重要設(shè)備儀器的智能電源管理監(jiān)測(cè)箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　宣 浩¹，藍(lán)英豪²（1.上海洋洋電子計(jì)算機(jī)有限公司，上海 200433；2.聯(lián)合技術(shù)有限公司(UTC)，上海 201206）

　　摘 要：設(shè)計(jì)一種智能電源管理監(jiān)測(cè)箱，放置在重要儀器設(shè)備的供電電源進(jìn)線與市電插座中，管理監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的使用者以及使用時(shí)間，統(tǒng)計(jì)設(shè)備儀器的使用情況，并且監(jiān)測(cè)到儀器設(shè)備周邊有異常情況時(shí)，可以及時(shí)停止供電同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。系統(tǒng)采用嵌入式單片機(jī)、觸摸屏、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)以及有線網(wǎng)絡(luò)管理，在后臺(tái)管理軟件平臺(tái)里建立設(shè)備儀器的數(shù)據(jù)庫和使用者的數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)接收處理電源監(jiān)測(cè)箱的上傳數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程發(fā)送控制指令來有效管理電源監(jiān)測(cè)箱運(yùn)行。

　　關(guān)鍵詞：刷卡供電；遠(yuǎn)程控制；使用管理；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)關(guān)機(jī)及報(bào)警

　　0 引言

　　很多企業(yè)和科研院所采購了重要的實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備。一般對(duì)重要設(shè)備儀器的管理有著明確要求：專人使用，專人負(fù)責(zé)等，但是實(shí)際工作中還是經(jīng)常會(huì)出問題。如何提高設(shè)備儀器的使用效率和加強(qiáng)安全管理是許多用戶的實(shí)在需求。一般對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理會(huì)通過門禁卡的管理實(shí)現(xiàn)，但大多數(shù)重要的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有可能分布式擺放，不一定都在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，即使放在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，也存在著對(duì)使用者的管理，有的設(shè)備不是每個(gè)人都可以使用的，設(shè)備使用了多久、誰在使用等也需要建立電子檔案便于管理。

　　針對(duì)以上需求，結(jié)合當(dāng)下發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套智能電源管理監(jiān)測(cè)箱系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)IC卡預(yù)約登記使用，刷卡供電開啟設(shè)備儀器，設(shè)備儀器關(guān)機(jī)有記錄，管理平臺(tái)遠(yuǎn)程控制管理IC卡和設(shè)備儀器，環(huán)境溫度異常立即斷電關(guān)機(jī)保護(hù)重要設(shè)備儀器等功能。經(jīng)過測(cè)試以及實(shí)物驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)基本可以滿足用戶對(duì)重要設(shè)備儀器使用加強(qiáng)管理建立檔案的要求。

　　1 總體設(shè)計(jì)

　　本智能電源管理監(jiān)測(cè)箱系統(tǒng)分為后端軟件管理平臺(tái)系統(tǒng)和前端硬件電源管理監(jiān)測(cè)箱兩部分。前端電源管理監(jiān)測(cè)箱硬件系統(tǒng)由四大部分構(gòu)成，分別為卡片管理模塊、電路檢測(cè)模塊、電路控制模塊、加密及通信模塊。后端軟件管理平臺(tái)系統(tǒng)主要功能包括：設(shè)備使用記錄存儲(chǔ)及查詢、賬號(hào)創(chuàng)建及授權(quán)以及遠(yuǎn)程控制功能（如圖1和圖2）。

　　2 硬件系統(tǒng)

　　硬件系統(tǒng)如圖3和圖4所示。

　　2.1 硬件模塊介紹

　　卡片管理模塊有1個(gè)非接觸性讀卡器，通過讀取卡片信息并生成含有用戶識(shí)別的編碼數(shù)據(jù)（如圖5）。電路檢測(cè)模塊通過霍爾器件實(shí)現(xiàn)電流的檢測(cè)。電路控制模塊通過繼電器實(shí)現(xiàn)電路的打開與關(guān)斷。加密與通信模塊是硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，通過采集卡片信息并將數(shù)據(jù)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與通信，以決定當(dāng)前電源電路是否允許打開；通過讀取電流采集模塊的電流值判斷當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行情況，并進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，如果出現(xiàn)電流過大等異常情況，可以通過蜂鳴器等設(shè)備進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)及時(shí)關(guān)斷電路以保護(hù)設(shè)備。

　　2.2 核心處理器介紹

　　STM32F105XX系列主要采用高性能的Arm 32位精簡(jiǎn)指令集的處理器，可靠運(yùn)行溫度在–40~105 ℃，具有片上高速嵌入式存儲(chǔ)器（快閃存儲(chǔ)多達(dá)256 kB）。所有設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口（2路I2C，5路USART），2路12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及2路12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，多達(dá)10個(gè)通用的16位定時(shí)器和先進(jìn)控制定時(shí)器。

　　2.3 讀卡器模塊

　　產(chǎn)品模塊可以讀寫符合ISO14443 TYPE A標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的IC卡，硬件上選用了高性能的Arm內(nèi)核處理器、專業(yè)射頻處理IC，軟件上對(duì)協(xié)議、算法等都進(jìn)行了仔細(xì)的優(yōu)化，能穩(wěn)定、高速地完成對(duì)卡片的讀寫操作。

　　2.4 電流傳感器模塊

　　電流檢測(cè)模塊（圖6）使用霍爾傳感器WCS1800來檢測(cè)直流回路中的電流，帶有模擬信號(hào)和電平信號(hào)兩種輸出（表1）。

　　3 軟件系統(tǒng)（如圖8）

　　后端軟件管理平臺(tái)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫與操作界面組成。數(shù)據(jù)庫采用SQL2008或者M(jìn)ySQL數(shù)據(jù)庫，提供豐富的外部接口用于卡片及用戶數(shù)據(jù)的增刪改查。程序操作界面分為桌面版本與Web版本兩種。桌面版為單機(jī)安裝版，Web版為網(wǎng)絡(luò)版本，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意電腦上進(jìn)行后臺(tái)管理。

　　桌面版程序主要利用C#語言設(shè)計(jì)，具有界面友好，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。支持Win7/Win10操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)版程序利用Java語言設(shè)計(jì)管理后臺(tái)，前端采用Html+CSS+Javascript。系統(tǒng)充分考慮多并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)訪問特點(diǎn)，在高并發(fā)情況下仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

　　管理員通過操作界面可以進(jìn)行用戶及卡片權(quán)限設(shè)置，系統(tǒng)通過分組用戶名管理實(shí)現(xiàn)不同的用戶具有不同的操作訪問權(quán)限，提高了系統(tǒng)的安全級(jí)別。管理員可以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備用電使用情況進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常還可以遠(yuǎn)程關(guān)斷指定電路等操作。

　　4 結(jié)論

　　經(jīng)過使用檢測(cè)，實(shí)際制作的樣機(jī)能夠滿足實(shí)際使用的需要。對(duì)于用戶加強(qiáng)對(duì)重要設(shè)備儀器的監(jiān)測(cè)管理起到很好的作用，存在潛在的市場(chǎng)需求，值得推廣。本項(xiàng)目在文章寫作整理過程中，也在同時(shí)申請(qǐng)創(chuàng)新基金，值得期待。參考文獻(xiàn)：

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　　[5] 夏超偉,2015.基于嵌入式的實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備控制和管理系統(tǒng)[D].杭州:杭州電子科技大學(xué).

　　（注：本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期第61頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。）