论文题目：基于现场监控的实验仪器共享平台管理系统设计
摘要：实验仪器管理是高校和研究院所实验室建设的重要组成部分,是进行教学培训、科学研究和技术创新的基础条件和必要保障。我国十分重视科学研究的发展,投入大量成本,仪器数量和总值逐年增加。近年来,随着“互联网+”理念的推广和深入,仪器共享平台Web系统逐渐成为发展趋势。为了解决当前共享平台存在的系统相互独立、机时统计存在误差、移动端适配差、缺乏有效监管和数据获取不方便、不安全等问题,开发了一套基于B/S架构的仪器共享管理系统,由终端设备和网络系统共同组成。终端设备以ARM Cortex-M4架构的单片机作为主控核心,具备无线通讯、控制仪器开关、仪器现场监控、IC卡读取、用户使用数据上传等功能。为了保证终端设备通讯的稳定性和可靠性,在程序中引入透传机制、轮询机制、心跳机制、自动重连机制等,通讯丢包率小于0.05%。终端设备实时监控仪器的电流值和串口数据。为了能够适应不同功率的仪器设备和使用场合,采用不同量程但封装一致的电流传感器,提高硬件兼容性,并通过带温度补偿的改进电流校正算法,电流值最大相对误差MRE为4.17%。网络系统由前端界面、后台服务器和数据库组成,其中前端界面使用Vue.js和mpvue开发,除了 PC端管理员界面、PC端用户界面外,还引入了微信小程序界面用于补充用户场景;后台服务器基于Java语言,采用SSM架构开发Web系统服务器,采用Netty框架开发终端设备服务器。其中,Web系统以系统管理员、仪器管理员和普通用户作为主体,将系统模块细化为权限认证、预约管理、仪器管理、终端设备管理、日志管理和统计分析六大模块,实现了用户仪器预约、用户刷卡或扫码仪器使用、实验数据获取、管理员人员管理、仪器管理和监控、共享情况报表获取等功能。经过系统测试,所设计的共享平台Web系统,在功能上能够实现仪器共享流程的业务逻辑。在安全性上,能够阻挡常规的SQL注入攻击,进行数据库恢复,防止接口跨权访问。在性能测试中,能够满足100个用户同时发起预约请求,响应时间均小于1s。并发场景下,CPU使用率约为70%,内存占用约为25%,均满足典型值。本文以自主设计的终端设备作为纽带,构建起集成仪器监控管理、仪器预约和仪器使用的“三位一体”仪器共享管理系统,所设计的系统具有良好的应用价值和使用前景。
关键词：共享平台;仪器监控;仪器管理;Web系统;终端通讯
学科专业：电气检测技术及仪器
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 仪器共享平台的研究背景及意义
1.2 仪器共享平台国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文主要工作
1.4 论文结构安排
第二章 仪器共享平台的需求分析
2.1 共享平台Web系统功能需求分析
2.1.1 仪器管理员需求分析
2.1.2 系统管理员需求分析
2.1.3 普通用户需求分析
2.2 共享平台Web系统非功能性需求分析
2.2.1 性能需求
2.2.2 安全性需求
2.2.3 界面友好性需求
2.3 终端设备功能和性能需求分析
2.3.1 功能性需求
2.3.2 通讯稳定性和可靠性需求
2.3.3 监控普适性和精确性需求
2.4 本章小结
第三章 现场监控及通讯终端设计
3.1 终端设计整体方案及选型
3.2 终端设备硬件设计
3.2.1 4G通讯模块电路设计
3.2.2 仪器监控模块电路设计
3.3 终端通讯程序设计
3.3.1 通讯指令定义
3.3.2 终端设备网络协议
3.3.3 通讯程序设计
3.3.4 终端通讯实验
3.4 终端电流校正算法设计
3.4.1 采样周期计算
3.4.2 基于最小二乘法的电流校正算法
3.4.3 带温度补偿的改进电流校正算法
3.4.4 电流校正算法实验
3.5 本章小结
第四章 仪器共享平台网络系统规划
4.1 网络系统总体架构规划
4.1.1 共享平台Web系统服务器架构选型及规划
4.1.2 终端设备服务器架构选型及规划
4.2 共享平台Web系统主要功能模块规划
4.2.1 权限认证模块规划
4.2.2 预约管理模块规划
4.2.3 仪器管理模块规划
4.2.4 终端设备管理模块规划
4.2.5 日志管理模块规划
4.2.6 统计分析模块规划
4.3 系统数据库设计
4.3.1 数据库设计原则
4.3.2 数据库E-R图设计
4.3.3 数据库物理表设计
4.4 本章小结
第五章 仪器共享平台网络系统具体实现
5.1 仪器共享平台系统开发环境
5.2 终端设备服务器的实现
5.3 共享平台Web系统主要模块的实现
5.3.1 权限认证模块实现
5.3.2 预约管理模块实现
5.3.3 仪器管理模块实现
5.3.4 终端设备管理模块实现
5.3.5 日志管理模块实现
5.3.6 统计分析模块实现
5.4 本章小结
第六章 仪器共享平台网络系统部署与测试
6.1 系统部署环境及测试工具
6.2 共享平台Web系统功能测试
6.2.1 权限认证模块功能测试
6.2.2 预约管理模块功能测试
6.2.3 仪器管理模块功能测试
6.2.4 终端设备管理模块功能测试
6.2.5 日志管理模块和统计分析模块功能测试
6.3 共享平台Web系统安全性测试
6.3.1 数据库安全测试
6.3.2 数据认证测试
6.4 共享平台Web系统性能测试
6.4.1 压力测试
6.4.2 CPU、内存占用测试
6.5 前端界面兼容性测试
6.6 本章小结
第七章 总结及展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢