實訓室智能工具箱的設計與研究

張偉雄　羅芳　劉娟　劉折

摘 要：目前，各類學校實驗實訓教學越來越多。為了提高教學質(zhì)量和效率，本文設計了一套智能工具箱，對實訓室工具進行科學化、系統(tǒng)化管理，避免實訓工具經(jīng)常丟失而影響實訓教學任務的開展，甚至造成學校資產(chǎn)的不必要損失。

關(guān)鍵詞：智能工具箱;RFID;實訓室;工具管理

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0065-03

Design and Research of Training Room Intelligent Toolbox

ZHANG Weixiong1 LUO Fang1 LIU Juan2 LIU Zhe1

（1. Qingyuan Polytechnic，Qingyuan Guangdong 511510;2. The First Junior Middle School of Yuantan Town， Qingcheng District，Qingyuan Guangdong 511533）

Abstract： At present， there are more and more experimental training courses in various schools. In order to improve the quality and efficiency of teaching， this paper designed a set of intelligent toolbox to scientifically and systematically manage the training room tools， avoiding the frequent loss of training tools， which could affect the development of the teaching tasks， and even cause unnecessary losses of school assets.

Keywords： smart toolbox;RFID;training room;tool management

在現(xiàn)在的各類學校實驗室中，工具箱一般設置為多種工具組合疊放的箱體，簡單地區(qū)分工具類別并設置有分隔的空腔，同類工具的多種型號往往一起擺放，存在混淆和遺漏的情況。在開展實驗實訓教學時，各類學校的實驗室會為學生提供多種工具。例如，在電工實訓室中，由于工具箱數(shù)量多，部分學生在做實訓項目的過程中隨意放置實訓工具，實訓后不按指定要求收拾工具。具體來說，學生使用工具后可能忘記將工具放回原位，甚至會將自己的工具放入他人的工具箱或?qū)⑺说墓ぞ叻湃胱约旱墓ぞ呦?，不利于教學管理和培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)。本文研究的是一種基于RFID技術(shù)的智能工具箱，主要是為各類學校的實驗室開展實驗實訓教學提供工具管理服務。與傳統(tǒng)的工具箱相比，本工具管理裝置符合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的要求，能夠利用控制器、身份識別芯片、傳感器和無線傳輸?shù)燃夹g(shù)進行聯(lián)網(wǎng)管理，具備查找工具方便快捷、核查準確、無人值守等特點。

1 研究現(xiàn)狀

對于工科的人才培養(yǎng)來說，一般實訓實踐教學的學時要占據(jù)一半以上，特別是機電一體化、電氣自動化等工科專業(yè)，經(jīng)常需要配合實訓工具來開展實訓教學任務，而學生往往不可避免地在實訓過程中出現(xiàn)隨意擺放工具而造成工具遺失的情況，或多或少地影響實訓教學的開展。由于各方面的條件限制，早期并沒有太多針對實訓工具箱的改進設計研究，隨著機電一體化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的快速發(fā)展，近幾年開始涌現(xiàn)出針對這一領(lǐng)域的研究。

2016年1月，針對現(xiàn)有機械加工實訓室工具箱的缺陷，徐海枝研發(fā)出一種智能工具箱，通過光電傳感器和警示燈通斷的控制裝置，實現(xiàn)工具歸位情況智能顯示[1];2016年4月，中國民航飛行學院的劉英等人提出了基于RFID技術(shù)的管理系統(tǒng)來實現(xiàn)工具的快速存取、定位和監(jiān)控[2];2017年1月，濱州學院的劉明超等人針對民航的機務維修工具容易遺失的問題設計了智能防遺失維修工具箱[3];2017年4月，中國民用航空飛行學院的李寶國設計了便攜式、固定式兩款應用在不同場合的工具箱[4];2018年9月，中國鐵路南昌局集團有限公司的繆長春針對鐵路部門維修時攜帶工具存在管理困難、效率低下等問題，提出在工器具的表面融入RFID芯片，實現(xiàn)自動批量掃描讀取工器具信息和統(tǒng)計[5]。綜上分析，雖然不少院校對智能工具箱開展了研究，但高校實訓室用的工具箱具有多人多套、工具零散的使用特點，并沒有太多專門的研究，不方便管理實訓室工具。所以，設計一個方便實訓教學的工具管理設備是當前亟待解決的問題。

2 方案設計

本方案設計的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于身份識別技術(shù)的工具管理裝置，該裝置能夠準確識別工具錯放和漏放等問題，保證工具箱中工具擺放整齊和數(shù)量完整。為了達到上述目的，該技術(shù)方案采用一種基于身份識別技術(shù)的工具管理裝置，主控模塊的輸入端外接身份識別模塊、位置檢測模塊和輸入模塊，主控模塊的輸出端外接報警模塊和無線顯示模塊，所述的身份識別模塊為RFID芯片[6]，位置檢測模塊為位置傳感器，輸入模塊為按鍵，報警模塊為報警指示燈，無線顯示模塊為顯示屏終端，主控模塊安裝于工具箱的箱體中，工具箱中設有容置工具的工具槽，工具槽中設有位置傳感器，工具上連接有RFID芯片，工具箱的蓋體上設置有按鍵和報警指示燈，主控模塊電連接位置傳感器、按鍵和報警指示燈，如圖1和圖2所示。

3 硬件結(jié)構(gòu)

該智能工具箱的主控模塊內(nèi)置RFID讀寫器和無線通信模塊，所述的顯示屏終端為手機，手機中安裝的軟件顯示工具箱中工具的存放狀態(tài)。該工具箱以電工實訓室所常用的工具為例，每個工具上加入身份識別模塊。當檢測到本工具箱有漏放錯放工具或者工具擺放不到位時，裝在工具箱蓋上的報警指示燈會發(fā)出報警信號提醒使用者，可以及時發(fā)現(xiàn)是哪個小組使用的工具箱漏放錯放工具或者工具擺放不到位，從而實時監(jiān)控各個工具箱的使用情況，避免工具無故遺失而造成資產(chǎn)的流失。利用現(xiàn)有無線模塊的數(shù)據(jù)和通信協(xié)議來設計手機APP端，其工具管理界面示意圖如圖3所示，該管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)控哪個工具箱漏放或錯放了什么工具，實現(xiàn)了無人化的快捷清點、實時管理功能。

4 工作原理

本文研究的實訓室智能工具箱采用以下工作原理。首先在每個工具上內(nèi)置微型電子標簽，設置固定身份，當檢測到本工具箱有漏放錯放工具或者工具擺放不到位時，教師統(tǒng)一打開工具箱電源，工業(yè)級金屬檢測傳感器開始檢測指定的金屬工具，當工具漏放時，裝在工具箱蓋上的指示燈報警模塊會發(fā)出紅色信號提醒使用者。若學生將不同工具箱的工具錯放在其他工具箱，RFID標簽與主機進行身份識別，發(fā)現(xiàn)工具錯發(fā)工具箱后發(fā)出黃色警報燈，教師手機APP對應的工具箱顯示紅色，對應的錯放或漏放的工具位置顯示紅色。最后，教師可以通過手機APP界面查看工具擺放情況，可以及時發(fā)現(xiàn)是哪個小組使用的工具箱漏放錯放工具或者工具擺放不到位，從而實時監(jiān)控各個工具箱的使用情況，避免工具無故遺失而造成資產(chǎn)的流失。

5 結(jié)語

隨著計算機和機電一體化技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化的軟硬件結(jié)合將會不斷地涌現(xiàn)。開發(fā)一種高職院校實訓室用的智能工具箱，有助于對實訓教學工具進行智能化管理，彌補以往清點工具費力耗時的缺點。同時，它可以對工具進行歸類放置、盤存查找，具有方便管理、實時監(jiān)控等智能化特點，提高了實訓教學效率，降低了工具遺失造成的資產(chǎn)損失，為教學和專業(yè)建設帶來積極的作用。

參考文獻：

[1]徐海枝.智能工具箱的設計與實現(xiàn)[J].價值工程，2016（2）：87-88.

[2]劉英，謝家雨.智能化航空維修工具管理系統(tǒng)的研究[J].科技視界，2016（10）：72.

[3]劉明超，劉成肖，孫翠玲.智能防遺失民航機務維修工具箱設計[J].電子世界，2017（1）：168.

[4]李寶國.基于RFID技術(shù)的智能工具箱研制[D].廣漢：中國民用航空飛行學院，2017.

[5]繆長春.基于RFID的工器具智能管理系統(tǒng)的研究[J].江西科學，2018（5）：874-876.

[6]謝家文.基于RFID技術(shù)的移動式智能工具箱系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].北京：中國科學院大學，2017.