重要設備儀器的智能電源管理監測箱系統設計

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

　　摘 要：設計一種智能電源管理監測箱，放置在重要儀器設備的供電電源進(jìn)線(xiàn)與市電插座中，管理監測儀器設備的使用者以及使用時(shí)間，統計設備儀器的使用情況，并且監測到儀器設備周邊有異常情況時(shí)，可以及時(shí)停止供電同時(shí)發(fā)出報警信息。系統采用嵌入式單片機、觸摸屏、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)以及有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理，在后臺管理軟件平臺里建立設備儀器的數據庫和使用者的數據庫，實(shí)時(shí)接收處理電源監測箱的上傳數據，遠程發(fā)送控制指令來(lái)有效管理電源監測箱運行。

　　關(guān)鍵詞：刷卡供電；遠程控制；使用管理；統計數據；監測關(guān)機及報警

　　0 引言

　　很多企業(yè)和科研院所采購了重要的實(shí)驗儀器及設備。一般對重要設備儀器的管理有著(zhù)明確要求：專(zhuān)人使用，專(zhuān)人負責等，但是實(shí)際工作中還是經(jīng)常會(huì )出問(wèn)題。如何提高設備儀器的使用效率和加強安全管理是許多用戶(hù)的實(shí)在需求。一般對實(shí)驗室管理會(huì )通過(guò)門(mén)禁卡的管理實(shí)現，但大多數重要的實(shí)驗室設備有可能分布式擺放，不一定都在一個(gè)實(shí)驗室里，即使放在同一個(gè)實(shí)驗室里，也存在著(zhù)對使用者的管理，有的設備不是每個(gè)人都可以使用的，設備使用了多久、誰(shuí)在使用等也需要建立電子檔案便于管理。

　　針對以上需求，結合當下發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們設計了一套智能電源管理監測箱系統，可以實(shí)現IC卡預約登記使用，刷卡供電開(kāi)啟設備儀器，設備儀器關(guān)機有記錄，管理平臺遠程控制管理IC卡和設備儀器，環(huán)境溫度異常立即斷電關(guān)機保護重要設備儀器等功能。經(jīng)過(guò)測試以及實(shí)物驗證，本設計基本可以滿(mǎn)足用戶(hù)對重要設備儀器使用加強管理建立檔案的要求。

　　1 總體設計

　　本智能電源管理監測箱系統分為后端軟件管理平臺系統和前端硬件電源管理監測箱兩部分。前端電源管理監測箱硬件系統由四大部分構成，分別為卡片管理模塊、電路檢測模塊、電路控制模塊、加密及通信模塊。后端軟件管理平臺系統主要功能包括：設備使用記錄存儲及查詢(xún)、賬號創(chuàng )建及授權以及遠程控制功能（如圖1和圖2）。

　　2 硬件系統

　　硬件系統如圖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(guò)讀取卡片信息并生成含有用戶(hù)識別的編碼數據（如圖5）。電路檢測模塊通過(guò)霍爾器件實(shí)現電流的檢測。電路控制模塊通過(guò)繼電器實(shí)現電路的打開(kāi)與關(guān)斷。加密與通信模塊是硬件系統的數據處理中心，通過(guò)采集卡片信息并將數據與服務(wù)器進(jìn)行數據交換與通信，以決定當前電源電路是否允許打開(kāi)；通過(guò)讀取電流采集模塊的電流值判斷當前設備運行情況，并進(jìn)行時(shí)間統計，如果出現電流過(guò)大等異常情況，可以通過(guò)蜂鳴器等設備進(jìn)行報警，同時(shí)及時(shí)關(guān)斷電路以保護設備。

　　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，可靠運行溫度在–40~105 ℃，具有片上高速嵌入式存儲器（快閃存儲多達256 kB）。所有設備提供標準通信接口（2路I2C，5路USART），2路12位模數轉換器以及2路12位數模轉換器，多達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(xiě)符合ISO14443 TYPE A標準協(xié)議的IC卡，硬件上選用了高性能的Arm內核處理器、專(zhuān)業(yè)射頻處理IC，軟件上對協(xié)議、算法等都進(jìn)行了仔細的優(yōu)化，能穩定、高速地完成對卡片的讀寫(xiě)操作。

　　2.4 電流傳感器模塊

　　電流檢測模塊（圖6）使用霍爾傳感器WCS1800來(lái)檢測直流回路中的電流，帶有模擬信號和電平信號兩種輸出（表1）。

　　3 軟件系統（如圖8）

　　后端軟件管理平臺系統由數據庫與操作界面組成。數據庫采用SQL2008或者M(jìn)ySQL數據庫，提供豐富的外部接口用于卡片及用戶(hù)數據的增刪改查。程序操作界面分為桌面版本與Web版本兩種。桌面版為單機安裝版，Web版為網(wǎng)絡(luò )版本，可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )內任意電腦上進(jìn)行后臺管理。

　　桌面版程序主要利用C#語(yǔ)言設計，具有界面友好，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。支持Win7/Win10操作系統。網(wǎng)絡(luò )版程序利用Java語(yǔ)言設計管理后臺，前端采用Html+CSS+Javascript。系統充分考慮多并發(fā)的網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)特點(diǎn)，在高并發(fā)情況下仍能穩定運行。

　　管理員通過(guò)操作界面可以進(jìn)行用戶(hù)及卡片權限設置，系統通過(guò)分組用戶(hù)名管理實(shí)現不同的用戶(hù)具有不同的操作訪(fǎng)問(wèn)權限，提高了系統的安全級別。管理員可以對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的設備用電使用情況進(jìn)行監控，發(fā)現異常還可以遠程關(guān)斷指定電路等操作。

　　4 結論

　　經(jīng)過(guò)使用檢測，實(shí)際制作的樣機能夠滿(mǎn)足實(shí)際使用的需要。對于用戶(hù)加強對重要設備儀器的監測管理起到很好的作用，存在潛在的市場(chǎng)需求，值得推廣。本項目在文章寫(xiě)作整理過(guò)程中，也在同時(shí)申請創(chuàng )新基金，值得期待。參考文獻：

　　[1] 儀器設備電源管理監測箱使用手冊[Z].上海洋洋電子計算機有限公司.

　　[2] WCS1800數據手冊[Z]. Winson Semiconductor Corp.

　　[3] STM32 F05XX 數據手冊[Z] . STM icroelectroni cscorporate.

　　[4] 智能ISO14443A協(xié)議[Z].International Organization forStandardization.

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

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期第61頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）