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1、智能实验室管理系统的设计设备管理系统的设计摘 要目前，大部分高等院校的实验设备仪器管理还是依靠人力对设备进出实验室进行数据统计汇总，这不仅费时费力工作量法、操作繁琐，而且不便于信息查询。为了有效的管理器材，并减少人员劳动力，本设备管理控制系统引入近年来热门的QR码技术，使用基于C语言编程的STM32F103最小系统开发板连接MD300识别出QR码信息，并可将信息显示于LCD。同时，基于Python语言编程的进出库功能界面设计，实现了设备出入库时间地点、设备信息、借用人信息的记录。通过手持仪器的扫描识别二维码，将其存储于PC端。关键词：二维码；QR码识别；C语言；Python语言；进出库The
2、design of the intelligent laboratory management systemThe design of the management system of equipment AbstractNowadays, the management of equipment in universities is weak, and most universities depend on manpower to statistics the number of equipments in and out. It is not only time-consuming, lab
3、or-consuming and heavy workload, but also inconvenient for people to search the information of equipment. With the development of the modern technology, the way to manage the laboratory by manual operation will be replaced. This intelligent management system uses the QR code which is the popular tec
4、hnology in recent years for efficient management and manual labor savings. Using the STM32F103 board with the MD300 to identify the information of the QR code, which is based on the C-language. The interface of in and out is designed by Python language, and it can record the information of the locat
5、ion, time, the equipment and people. All of them store personal computer by scanning the QR code with the handheld devices.Keywords: QR code; identification of QR code; C-language; Python; In and out of the lab目录1前言11.1本设计的目的及意义11.2本设计国内外的情况及存在的问题12相关技术与设计方案32.1二维码的技术介绍32.2设计方案63硬件设计83.1 STM32F10383
6、.2 MD300二维码模块103.3 TFTLCD模块113.4按键模块134软件设计144.1 Keil uVision5144.2 Visual Studio Code144.3草料二维码生成器154.4二维条码数据传输164.5 LCD模块显示实现184.6按键模块功能设实现204.7上位机系统设计215系统调试255.1问题及解决方法255.2功能演示256总结30参考文献31谢辞33附录341 前言1.1本设计的目的及意义目前，我们国内的高等教育行业正备受关注，并且正在快速的发展中，而智能实验室的应用与管理是如今许多高校的教学方案中的重要科研对象，在社会中也受到各界的广泛关注。智能实
7、验室的管理不仅包含了实验室的设备管理、人员管理，还有安全的管理和各种数据的统计的工作，由于在实际生活的应用中，高效的实验室管理和使用还存在着许多困难，所以通过结合新型的科学技术研发出全新的智能化的实验室系统，为此可以保障高效实验室的安全与稳定，并提高学校的教学质量和效率，由此可以促使学生提高各方面的综合素质水平0。高校中的实验器材数量大、使用的范围广、类型众多，在现实的出入库、清查数量、维护设备等管理操作中需要用到许多的人工劳动力来操作，容易造成数据记录的不全面，难以完成信息溯源。依据教育部的关于规范和加强直属高校国有资产管理的若干建议文件，高等类的院校应有效的利用信息化的管理工具对国有资产信
8、息系统的合理性、其数据的准确性和操作的规范性进行监督和反馈，从而使资产管理、信息系统的管理和维护得到加强和保障，保证资产信息的安全0。随着互联网科技的迅速发展以及智能终端的普及应用，条码技术在高校信息管理系统、医疗设备管理系统和博物馆、图书馆数字化建设等方面都得到了广泛的应用。以条码技术为支撑管理系统可以大大提高管理效率，使管理人员和使用人员都能便利的操作使用。实验室中的仪器设备具有二维条码后，用户可通过手持仪器，连接上位机中相应的管理系统，即可进行扫描，实现设备进出库信息的录入，管理员也可以利用此系统对实验室的设备进行清点。1.2本设计国内外的情况及存在的问题目前，在国外的几家动态数据公司都
9、具有比较成熟的智能实验室管理系统，如有Lab Master LIMS公司、莱博韦尔公司的Lab Ware LIMS和美国的LAB系统公司的Nautilus LIMS等。将企业中的信息管理系统与其IT系统相结合是现代化发展的一大趋势，现如今，在各类的企业中，实现实验室的智能管理系统与企业中的资源计划IT架构做到相融合这一功能，对现代化企业的发展非常重要0。美国的货运协会（ATA）也运用这一二维码技术，ATA在美国的运货系统中应用到了二维码识别。发出货物的那一方可以把物品运输的重要信息编辑成一个二维码（PDF417标签）给货运商，然后货运商家只需要通过扫描仪器对条码进行扫描，货运的信息将即刻传输至
10、货运商家的计算机系统，这一二维码技术的应用大大提高了整个运输货物过程的效率 0。如今市面上许多的保险公司，一般保险经纪人都需要随声携带着他们的笔记本，为了方便每次与客户见面时可以及时制作出他们的保单和协议，然后保险经纪人回到公司的办公室后，他们需要将保单数据手动输入到公司的电脑中。但是这一手工操作使工作效率大大降低，所以Seimei公司，这是日本的一间保险公司，当他们的保险经纪人在制作保单的时候，他们会利用一个PDF417条码来存储保单的内容，等到他们回到公司时，只需要使用二维条码扫码器来扫描PDF417条码，就可以自动的将数据录入到公司的电脑中，这样可以大大提高工作的效率0。目前我国对于二维
11、码的应用已经渗透于生活中的方方面面，如身份证、医疗卡、医用化验单、移动支付等。此外在电子售票领域中已被成熟的运用，网络电子售票服务不仅利用了现代的移动通信技术和热门的移动支付技术，同时也采用了二维条码的快速识别技术，通过将以上技术完美结合，实现了电子移动票务的应用。它通过一个系统平台和一个业务管理平台，在用户线上购票成功后，用户的手机将会收到一张电子票是由二维条码构成的，在用户入场时，只需在场外利用其自动出票扫码机进行扫码，即可换取纸质的票据，轻松入场观影0。2008年，我国的东华大学实现了高校实验室管理的智能化新模式，其校内的材料科学学院、工程学院与校企共同合作，并联合了一支来自上海的万欣计
12、算机信息科技有限公司的专业技术团队，为学校研发出了一套“实验室智能管理系统”，为高校的实验室智能化管理创造了新模式。“实验室智能管理系统”这一个创新的管理系统模式，是一个结合了现代科技的信息化、过程化、系统化控制的智能管理平台。这一富有创新性的智能化的实验室管理系统在2011年获得了东华大学校内的教学成果的一等奖，并且在校内被积极推广使用；同一年份，不仅获得了一个市级奖项，上海市的教学成果一等奖，还在多所国内的知名高校中推广使用，如复旦大学等70多所知名学校0。目前，我国高校的教学设备的标签大部分是一维条形码，而一维条形码在实验室的设备管理中有许多的不便之处：一维条形码需要使用实验室中的专用的
13、扫码机器扫描才可以识别出条码信息，并且只有设备的领用人和管理人才能看到信息 ，其他人无法岁时的查看信息；一维条形码中所能包含的信息较少，弄脏了或者有破损以后也不能再被识别出来；不能及时的更新条码中的信息0。2 相关技术与设计方案2.1二维码的技术介绍2.1.1二维码简介矩阵式的二维码是由众多的深色的小方块和浅色的小方块组建而成的，它所构成的条码一般是呈正方形的，并且这些深色和浅色的小方块的长和高都是相同的，它们分别表示的是二进制中的“1”和“0”。这二维条码一种是会被自动识别处理的图形符号，可以自行纠错，DM码、汉信码都是比较有代表性的矩阵式的二维条码0。一个名字叫做Denso电装的日本汽车零
14、件公司于1994年9月研究出了一款矩阵式的符号并命名为Quick Response，即QR码。它是首款可以对中国字进行编码的二维码0，QR码的解码速度非常迅速，并且多种类型的字符都可以被存储，图 2.1为QR码的基本结构。这一条码有众多的矩阵排列版本，21*21为版本1，177*177为版本40，所以它有40个版本，每相邻的两个版本之间的条码，都是条码的每一边相差四个模块；接下来是确定条码的校正图形的个数和它所处的位置；二维条码包含四个级别（格式信息）提供自动纠错，这4个级别分别是L、M、Q、H；为了实际所保存的二维码的信息纠错（修正由于外部损坏而造成的二维条码的错误），条码中有数据纠错码字；
15、二维码的定位是通过条码中的定位图形、位置探测图形和位置探测图形分隔符来进行确定的0。图 2.1 QR码的基本结构二维条码的设计在一维条码的基础上完善了许多，二维条码提供给用户存储数据的容量更大、条码的自动纠错能力更强、可以与其他的现代科技技术开发、结合并广泛的应用、信息存储的类型多样（汉字、字母数字等各种信息）的优点：（1） 可存储大量信息QR码中可以比一维条码存储多几十倍到几百倍的信息，如数字、英文、日文、汉字、符号、二进制控制码等类型的数据都能存储于二维码中。（2） 可靠性强、效率高通过二维码读取信息比人工读取更加精确、准确率更高高，信息读取错误的出现的几率极低；读码的速度也很快，每秒可读
16、40个字符。（3） 有效表现各种字母QR码的子集规格是根据日本的“JIS第一级和第二级的汉字”标准所制定的，因此在处理日语、全角字母和汉字这些数据时都是用13比特的数据处理，比起其他数据所存储的条码，工作效率更高，并且可以存储更多的信息，多于20%以上。（4） 纠错功能这一功能在QR码部分编码受到外部损坏或污渍时，可以自动恢复其原始数据。数据的恢复是单位是码字，最多可以纠错约30%受损的二维条码（级别L为约7%，级别M约为15%，级别Q约为25%，级别H约为30%）。（5） 易于制作、构造简单通过印刷就可以被制作出来，因此二维条码也有“可印刷的计算机语言”之称。（6） 加密设置在条码的编码过程中加入加密算法，对二
