (14)3.3.2集成开发环境 (14)4 硬件电路的设计和实现 (16)4.1系统主要功能模块硬件电路的设计 (16)4.1.1 C8051_Core (16)4.1.2 存储器模块 (17)4.1.3 CPLD模块 (18)4.1.4电源模块 (19)4.1.5输入输出模块 (19)4.1.6 LCD显示模块 (21)4.1.8实时实钟模块 (22)4.1.9 A/D和D/A采集模块 (24)4.1.10 以太网通讯模块 (24)4.1.11 USB从模式通讯模块 (25)4.2 电路的各种抗干扰措施及其实现 (28)4.2.1电源模块的抗干扰设计 (28)4.2.2 实验系统接地方法 (28)4.2.3 0欧姆电阻的引入 (29)4.2.4信号传输中的抗干扰措施 (30)5 PCB板的设计与实现 (30)5.1 PROTEL99SE软件的简介 (30)5．2绘制实验系统的原理图与PCB板的制作 (32)5.2.1 实验系统的原理图设计 (32)5.2.2实验系统PCB板的设计 (33)6 结论 (35)1 引言1.1单片机的发展历程及SOC单片机的出现单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。
一、摘要现有的大学实验室设备使用管理系统（设备使用记录、设备维修记录、设备借用记录、实验开设记录）是单一的纸质化管理，即学生老师需要填写诸如《实验设备使用登记表》、《实验设备使用情况表》等一系列繁琐复杂的表格，而且实验室电源供电通常是统一供电给电，既手续复杂浪费时间又不能做到资源的合理利用。
为了解决这一问题，本文中设计了一款低成本、高性能的实验设备使用管理系统。
该系统包括用户端和管理服务器端。
用户端主要由HOLTEK单片机模块、RFID射频识别模块、LCD模块、矩阵键盘模块、无限发送模块、继电器试验台电源模块组成，可以实现对学生登录信息与求助信息的控制与发送；服务器端由服务器管理端主要由无限接收模块、PC机管理系统构成，可以实现对学生实验记录信息智能化管理。
老师可通过学生的在实验台的一卡通扫描结果，电子登记学生记录，并且给电。
这样较大程度地为学生使用和老师管理实验室提供便利，有效提高实验室管理质量以及效率。
本作品图文声并茂，易识别，可实现无线智能化实验室设备管理。
二、作品介绍1、创作动机随着中国现代化教育的进展和经济的快速发展，实验室在学校越来越普及。
要理解和运用课堂上的知识，就少不了在实验室的验证和探索。
实验室的地位越来越高，实验室的功能也越来越齐全。
然而，伴随而来的实验室纸质化管理问题变得日益严重：首先，学生在使用实验室时，老师为登记使用者记录，学生不得不填写诸如《实验设备使用登记表》等纸质表格，并且在使用完之后还要填写《实验室使用情况记录》等表格。
手续复杂，浪费纸张。
其次，实验室的供电系统通常都是一体化的，这种情况下，假若只有少数几组学生来做实验，必将造成实验室电力，人力资源的浪费。
2、创作目的基于以上使用纸质化管理实验室情况以及引起的各种问题和不便，本项目致力于设计出一种实验室智能化管理系统。
当学生来到实验室要使用实验台时,只需用一卡通在射频接收机上刷卡,在另一个房间的老师即能通过无线接收实验台使用信息,并且决定是否给予电力。
基于单片机的开放实验室管理系统设计
作者：张盛耀段渝龙
来源：《中国新通信》2013年第19期
【摘要】本文设计的开放实验室管理系统，以STC89C54单片机为主控芯片，
ZLG240128F触摸液晶屏为人机交互接口，通过上位机软件对学生数据信息进行存储和管理，能实现实验室人员出入门禁管理和实验室预约开放的功能。
【关键词】单片机开放实验室门禁上位机
一、引言
传统的实验室管理方式侧重于实验室器材、设备等资产管理，采用人工值守，实验项目安排不够灵活，管理模式封闭，造成教学资源浪费。
针对这一问题，本文设计了一个“实验室门禁系统”来协助实验室管理，具有实验室人员出入门禁管理和实验室预约开放两大功能，实现了无人值守管理以及业余时间实验活动预约。
二、系统方案与结构
开放实验室门禁系统的总体结构图如图1所示，分为下位单片机部分、RS232接口电路部分、上位PC机部分。
下位机是一个以STC89C54单片机为核心控制芯片，采用基于RA8806控制器驱动、带触摸功能的LCD作为人机交互的接口，结合人体热释传感器构建的服务区监测模块，控制驱动电路用来控制门锁。
上位PC机作为数据中心和管理中心，放置在实验室内，主要用来实现学生数据信息存储，对接收来自下位机的用户信息进行核对，若用户ID和密码等信息正确就通知下位机放行，并对进出入时间等信息进行记录。
三、单片机部分设计
3.1硬件部分设计
从系统总体设计方案中可知，本系统硬件电路设计的中心架构为：MCU最小系统、触摸屏LCD人机交互接口电路、RS-232接口电路和服务区检测电路。
其核心部分为单片机和LCD 人机交互接口部分，如图2所示。
人机交互接口电路，主要完成门禁系统与普通来访者的交互对话，提供给用户良好的使用界面，获取用户输入的账户信息，并将管理端反馈的验证信息反馈给用户。
设计时，采用深圳市卓立恩科技有限公司的ZLG240128F液晶，结合单片机控制电
路实现。
RA8806内建一组10位ADC和相应的控制电路，连接四线式电阻式的触控屏幕，针对触碰位置，系统将分压所得电压值进行A/D转换，将返回一组X、Y的坐标值。
四、上位机程序设计
4.1数据库设计
本文采用Access数据库作为实验室门禁系统的数据库，因为实验室门禁系统所管理的信息量不是很大，可以满足要求，并且与编写管理主程序采用的Visual Basic 6.0兼容性较好，使用简单，管理方便。
数据库模块中包括用户基本信息数据库、用户预约信息数据库、以及出入记录数据库三个子模块。
根据出入记录模块的功能要求，我们可以得到想要获得信息的每一条纪录，包含学生的学号、姓名、班级、登陆日期、登录时间等基本信息。
为了实现实验室的预约功能，我们单独建立一张预约记录表。
根据功能需要，表中应包含学号、姓名、专业、预约日期、是否获得批准等预约信息。
4.2上位机软件界面设计
本系统的上位机应用程序采用Microsoft公司的开发软件Visual Basic6.0进行编写，主要包括以下三个部分：登陆界面、程序主界面、预约界面。
（1）登陆界面可以以管理员身份或普通用户身份登陆，区别是管理权限不一样，管理员具有最高权限。
（2）程序主界面如图5所示，它是上位机软件的核心模块，该窗体包括五个功能模块，即管理员账户管理、学生基本信息管理、学生出入记录管理、预约信息管理和串口通信设置。
（3）预约界面如图6所示，该窗体主要完成预约信息的显示和管理。
4.3上位机和下位机之间的通信
上下位机之间的通信采用请求-应答的方式，即首先由单片机发送带有标识符的字符串给上位机，如图7所示。
上位机根据标识符判断发送数据的有效性，对于无效的数据直接丢弃不作处理，有效数据则根据标识符采取不同的应答措施，这样可以节省大量用于建立连接的握手过程，在满足系统需求的基础上简化通信程序。
上下位机之间通过串口通信协同工作，设计完成后，整个系统工作流程如图8所示。
五、结语
本文设计的开放实验室管理系统，可以协助实验室的开放管理，具有实验室人员出入门禁管理和实验室预约开放的功能，基本上能满足实验室开放管理的要求。
参考文献
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