基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统的制作方法
基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于实验室设备的管理领域，涉及一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统。
【背景技术】
[0002]高校实验室设备是高校从事教学、科研及新产品开发的重要物质资源，它的管理好坏直接影响学校教育是否能够正常开展。现有技术中，大部分高校还采用传统的人工操作模式对实验室设备进行管理，即对已有的实验设备信息、使用情况等信息进行人工登记，登记工作繁琐，且效率极低，当需要用到某一项实验设备时，首先需要人工查阅管理档案，然后根据档案记载在设备存放地点进行查找，对于设备的管理非常不方便，严重影响教学质量。同时，传统的设备管理中通过人工登记设备信息，只能标示设备的名称、型号、规格及购期等信息，并通过粘性标签粘贴到相应的设备上，此类标签易篡改且无法动态更新，时间久了还容易脱落，造成无标签信息的设备出现，导致实验设备管理混乱，此外，通过人工对设备信息进行统计、查找容易出错，导致设备管理不到位，不利于实验室科研教学的顺利开展，更不利于当前高校开放实验室的要求，降低了实验设备的利用率，进一步影响高校的教育质量。
【实用新型内容】
[0003]为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型提供了一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，无需人工手写对设备信息进行管理，而通过智能手段对实验设备进行管理、查找，极大地降低了工作人员的工作强度，且提高了设备管理工作的效率。
[0004]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0005]一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，它包括
[0006]一个自动录入实验设备的信息、基于Arduino技术的手持终端设备，以及与实验设备数量相同的基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备固设于一个相应的实验设备上，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。
[0007]作为对本实用新型手持终端设备的限定:所述手持终端设备包括
[0008]用于作为控制中心、基于Arduino技术的第一控制模块，所述第一控制模块具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端；
[0009]用于扫描实验设备对应的条形码信息的条形码扫描模块，其信号输出端连接第一控制模块的扫描信号输入端；
[0010]用于将实验设备信息写入实验设备上的控制器件内，或读取实验设备上控制器件信息的RFID读写模块，所述RFID读写模块连接第一控制模块的信息读写端；
[0011]用于与实验设备上的控制器件进行通信的第一通信模块，所述第一控制模块通过第一通信模块与实验设备上的控制器件相连接；
[0012]用于外部信息输入并进行显示的触屏显示模块，所述触屏显示模块的信号输入端连接第一控制模块的显示输出端，其指令输出端连接第一控制模块的指令输入端；
[0013]用于作为电源动力的第一电源模块，所述第一电源模块的电源输出端通过第一电源转换模块分别连接第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源输入端。
[0014]作为对本实用新型手持终端设备的进一步限定:所述第一控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ；
[0015]所述RFID读写模块为MF RC522芯片；
[0016]所述第一通信模块为XBee模块；
[0017]所述条形码扫描模块采用核心为Vancode M1206芯片的扫描模块；
[0018]所述触屏显示模块为串行、电容型显示屏；
[0019]所述电源模块为锂电池；
[0020]所述第一电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的第一电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述第一电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源端。
[0021]作为对本实用新型手持终端设备的更进一步限定:所述充电电路包括CN3052A芯片及其外围电路；所述第一电压转换电路包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第一转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接ASl117-3.3芯片构成的第二转换电路。
[0022]作为对本实用新型手持终端设备的另一种限定:所述手持终端设备包括外置天线接口和USB接口，所述外置天线接口与USB接口均与第一控制模块相连。
[0023]作为对本实用新型定位节点设备的限定:所述定位节点设备包括
[0024]用于作为控制中心、基于Arduino技术的第二控制模块，所述第二控制模块具有通信端、信息写入端、指示信号输出端、电源输入端；
[0025]用于实现设备ID识别及定位的RFID标签模块，所述RFID标签模块连接第二控制模块的信息写入端；
[0026]用于与手持终端设备进行通信的第二通信模块，所述第二控制模块通过第二通信模块与第一通信模块相连接；
[0027]用于作为电源动力的第二电源模块，所述第二电源模块的电源输出端通过第二电源转换模块分别连第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源输入端；
[0028]用于作为指示设备位置所在的指示模块，所述指示模块的信号输入端连接第二控制模块的指示信号输出端。
[0029]作为对本实用新型定位节点设备的进一步限定:所述第二控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ；
[0030]所述RFID标签模块为MF RC522芯片；[0031 ] 所述第二通信模块为XBee模块；
[0032]所述第二电源模块为干电池；所述第二电源转换模块的输入端连接干电池的正负极，输出端连接所述的第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源端。
[0033]作为对本实用新型定位节点设备的更进一步限定:所述第二电源转换模块包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第三转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第四转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第三转换电路电压输入端连接干电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第四转换电路。
[0034]由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于:
[0035](I)本实用新型具有手持终端设备和定位节点设备，其中手持终端设备能够自动录入每个实验设备的信息，无需人工手写管理，极大地提高了设备管理的工作效率，避免了人工管理出现的错误；而进行管理的每个实验设备上均设有一个定位节点设备，手持终端设备能够与每个定位节点设备进行通信定位，因此，当需要使用某一实验设备时，无需人工翻阅查找，只需要通过手持终端设备就能自动寻找到所需要的设备，同时，由于每个实验设备均具有定位节点设备，因此实验设备的信息无需使用标签进行标示，免除了标签脱落而造成的麻烦；< br>[0036](2)本实用新型的手持终端设备通过条形码扫描模块直接对实验设备上的条形码扫描就可以得到实验设备的信息，无需人工输入，极大地提高了实验设备管理的工作效率，降低了工作人员的工作量，同时避免了人为因素而出现的抄写错误；
[0037](3)本实用新型手持终端设备的条形码扫描模块既可以实现传统的条码标签的信息录入，又可对普通设备的条形码信息进行采集，兼容性高、应用场合多；
[0038](4)本实用新型的手持终端设备设有触屏显示模块，工作人员可以通过该模块进一步对设备进行归类管理，例如通过该模块输入实验设备的类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码等，令实验设备的管理工作更为精确；
[0039](5)本实用新型的手持终端设备设有RFID读写模块和第一通信模块，定位节点设备设有RFID标签模块和第二通信模块，其中RFID读写模块可以将实验设备的信息写入RFID标签模块中，而需要找寻某实验设备时由RFID读写模块由可以读取RFID标签模块内的信息，进而对实验设备进行定位，在需要使用该实验设备时，能够精确地找到该实验设备，且本实用新型的通信可通过RFID读写模块和两个Xbee网络通过无线方式实现，延长了RFID读写距离，方便快捷，大大提高工作效率；
[0040](6)本实用新型的手持终端设备还设有外置天线接口，能提高无线发射和接收功率，实现网络信号较弱时能提供稳定组网；且设有USB接口，能够识别外部USB设备，令本实用新型功能更加完善；
[0041](7)本实用新型手持终端设备的条码扫描模块为性价比较高的OEM模块产品Vancode Ml206扫描模块，该模块景深距离为4_60cm，具有开放式系统架构，易于进行功能配置和升级；
[0042]第一控制模块与第二控制模块均为Arduino Uno控制模块，该模块的处理核心为ATmega2560芯片，该芯片为开源平台，且具有多路串行通信接口、数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)和模拟输入口，串口及I/O资源丰富，降低了开发难度，并使该模块产品化成本大大降低；
[0043]手持终端设备的触屏显示模块采用电容触屏，串行液晶屏，I/O资源占用少，交互性好、速度快、可靠性高；
[0044]第一、第二通信模块均为Xbee模块，其中第一通信模块工作于协调器模式，实现所有XBEE节点网络的管理功能，模块内置定位协议及定位算法，可以实时判断设备节点所处的相对位置，以便高效确定所需实验设备的位置；而第二通信模块工作于普通终端工作模式，内置Zigbee协议栈；第一、第二通信模块均工作于2.4GHz ISM频段，支持低成本的独特需求及低功耗无线传感器网络，只需很小的功率就能保证远程设备之间数据传输的可靠性，降低开发成本和开发周期；
[0045]且两个Xbee模块采用CSMA通信机制，保证了数据通信的可靠性；两个Xbee数据传输采用CRC数据包完整性校验、AES-128加密算法及直序列展频技术，确保整个传输阶段的安全性，提高了抗干扰特性和保密性内嵌Xbee模块，同时两个Xbee模块与所有实验设备识别及定位节点采用ZIGBEE实现组网，克服了蓝牙及WIFI组网的局限性。
[0046]综上所述，本实用新型结构简单、操作方便，极大地提高了实验设备管理的工作效率，且避免了人为错误的出现。
[0047]本实用新型适用于高校实验室的实验设备管理。
【附图说明】
[0048]下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。
[0049]图1为本实用新型实施例的原理框图；
[0050]图2为本实用新型实施例中手持终端设备的原理框图；
[0051]图3为本实用新型实施例中手持终端设备除去电源模块的电路原理图；
[0052]图4为本实用新型实施例中第一电源模块的电路原理图；
[0053]图5为本实用新型实施例中定位节点设备的原理框图；
[0054]图6为本实用新型实施例中定位节点设备除去电源模块的电路原理图；
[0055]图7为本实用新型实施例中第二电源模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0056]实施例基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统实验室设备管理定位系统
[0057]本实施例提供了一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，结构如图1所示，包括:
[0058]一、一个基于Arduino技术的手持终端设备，所述手持终端设备能够自动录入各个实验设备的信息。该手持终端设备具体结构如图2所示，包括:
[0059](一)基于Arduino技术的第一控制模块，用于作为手持终端设备的控制中心，其具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端。本实施例的第一控制模块如图3所示，采用现有技术中的Arduino UNO模块，其核心为ATmega2560芯片U1，该芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)和模拟输入。并通过串行口及SPI接口控制并协调管理下述的XBee模块、RFID读写模块及条形码扫描模块，读取第一 XBee模块、RFID读写模块及条形码扫描模块工作状态，并向这三个模块发送定位、启动、数据传送等控制指令。
[0060](二)条形码扫描模块，用于扫描实验设备上对应的条形码信息，其信号输出端连接控制模块的扫描信号输入端。本实施例的条形码扫描模块如图3所示，采用现有技术中的条形码扫描器U2，直接对实验设备上的条形码进行扫描获得实验设备条形码中携带的信息，并将获得的信息发送至第一控制模块进行存储。
[0061](三)触屏显示模块，用于工作人员外部输入信息并进行显示，所述触屏显示模块的信号输入端连接第一控制模块的显示输出端，其指令输出端连接第一控制模块的指令输入端。本实施例中触屏显示模块采用现有技术中的3.5英寸串行触屏显示模块U3，触屏类型为电容屏，其与第一控制模块的具体连接方式如图3所示。
[0062](四)RFID读写模块，用于将实验设备信息写入实验设备上的定位节点设备内，或读取定位节点设备内存储的实验设备信息。本实施例的RFID读写模块式需要与下述的定位节点设备的第二控制模块相通信，主要功能是实现对定位节点设备的RFID标签模块(例如设备类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码)的读和写操作。本实施例的RFID读写模块采用RFID MF RC522模块实现，工作于读写器全功能状态。所述RFID MF RC522的供电电压为3.3V，该模块的核心读卡芯片为MFRC522芯片U7，MFRC522芯片U7的工作频率为13.56MHz，芯片内部集成了 13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持14443A兼容应答器信号及快速CRYPT01加密算法。MFRC522芯片U7支持MIFARE系列非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。RFID MF RC522模块通过SPI接口实现与Arduino UNO模块的连接。
[0063](五)第一通信模块，用于将本实施例手持终端设备的第一控制模块与下述定位节点设备的第二控制模块进行通信，所述第一控制模块通过第一通信模块与定位节点设备相连接。本实施例的第一通信模块如图3所示为第一 XBee模块U8，其功能为实现实验室内部所有设备管理模块间的相对定位、组网及数据传输。所述第一 Xbee模块U8工作于协调器工作模式，第一 Xbee模块U8内置Zigbee协议栈，该模块支持低成本的独特需求及低功耗无线传感器网络，模块工作只需很小的功率，就能保证远程设备之间数据传输的可靠 性。且本实施例的第一 XBee模块U8工作在ISM2.4GHz频段，通过串行口实现与Arduino模块的通信，数据传输通过AT命令实现。
[0064]为了进一步完善本实施例，如图3所示，本实施例还设有用于对第一 XBee模块U8处于组网和通信的工作状态进行显示的第一组网指示灯LED2和第一通信指示灯LED3，当第一 XBee模块U8处于通信状态时，第一通信指示灯LED3点亮；而当第一 XBee模块U8处于组网状态时，第一组网指示灯LED2点亮。
[0065](六)第一电源模块，用于作为电源动力为上述各个模块供电，所述第一电源模块的电源输出端通过第一电源转换模块分别连接第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源输入端。
[0066]本实施例中的第一电源模块为DC7.2V的锂电池。所述第一电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的第一电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块等。
[0067]本实施例中的充电电路如图4所示，包括CN3052A芯片U4及其外围电路；所述第一电压转换电路如图4所示，包括AP1509-5.0芯片U5与外围元器件构成的第一转换电路和ASl117-3.3V芯片U6与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，经过第一转换电路的转换后，将锂电池的7.2V电压转换成5.0V直流电压输出，同时第一转换电路的输出端还连接ASl117-3.3芯片构成的第二转换电路，而第二转换电路将第一转换电路输出的5V电压转换成3.3V电压输出。
[0068]此外，为了完善本实施例，所述电源模块如图3、图4所示，还包括第一电源开关，以及第一电源指示电路，所述第一电源开关能够控制电源的启停，第一电源指示电路用于对本实施例的工作状态进行指示，所述电源指示电路包括第一发光二极管LED1，所述第一发光二级管LEDl串接在第二转换电路输出端与地之间。
[0069](七)外置天线接口，用于网络信号较弱时提高本实施例的发射和接收功率，以保证网络稳定和数据可靠传输。本实施例中采用现有技术中的外置天线接口 Y即可，所述外置天线接口 Y直接连接第一控制模块的通信端。
[0070]USB接口，用于外插入USB设备，增强本实施例的功能，本实施例中直接采用现有的USB接口即可。
[0071]二、若干个基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备对应一个实验设备，并用于对相应的实验设备进行定位，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。本实施例中的定位节点设备如图5所示，包括:
[0072](—)基于Arduino技术的第二控制模块，用于作为定位节点设备的控制中心，具有通信端、信息写入端、指示信号输出端、电源输入端。本实施例的第二控制模块如图6所示，采用现有技术中的Arduino UNO模块，其核心为ATmega2560芯片Ull，该芯片具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)、6路模拟输入、一个16MHz晶体振荡器。并通过串行口及控制并协调管理下述的第二 XBee模块、RFID标签模块及条形码扫描模块，通过串行口读取第二 XBee模块、RFID标签模块的工作状态，并向这两个模块发送定位、启动等控制指令。
[0073](二)RFID标签模块，用于实现实验设备的ID识别及定位。本实施例的RFID标签采用RFID MF RC522模块实现，工作于普通的RFID标签工作状态。所述RFID MF RC522的供电电压为3.3V，该模块的核心读卡芯片为MFRC522芯片U9，该芯片工作频率为13.56MHz，芯片内部集成了 13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持14443A兼容应答器信号及快速CRYPT01加密算法。MFRC522芯片U9支持MIFARE系列非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。RFID MF RC522模块通过SPI接口实现与Arduino UNO模块的连接。
[0074](三)第二通信模块，用于与手持终端设备的第二控制模块进行通信，所述第二控制模块通过第二通信模块与手持终端设备相连接。本实施例的第二通信模块如图6所示为第二 XBee模块U10，其功能为实现实验室内部所有设备管理模块间的相对定位、组网及数据传输。所述第二 Xbee模块UlO工作于普通终端工作模式，第二 Xbee模块UlO内置Zigbee协议栈，该模块支持低成本的独特需求及低功耗无线传感器网络，模块工作只需很小的功率，就能保证远程设备之间数据传输的可靠性。且本实施例的第二 XBee模块UlO工作在ISM2.4GHz频段，通过串行口实现与Arduino模块的通信，数据传输通过AT命令实现。
[0075]为了进一步完善本实施例，如图6所示，本实施例还设有用于对第二XBee模块UlO处于组网和通信的工作状态进行显示的第二组网指示灯LED4和第二通信指示灯LED5，当第二 XBee模块UlO处于通信状态时，第二通信指示灯LED5点亮；而当第二 XBee模块UlO处于组网状态时，组网指示灯LED4点亮。
[0076](四)第二电源模块，用于作为电源动力为上述各个模块供电，所述第二电源模块的电源输出端通过第二电源转换模块分别连接第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源输入端。
[0077]本实施例中的第二电源模块为DC6V的干电池。所述第二电源转换模块的输入端连接干电池的正负极，输出端连接所述的第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块。
[0078]本实施例中第二电源转换模块如图7所示，包括AP1509-5.0芯片U12与外围元器件构成的第三转换电路和AS1117-3.3V芯片U13与外围元器件构成的第四转换电路，所述AP1509-5.0芯片U12构成的第三转换电路电压输入端连接干电池的正负极，经过第三转换电路的转换后，将锂干电池的6V电压转换成5.0V直流电压输出，同时第三转换电路的输出端还连接ASl 117-3.3芯片U13构成的第四转换电路，而第四转换电路将第三转换电路输出的5V电压转换成3.3V电压输出。
[0079]此外，为了完善本实施例，所述电源模块如图6、图7所示还包括第二电源开关，以及第二电源指示电路，所述第二电源开关能够控制电源的启停，第二电源指示电路用于对定位节点设备的工作状态进行指示，所述第二电源指示电路包括第二发光二极管LED6，所述第二发光二级管LED6串接在第四转换电路输出端与地之间。
[0080](五)指示模块，用于定位时发生声光报警指示信号，所述指示模块的信号输入端连接第二控制模块的指示信号输出端。本实施例的指示模块如图6所示，采用现有技术中的发光二极管LED7，和蜂鸣器S。
[0081]本实施例的具体工作原理为:实验设备信息录入:打开手持终端设备的电源开关，电源指示灯亮，系统启动，加载各模块驱动程序及初始参数，加载运行实验室设备管理软件；然后通过条形码扫描模块读取传统的旧标签或新购入的实验设备上的条形码，对实验设备进行识别，完成实验设备条形码的信息录入，同时，工作人员还通过触屏显示模块将实验设备的其他信息录入到控制模块中，最终完成对实验设备的信息管理。
[0082]实验设备定位查找:首先将本实施例的手持终端设备与定位节点设备均启动，第一 Xbee模块U8、第二 Xbee 模块UlO均启动，组网指示灯LED2、LED4亮，本实施例的第一Xbee模块U8初始化，同时对定位节点设备上的Xbee节点扫描，其中第一 Xbee模块U8工作于协调器方式，该模块向所有定位节点设备的第二控制模块广播发送Xbee节点扫描指令，节点响应后，读取网络范围内所有第二 Xbee模块UlOXbee节点的MAC地址，在手持终端设备上完成所有定位节点设备的注册，创建网络拓扑关系，完成组网工作；然后通过手持终端设备的触屏显示模块编辑网络范围内扫描到的各个实验设备的信息，信息包括设备类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码及采集的设备条形码信息，通过RFID读写模块和第一 Xbee模块U8将编辑好的设备信息写入相应定位节点设备内的RFID标签模块中；最后，由于第一 Xbee模块U8、第二 Xbee模块UlO内置定位协议及定位算法，可以实时判断设备节点所处的相对位置，因此，工作人员只需要启用本手持终端设备的定位功能，第一 Xbee模块U8将该定位指令发送给被定位节点设备的第二Xbee模块U10，定位节点设备的第二控制模块接收该指令后即发出声光提示，完成实验设备的定位。
[0083] 此外，本实施例还能够实现实验设备信息的实时更新及查看:当设备信息发生变化时，通过触屏显示模块在完成对设备信息的更新，然后通过Xbee网络将更新的信息同步至对应的定位节点设备内完成信息的更新；而当手持终端设备由于程序跑飞等原因死机时，通过复位按钮完成软件重启；同时，由于本实施例的手持终端设备还设有外置天线，因此当距离较远网络信号较弱时，可以通过外接天线方式提高发射和接收功率，以保证网络稳定和数据可靠传输。
【主权项】
1.一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:它包括 一个能够自动录入实验设备的信息、基于Arduino技术的手持终端设备，以及与实验设备数量相同的基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备固设于一个相应的实验设备上，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。2.根据权利要求1所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述手持终端设备包括 用于作为控制中心、基于Arduino技术的第一控制模块，所述第一控制模块具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端； 用于扫描实验设备对应的条形码信息的条形码扫描模块，其信号输出端连接第一控制模块的扫描信号输入端； 用于将实验设备信息写入实验设备上的控制器件内，或读取实验设备上控制器件信息的RFID读写模块，所述RFID读写模块连接第一控制模块的信息读写端； 用于与实验设备上的控制器件进行通信的第一通信模块，所述第一控制模块通过第一通信模块与实验设备上的控制器件相连接； 用于外部信息输入并进行显示的触屏显示模块，所述触屏显示模块的信号输入端连接第一控制模块的显示输出端，其指令输出端连接第一控制模块的指令输入端； 用于作为电源动力的第一电源模块，所述第一电源模块的电源输出端通过第一电源转换模块分别连接第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源输入端。3.根据权利要求2所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述第一控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ； 所述RFID读写模块为MF RC522芯片； 所述第一通信模块为XBee模块； 所述条形码扫描模块采用核心为Vancode M1206芯片的扫描模块； 所述触屏显示模块为串行、电容型显示屏； 所述电源模块为锂电池； 所述第一电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的第一电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述第一电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源端。4.根据权利要求3所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述充电电路包括CN3052A芯片及其外围电路；所述第一电压转换电路包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第一转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第二转换电路。5.根据权利要求2至4中任意一项所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述手持终端设备包括外置天线接口和USB接口，所述外置天线接口与USB接口均与对控制模块相连。6.根据权利要求2至4中任意一项所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述定位节点设备包括 用于作为控制中心、基于Arduino技术的第二控制模块，所述第二控制模块具有通信端、信息写入端、指示信号输出端、电源输入端； 用于实现设备ID识别及定位的RFID标签模块，所述RFID标签模块连接第二控制模块的信息写入端； 用于与手持终端设备进行通信的第二通信模块，所述第二控制模块通过第二通信模块与第一通信模块相连接； 用于作为电源动力的第二电源模块，所述第二电源模块的电源输出端通过第二电源转换模块分别连第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源输入端； 用于作为指示设备位置所在的指示模块，所述指示模块的信号输入端连接第二控制模块的指示信号输出端。7.根据权利要求6所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述第二控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ； 所述RFID标签模块为MF RC522芯片； 所述第二通信模块为XBee模块； 所述第二电源模块为干电池；所述第二电源转换模块的输入端连接干电池的正负极，输出端连接所述的第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源端。8.根据权利要求7所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述第二电源转换模块包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第三转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第四转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第三转换电路电压输入端连接干电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第四转换电路。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，它包括一个能够自动录入实验设备的信息、基于Arduino技术的手持终端设备，以及与实验设备数量相同的基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备固设于一个相应的实验设备上，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。本实用新型结构简单、操作方便，极大地提高了实验设备管理的工作效率，且避免了人为错误的出现。本实用新型适用于高校实验室的实验设备管理。
【IPC分类】H04L29/06, G06Q50/20, G06Q10/06
【公开号】CN204650586
【申请号】CN201520380120
【发明人】胡成祥
【申请人】石家庄经济学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月5日
【技术领域】
[0001]本实用新型属于实验室设备的管理领域，涉及一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统。
【背景技术】
[0002]高校实验室设备是高校从事教学、科研及新产品开发的重要物质资源，它的管理好坏直接影响学校教育是否能够正常开展。现有技术中，大部分高校还采用传统的人工操作模式对实验室设备进行管理，即对已有的实验设备信息、使用情况等信息进行人工登记，登记工作繁琐，且效率极低，当需要用到某一项实验设备时，首先需要人工查阅管理档案，然后根据档案记载在设备存放地点进行查找，对于设备的管理非常不方便，严重影响教学质量。同时，传统的设备管理中通过人工登记设备信息，只能标示设备的名称、型号、规格及购期等信息，并通过粘性标签粘贴到相应的设备上，此类标签易篡改且无法动态更新，时间久了还容易脱落，造成无标签信息的设备出现，导致实验设备管理混乱，此外，通过人工对设备信息进行统计、查找容易出错，导致设备管理不到位，不利于实验室科研教学的顺利开展，更不利于当前高校开放实验室的要求，降低了实验设备的利用率，进一步影响高校的教育质量。
【实用新型内容】
[0003]为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型提供了一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，无需人工手写对设备信息进行管理，而通过智能手段对实验设备进行管理、查找，极大地降低了工作人员的工作强度，且提高了设备管理工作的效率。
[0004]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0005]一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，它包括
[0006]一个自动录入实验设备的信息、基于Arduino技术的手持终端设备，以及与实验设备数量相同的基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备固设于一个相应的实验设备上，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。
[0007]作为对本实用新型手持终端设备的限定:所述手持终端设备包括
[0008]用于作为控制中心、基于Arduino技术的第一控制模块，所述第一控制模块具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端；
[0009]用于扫描实验设备对应的条形码信息的条形码扫描模块，其信号输出端连接第一控制模块的扫描信号输入端；
[0010]用于将实验设备信息写入实验设备上的控制器件内，或读取实验设备上控制器件信息的RFID读写模块，所述RFID读写模块连接第一控制模块的信息读写端；
[0011]用于与实验设备上的控制器件进行通信的第一通信模块，所述第一控制模块通过第一通信模块与实验设备上的控制器件相连接；
[0012]用于外部信息输入并进行显示的触屏显示模块，所述触屏显示模块的信号输入端连接第一控制模块的显示输出端，其指令输出端连接第一控制模块的指令输入端；
[0013]用于作为电源动力的第一电源模块，所述第一电源模块的电源输出端通过第一电源转换模块分别连接第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源输入端。
[0014]作为对本实用新型手持终端设备的进一步限定:所述第一控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ；
[0015]所述RFID读写模块为MF RC522芯片；
[0016]所述第一通信模块为XBee模块；
[0017]所述条形码扫描模块采用核心为Vancode M1206芯片的扫描模块；
[0018]所述触屏显示模块为串行、电容型显示屏；
[0019]所述电源模块为锂电池；
[0020]所述第一电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的第一电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述第一电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源端。
[0021]作为对本实用新型手持终端设备的更进一步限定:所述充电电路包括CN3052A芯片及其外围电路；所述第一电压转换电路包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第一转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接ASl117-3.3芯片构成的第二转换电路。
[0022]作为对本实用新型手持终端设备的另一种限定:所述手持终端设备包括外置天线接口和USB接口，所述外置天线接口与USB接口均与第一控制模块相连。
[0023]作为对本实用新型定位节点设备的限定:所述定位节点设备包括
[0024]用于作为控制中心、基于Arduino技术的第二控制模块，所述第二控制模块具有通信端、信息写入端、指示信号输出端、电源输入端；
[0025]用于实现设备ID识别及定位的RFID标签模块，所述RFID标签模块连接第二控制模块的信息写入端；
[0026]用于与手持终端设备进行通信的第二通信模块，所述第二控制模块通过第二通信模块与第一通信模块相连接；
[0027]用于作为电源动力的第二电源模块，所述第二电源模块的电源输出端通过第二电源转换模块分别连第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源输入端；
[0028]用于作为指示设备位置所在的指示模块，所述指示模块的信号输入端连接第二控制模块的指示信号输出端。
[0029]作为对本实用新型定位节点设备的进一步限定:所述第二控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ；
[0030]所述RFID标签模块为MF RC522芯片；[0031 ] 所述第二通信模块为XBee模块；
[0032]所述第二电源模块为干电池；所述第二电源转换模块的输入端连接干电池的正负极，输出端连接所述的第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源端。
[0033]作为对本实用新型定位节点设备的更进一步限定:所述第二电源转换模块包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第三转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第四转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第三转换电路电压输入端连接干电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第四转换电路。
[0034]由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于:
[0035](I)本实用新型具有手持终端设备和定位节点设备，其中手持终端设备能够自动录入每个实验设备的信息，无需人工手写管理，极大地提高了设备管理的工作效率，避免了人工管理出现的错误；而进行管理的每个实验设备上均设有一个定位节点设备，手持终端设备能够与每个定位节点设备进行通信定位，因此，当需要使用某一实验设备时，无需人工翻阅查找，只需要通过手持终端设备就能自动寻找到所需要的设备，同时，由于每个实验设备均具有定位节点设备，因此实验设备的信息无需使用标签进行标示，免除了标签脱落而造成的麻烦；< br>[0036](2)本实用新型的手持终端设备通过条形码扫描模块直接对实验设备上的条形码扫描就可以得到实验设备的信息，无需人工输入，极大地提高了实验设备管理的工作效率，降低了工作人员的工作量，同时避免了人为因素而出现的抄写错误；
[0037](3)本实用新型手持终端设备的条形码扫描模块既可以实现传统的条码标签的信息录入，又可对普通设备的条形码信息进行采集，兼容性高、应用场合多；
[0038](4)本实用新型的手持终端设备设有触屏显示模块，工作人员可以通过该模块进一步对设备进行归类管理，例如通过该模块输入实验设备的类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码等，令实验设备的管理工作更为精确；
[0039](5)本实用新型的手持终端设备设有RFID读写模块和第一通信模块，定位节点设备设有RFID标签模块和第二通信模块，其中RFID读写模块可以将实验设备的信息写入RFID标签模块中，而需要找寻某实验设备时由RFID读写模块由可以读取RFID标签模块内的信息，进而对实验设备进行定位，在需要使用该实验设备时，能够精确地找到该实验设备，且本实用新型的通信可通过RFID读写模块和两个Xbee网络通过无线方式实现，延长了RFID读写距离，方便快捷，大大提高工作效率；
[0040](6)本实用新型的手持终端设备还设有外置天线接口，能提高无线发射和接收功率，实现网络信号较弱时能提供稳定组网；且设有USB接口，能够识别外部USB设备，令本实用新型功能更加完善；
[0041](7)本实用新型手持终端设备的条码扫描模块为性价比较高的OEM模块产品Vancode Ml206扫描模块，该模块景深距离为4_60cm，具有开放式系统架构，易于进行功能配置和升级；
[0042]第一控制模块与第二控制模块均为Arduino Uno控制模块，该模块的处理核心为ATmega2560芯片，该芯片为开源平台，且具有多路串行通信接口、数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)和模拟输入口，串口及I/O资源丰富，降低了开发难度，并使该模块产品化成本大大降低；
[0043]手持终端设备的触屏显示模块采用电容触屏，串行液晶屏，I/O资源占用少，交互性好、速度快、可靠性高；
[0044]第一、第二通信模块均为Xbee模块，其中第一通信模块工作于协调器模式，实现所有XBEE节点网络的管理功能，模块内置定位协议及定位算法，可以实时判断设备节点所处的相对位置，以便高效确定所需实验设备的位置；而第二通信模块工作于普通终端工作模式，内置Zigbee协议栈；第一、第二通信模块均工作于2.4GHz ISM频段，支持低成本的独特需求及低功耗无线传感器网络，只需很小的功率就能保证远程设备之间数据传输的可靠性，降低开发成本和开发周期；
[0045]且两个Xbee模块采用CSMA通信机制，保证了数据通信的可靠性；两个Xbee数据传输采用CRC数据包完整性校验、AES-128加密算法及直序列展频技术，确保整个传输阶段的安全性，提高了抗干扰特性和保密性内嵌Xbee模块，同时两个Xbee模块与所有实验设备识别及定位节点采用ZIGBEE实现组网，克服了蓝牙及WIFI组网的局限性。
[0046]综上所述，本实用新型结构简单、操作方便，极大地提高了实验设备管理的工作效率，且避免了人为错误的出现。
[0047]本实用新型适用于高校实验室的实验设备管理。
【附图说明】
[0048]下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。
[0049]图1为本实用新型实施例的原理框图；
[0050]图2为本实用新型实施例中手持终端设备的原理框图；
[0051]图3为本实用新型实施例中手持终端设备除去电源模块的电路原理图；
[0052]图4为本实用新型实施例中第一电源模块的电路原理图；
[0053]图5为本实用新型实施例中定位节点设备的原理框图；
[0054]图6为本实用新型实施例中定位节点设备除去电源模块的电路原理图；
[0055]图7为本实用新型实施例中第二电源模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0056]实施例基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统实验室设备管理定位系统
[0057]本实施例提供了一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，结构如图1所示，包括:
[0058]一、一个基于Arduino技术的手持终端设备，所述手持终端设备能够自动录入各个实验设备的信息。该手持终端设备具体结构如图2所示，包括:
[0059](一)基于Arduino技术的第一控制模块，用于作为手持终端设备的控制中心，其具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端。本实施例的第一控制模块如图3所示，采用现有技术中的Arduino UNO模块，其核心为ATmega2560芯片U1，该芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)和模拟输入。并通过串行口及SPI接口控制并协调管理下述的XBee模块、RFID读写模块及条形码扫描模块，读取第一 XBee模块、RFID读写模块及条形码扫描模块工作状态，并向这三个模块发送定位、启动、数据传送等控制指令。
[0060](二)条形码扫描模块，用于扫描实验设备上对应的条形码信息，其信号输出端连接控制模块的扫描信号输入端。本实施例的条形码扫描模块如图3所示，采用现有技术中的条形码扫描器U2，直接对实验设备上的条形码进行扫描获得实验设备条形码中携带的信息，并将获得的信息发送至第一控制模块进行存储。
[0061](三)触屏显示模块，用于工作人员外部输入信息并进行显示，所述触屏显示模块的信号输入端连接第一控制模块的显示输出端，其指令输出端连接第一控制模块的指令输入端。本实施例中触屏显示模块采用现有技术中的3.5英寸串行触屏显示模块U3，触屏类型为电容屏，其与第一控制模块的具体连接方式如图3所示。
[0062](四)RFID读写模块，用于将实验设备信息写入实验设备上的定位节点设备内，或读取定位节点设备内存储的实验设备信息。本实施例的RFID读写模块式需要与下述的定位节点设备的第二控制模块相通信，主要功能是实现对定位节点设备的RFID标签模块(例如设备类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码)的读和写操作。本实施例的RFID读写模块采用RFID MF RC522模块实现，工作于读写器全功能状态。所述RFID MF RC522的供电电压为3.3V，该模块的核心读卡芯片为MFRC522芯片U7，MFRC522芯片U7的工作频率为13.56MHz，芯片内部集成了 13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持14443A兼容应答器信号及快速CRYPT01加密算法。MFRC522芯片U7支持MIFARE系列非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。RFID MF RC522模块通过SPI接口实现与Arduino UNO模块的连接。
[0063](五)第一通信模块，用于将本实施例手持终端设备的第一控制模块与下述定位节点设备的第二控制模块进行通信，所述第一控制模块通过第一通信模块与定位节点设备相连接。本实施例的第一通信模块如图3所示为第一 XBee模块U8，其功能为实现实验室内部所有设备管理模块间的相对定位、组网及数据传输。所述第一 Xbee模块U8工作于协调器工作模式，第一 Xbee模块U8内置Zigbee协议栈，该模块支持低成本的独特需求及低功耗无线传感器网络，模块工作只需很小的功率，就能保证远程设备之间数据传输的可靠 性。且本实施例的第一 XBee模块U8工作在ISM2.4GHz频段，通过串行口实现与Arduino模块的通信，数据传输通过AT命令实现。
[0064]为了进一步完善本实施例，如图3所示，本实施例还设有用于对第一 XBee模块U8处于组网和通信的工作状态进行显示的第一组网指示灯LED2和第一通信指示灯LED3，当第一 XBee模块U8处于通信状态时，第一通信指示灯LED3点亮；而当第一 XBee模块U8处于组网状态时，第一组网指示灯LED2点亮。
[0065](六)第一电源模块，用于作为电源动力为上述各个模块供电，所述第一电源模块的电源输出端通过第一电源转换模块分别连接第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源输入端。
[0066]本实施例中的第一电源模块为DC7.2V的锂电池。所述第一电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的第一电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块等。
[0067]本实施例中的充电电路如图4所示，包括CN3052A芯片U4及其外围电路；所述第一电压转换电路如图4所示，包括AP1509-5.0芯片U5与外围元器件构成的第一转换电路和ASl117-3.3V芯片U6与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，经过第一转换电路的转换后，将锂电池的7.2V电压转换成5.0V直流电压输出，同时第一转换电路的输出端还连接ASl117-3.3芯片构成的第二转换电路，而第二转换电路将第一转换电路输出的5V电压转换成3.3V电压输出。
[0068]此外，为了完善本实施例，所述电源模块如图3、图4所示，还包括第一电源开关，以及第一电源指示电路，所述第一电源开关能够控制电源的启停，第一电源指示电路用于对本实施例的工作状态进行指示，所述电源指示电路包括第一发光二极管LED1，所述第一发光二级管LEDl串接在第二转换电路输出端与地之间。
[0069](七)外置天线接口，用于网络信号较弱时提高本实施例的发射和接收功率，以保证网络稳定和数据可靠传输。本实施例中采用现有技术中的外置天线接口 Y即可，所述外置天线接口 Y直接连接第一控制模块的通信端。
[0070]USB接口，用于外插入USB设备，增强本实施例的功能，本实施例中直接采用现有的USB接口即可。
[0071]二、若干个基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备对应一个实验设备，并用于对相应的实验设备进行定位，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。本实施例中的定位节点设备如图5所示，包括:
[0072](—)基于Arduino技术的第二控制模块，用于作为定位节点设备的控制中心，具有通信端、信息写入端、指示信号输出端、电源输入端。本实施例的第二控制模块如图6所示，采用现有技术中的Arduino UNO模块，其核心为ATmega2560芯片Ull，该芯片具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)、6路模拟输入、一个16MHz晶体振荡器。并通过串行口及控制并协调管理下述的第二 XBee模块、RFID标签模块及条形码扫描模块，通过串行口读取第二 XBee模块、RFID标签模块的工作状态，并向这两个模块发送定位、启动等控制指令。
[0073](二)RFID标签模块，用于实现实验设备的ID识别及定位。本实施例的RFID标签采用RFID MF RC522模块实现，工作于普通的RFID标签工作状态。所述RFID MF RC522的供电电压为3.3V，该模块的核心读卡芯片为MFRC522芯片U9，该芯片工作频率为13.56MHz，芯片内部集成了 13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持14443A兼容应答器信号及快速CRYPT01加密算法。MFRC522芯片U9支持MIFARE系列非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。RFID MF RC522模块通过SPI接口实现与Arduino UNO模块的连接。
[0074](三)第二通信模块，用于与手持终端设备的第二控制模块进行通信，所述第二控制模块通过第二通信模块与手持终端设备相连接。本实施例的第二通信模块如图6所示为第二 XBee模块U10，其功能为实现实验室内部所有设备管理模块间的相对定位、组网及数据传输。所述第二 Xbee模块UlO工作于普通终端工作模式，第二 Xbee模块UlO内置Zigbee协议栈，该模块支持低成本的独特需求及低功耗无线传感器网络，模块工作只需很小的功率，就能保证远程设备之间数据传输的可靠性。且本实施例的第二 XBee模块UlO工作在ISM2.4GHz频段，通过串行口实现与Arduino模块的通信，数据传输通过AT命令实现。
[0075]为了进一步完善本实施例，如图6所示，本实施例还设有用于对第二XBee模块UlO处于组网和通信的工作状态进行显示的第二组网指示灯LED4和第二通信指示灯LED5，当第二 XBee模块UlO处于通信状态时，第二通信指示灯LED5点亮；而当第二 XBee模块UlO处于组网状态时，组网指示灯LED4点亮。
[0076](四)第二电源模块，用于作为电源动力为上述各个模块供电，所述第二电源模块的电源输出端通过第二电源转换模块分别连接第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源输入端。
[0077]本实施例中的第二电源模块为DC6V的干电池。所述第二电源转换模块的输入端连接干电池的正负极，输出端连接所述的第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块。
[0078]本实施例中第二电源转换模块如图7所示，包括AP1509-5.0芯片U12与外围元器件构成的第三转换电路和AS1117-3.3V芯片U13与外围元器件构成的第四转换电路，所述AP1509-5.0芯片U12构成的第三转换电路电压输入端连接干电池的正负极，经过第三转换电路的转换后，将锂干电池的6V电压转换成5.0V直流电压输出，同时第三转换电路的输出端还连接ASl 117-3.3芯片U13构成的第四转换电路，而第四转换电路将第三转换电路输出的5V电压转换成3.3V电压输出。
[0079]此外，为了完善本实施例，所述电源模块如图6、图7所示还包括第二电源开关，以及第二电源指示电路，所述第二电源开关能够控制电源的启停，第二电源指示电路用于对定位节点设备的工作状态进行指示，所述第二电源指示电路包括第二发光二极管LED6，所述第二发光二级管LED6串接在第四转换电路输出端与地之间。
[0080](五)指示模块，用于定位时发生声光报警指示信号，所述指示模块的信号输入端连接第二控制模块的指示信号输出端。本实施例的指示模块如图6所示，采用现有技术中的发光二极管LED7，和蜂鸣器S。
[0081]本实施例的具体工作原理为:实验设备信息录入:打开手持终端设备的电源开关，电源指示灯亮，系统启动，加载各模块驱动程序及初始参数，加载运行实验室设备管理软件；然后通过条形码扫描模块读取传统的旧标签或新购入的实验设备上的条形码，对实验设备进行识别，完成实验设备条形码的信息录入，同时，工作人员还通过触屏显示模块将实验设备的其他信息录入到控制模块中，最终完成对实验设备的信息管理。
[0082]实验设备定位查找:首先将本实施例的手持终端设备与定位节点设备均启动，第一 Xbee模块U8、第二 Xbee 模块UlO均启动，组网指示灯LED2、LED4亮，本实施例的第一Xbee模块U8初始化，同时对定位节点设备上的Xbee节点扫描，其中第一 Xbee模块U8工作于协调器方式，该模块向所有定位节点设备的第二控制模块广播发送Xbee节点扫描指令，节点响应后，读取网络范围内所有第二 Xbee模块UlOXbee节点的MAC地址，在手持终端设备上完成所有定位节点设备的注册，创建网络拓扑关系，完成组网工作；然后通过手持终端设备的触屏显示模块编辑网络范围内扫描到的各个实验设备的信息，信息包括设备类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码及采集的设备条形码信息，通过RFID读写模块和第一 Xbee模块U8将编辑好的设备信息写入相应定位节点设备内的RFID标签模块中；最后，由于第一 Xbee模块U8、第二 Xbee模块UlO内置定位协议及定位算法，可以实时判断设备节点所处的相对位置，因此，工作人员只需要启用本手持终端设备的定位功能，第一 Xbee模块U8将该定位指令发送给被定位节点设备的第二Xbee模块U10，定位节点设备的第二控制模块接收该指令后即发出声光提示，完成实验设备的定位。
[0083] 此外，本实施例还能够实现实验设备信息的实时更新及查看:当设备信息发生变化时，通过触屏显示模块在完成对设备信息的更新，然后通过Xbee网络将更新的信息同步至对应的定位节点设备内完成信息的更新；而当手持终端设备由于程序跑飞等原因死机时，通过复位按钮完成软件重启；同时，由于本实施例的手持终端设备还设有外置天线，因此当距离较远网络信号较弱时，可以通过外接天线方式提高发射和接收功率，以保证网络稳定和数据可靠传输。
【主权项】
1.一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:它包括 一个能够自动录入实验设备的信息、基于Arduino技术的手持终端设备，以及与实验设备数量相同的基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备固设于一个相应的实验设备上，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。2.根据权利要求1所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述手持终端设备包括 用于作为控制中心、基于Arduino技术的第一控制模块，所述第一控制模块具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端； 用于扫描实验设备对应的条形码信息的条形码扫描模块，其信号输出端连接第一控制模块的扫描信号输入端； 用于将实验设备信息写入实验设备上的控制器件内，或读取实验设备上控制器件信息的RFID读写模块，所述RFID读写模块连接第一控制模块的信息读写端； 用于与实验设备上的控制器件进行通信的第一通信模块，所述第一控制模块通过第一通信模块与实验设备上的控制器件相连接； 用于外部信息输入并进行显示的触屏显示模块，所述触屏显示模块的信号输入端连接第一控制模块的显示输出端，其指令输出端连接第一控制模块的指令输入端； 用于作为电源动力的第一电源模块，所述第一电源模块的电源输出端通过第一电源转换模块分别连接第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源输入端。3.根据权利要求2所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述第一控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ； 所述RFID读写模块为MF RC522芯片； 所述第一通信模块为XBee模块； 所述条形码扫描模块采用核心为Vancode M1206芯片的扫描模块； 所述触屏显示模块为串行、电容型显示屏； 所述电源模块为锂电池； 所述第一电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的第一电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述第一电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的第一控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、第一通信模块的电源端。4.根据权利要求3所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述充电电路包括CN3052A芯片及其外围电路；所述第一电压转换电路包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第一转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第二转换电路。5.根据权利要求2至4中任意一项所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述手持终端设备包括外置天线接口和USB接口，所述外置天线接口与USB接口均与对控制模块相连。6.根据权利要求2至4中任意一项所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述定位节点设备包括 用于作为控制中心、基于Arduino技术的第二控制模块，所述第二控制模块具有通信端、信息写入端、指示信号输出端、电源输入端； 用于实现设备ID识别及定位的RFID标签模块，所述RFID标签模块连接第二控制模块的信息写入端； 用于与手持终端设备进行通信的第二通信模块，所述第二控制模块通过第二通信模块与第一通信模块相连接； 用于作为电源动力的第二电源模块，所述第二电源模块的电源输出端通过第二电源转换模块分别连第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源输入端； 用于作为指示设备位置所在的指示模块，所述指示模块的信号输入端连接第二控制模块的指示信号输出端。7.根据权利要求6所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述第二控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口 ； 所述RFID标签模块为MF RC522芯片； 所述第二通信模块为XBee模块； 所述第二电源模块为干电池；所述第二电源转换模块的输入端连接干电池的正负极，输出端连接所述的第二控制模块、RFID标签模块、第二通信模块的电源端。8.根据权利要求7所述的基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，其特征在于:所述第二电源转换模块包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第三转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第四转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第三转换电路电压输入端连接干电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第四转换电路。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于Arduino技术的实验室设备管理定位系统，它包括一个能够自动录入实验设备的信息、基于Arduino技术的手持终端设备，以及与实验设备数量相同的基于Arduino技术的定位节点设备，每个定位节点设备固设于一个相应的实验设备上，且手持终端设备与所有的定位节点设备之间无线相连接形成网络。本实用新型结构简单、操作方便，极大地提高了实验设备管理的工作效率，且避免了人为错误的出现。本实用新型适用于高校实验室的实验设备管理。
【IPC分类】H04L29/06, G06Q50/20, G06Q10/06
【公开号】CN204650586
【申请号】CN201520380120
【发明人】胡成祥
【申请人】石家庄经济学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月5日
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