电子技术实验室仪器管理系统设计与应用

2021-01-30江波

电子技术与软件工程 2020年22期

江波

（中山大学广东省广州市 510275）

高校电子技术实验室是重要的基础实验室，实验室仪器主要有数字示波器、数字万用表、数字电源、信号发生器等测量类仪器外，还有模拟电路实验板、数字电路实验板、电路基础实验板、电工技术实验板等实验类仪器，具有仪器种类多，数量多，开设的实验课程多等特点。如何及时发现运行异常仪器，然后维修有异常的仪器，保障实验室实验课的正常开展，是实验室仪器管理的主要工作和目标。

1 背景

为了能及时了解设备运行的状态信息，目前的做法是每个实验桌都放置一本编有号码的实验情况记录本，实验结束后，需要学生主动记录实验过程中遇到的问题，标记仪器的状态情况。我们将仪器的状态分为正常、异常、维修中三种情况。课后实验室老师在逐个实验桌查看记录本，如记录有某某仪器异常，就按照维修程序进行确认。

电子技术实验室每年的工作量都非常饱满，实验室仪器的利用率也非常高。特别像实验类仪器，因为使用的学生多，每个学生的基础又有不同，在实验过程中，有可能会因为误接线导致实验板损坏而出现实验结果异常，也可能是使用了本身有故障的实验板而导致实验数据异常。对于出现实验结果异常的情况，大部分学生不会主动去分析异常的原因，而是从旁边座位拿一块同样的实验板过来继续实验，这种实验板的调换直到得出自认为正确的实验结果为止。虽然实验结束后学生会在纸质实验情况记录表上记录遇到的问题，但是只能对应到实验桌，事后去该座位维修记录的仪器时，因为实验仪器已经是调换过的，故障的仪器被调换到其他座位无法查找了，导致维修失败。间接导致仪器故障率居高不下，影响下一次课的实验使用。

2 建立目的

通过搭建电子技术实验室仪器管理系统，学生实验前用手机微信扫一扫实验桌上的二维码，实验桌上的所有仪器的状态信息就会显示。例如：电子技术实验室C104；实验桌号01；数字示波器，编号A01，状态异常；模拟电路实验板，编号E01，状态正常；等等。当然也会发生显示的仪器编号跟实际桌上的仪器编号不一致的情况，学生只需点击不一致的仪器，修改成当前实际的编号即可。因为仪器状态的记录是通过编号对应到具体的每一台，所以不管这个仪器放置在任何实验桌上，它的状态是不会改变的。另一方面，通过每次课前扫码，并修改仪器编号，就能将课程中调换到其他实验桌而无法找到的异常仪器在课前重新关联到具体实验桌，利于实验室管理老师维护。

实验过程中，学生认为某个仪器是异常的，即可通过微信小程序很方便的进行实验情况的记录，除了文本，还可以运用照片、视频、语音数据来描述异常的情况，极大的提升了实验室管理老师维护的效率。

图1：学生端业务流程

图2：管理老师端业务流程

电子技术实验室仪器管理系统除了提高仪器的维护效率，还能提高学生实验的质量。电子技术实验室仪器管理系统有一个知识管理模块，知识管理模块的知识来源主要分为3 类，第一类是具体的实验内容和步骤；第二类是标准实验数据；第三类是学生记录并经维修确认的异常原因。学生根据实验步骤和标准实验数据，可以对比自己的实验结果，及时纠错，找到原因。另外根据学生记录的异常情况做一个统计分析，得出该实验易出错的地方，可以在以后的实验做一个提醒，避免损坏仪器，提高实验的质量。

3 系统简介

随着信息技术的不断发展，实验室信息化建设也变得越来越重要，电子技术实验室仪器管理系统能很好地解决实验室设备维护中碰到的各种问题，例如怎么快速知道实验仪器异常了；怎么快速找到异常的实验仪器；学生怎么提前知道实验当中一些容易出错的步骤，来避免犯同样的错误，减少实验仪器异常的概率等等。

电子技术实验室仪器管理系统主要包括基础数据管理、维护管理、耗材管理、知识管理、数据分析五个部分。

基础数据管理主要分为实验室档案、实验仪器档案、实验课程档案、学生档案等。实验室档案记录完整的实验室信息，包括实验室门牌号码、名称、实验桌及实验仪器、当前实验室运行异常仪器信息、点击不同仪器可以查看跟该类仪器关联的学生提交的仪器异常状态情况记录和该仪器详细的维修记录等；在该页面下可以新增实验室，并导入实验仪器信息。实验仪器档案记录完整的仪器设备信息，信息展示以实验桌及桌上的实验仪器为基础单元，包括实验桌编号、实验仪器名称及编号、实验仪器运行状态等；在该页面下可以新增实验仪器，也有可以通过导入的方式批量新增。实验课程档案记录课程的名称、简介、实验项目及具体的实验内容和标准实验数据；在该页面下可以新增课程，并新增实验项目。学生档案记录学生的姓名、学号、班级信息；在该页面下可以新增学生信息，也可通过导入的方式批量新增。

维护管理主要分为异常仪器处理进程管理、维修后的总结管理。异常处理进程管理分为异常提交、维修中、维修完成三个状态的转换管理。维修后的总结管理是结合具体实验项目和提交的异常记录对当前仪器异常的原因及避免的注意事项做一个简短的总结。

耗材管理主要是对实验用耗材和维修用耗材进行管理，方便每学期做耗材预算。

知识管理包括异常知识的发现及分析、知识库的建立、知识库的共享等。

异常知识的发现及分析，是指对学生提交的异常记录进行分析，总结其规律，对容易出现异常的实验步骤或实验内容进行数据统计、分析和归类，得出规律性的结论，纳入知识库进行管理和预防，避免类似的实验错误再次发生。

知识库的建立主要包括实验项目库和标准实验数据库。实验项目库主要是针对不同的实验课程，基于其教学大纲设计有不同的实验项目，加深对理论教学的理解。实验项目会根据教学大纲的更新不断更新新的实验内容或局部调整。一个实验项目主要包括实验目的、实验仪器、预习要求、实验内容几个部分。标准实验数据库主要是基于实验内容，每个步骤都有相对标准的实验数据供学生实验过程中参考和分析。标准实验数据包括文字、图表、视频等数据类型。

知识库的共享，是将存储在知识库中的知识，通过解释系统来进行说明，呈现给不同使用者，即学生、实验室管理人员看到的显示方式不一样。

4 系统业务流程

电子技术实验室仪器管理系统业务流程主要基于学生、实验室管理老师展开。

（1）学生端。学生端业务流程如图1所示。

（2）管理老师端。管理老师端业务流程如图2所示。

5 系统建立及运行

本系统采用微信小程序的应用模式，开发分为两个不同的部分，主体部分 + 各个页面。主体部分主要用于核心的配置，各个页面主要用于不同业务场景。

主体部分主要由3 个文件构成：

（1）app.js：小程序逻辑，初始化APP。

（2）app.json ：小程序配置，比如导航、窗口、页面http 请求跳转等。

（3）app.wxss：公共样式配置。

主体配置完成之后，就是对应的业务开发，也就是不同的页面开发。小程序页面设计基本上也是遵循MVC 结构进行构建。每个页面由4 个文件构成：

（1）js：页面逻辑。

（2）wxml：页面结构展示。

（3）wxss：页面样式表，纯前端，用于辅助wxml 展示。

（4）json：页面配置，配置一些页面展示的数据。

5.1 微信小程序

通过微信小程序软件建立起不需安装使用的网上服务平台。只要是装有微信的智能手机，微信扫一扫就能使用。

5.2 注册

第一次扫描二维码，进去是一个个人信息绑定页面，将微信号跟实际姓名绑定，可以通过学号查找个人信息，显示的信息无误，即可选择绑定，注册成功。对于系统中没有导入的学生档案信息，可以选择手动录入的姓名，学号，班级等信息，然后选择绑定，完成注册。注册成功后自动进入下一个页面，显示当前实验桌上的所有仪器信息。

5.3 登录

只要是注册过的微信号，再次扫描二维码可以直接进入系统。包括每个仪器的编号和当前状态提示，即异常，正常，维修中等。假如显示的仪器编号与当前实验桌的实际仪器编号不一致，可以修改成当前实际的编号。这样做的目的是使实验桌和该实验桌里实际的仪器（通过编号）对应上，这样之前报修过的仪器因为课程中放错位置而找不到的状况得到解决。

当确认完实验桌上的仪器设备都是正常的之后，就可以准备做实验，可以先选择实验课程，页面显示该课程下所有的实验项目，点击相应实验后，进入具体的实验内容，按照内容提示一步一步操作实验仪器，记录数据就能完成该次实验。

课程中，假如出现仪器异常问题，可以直接点击列表中的相应仪器，进入报修页面，我们可以通过文字，照片，视频，语音等方式描述异常现象，然后点击提交。管理老师后台看到数据后可以通过即时维修或调换仪器的方式让学生继续实验。

按照实验步骤，每一个步骤的实验数据系统都会有标准实验数据供学生参考，这样测量出来的值差距太大的话有助于学生自己去找出问题所在，这样一些理解能力弱的学生也能知道自己测出来的值是否可信。