基于WSN的开放性实验室电源管理系统

摘要：为了提高开放性实验室电源的精细管理水平，给出了一套远程电源管理系统的设计方法。该方法通过监控中心预约实验，待审核排班后下发实验室现场控制单元壁挂式主机，实验者经主机刷卡验证身份后，由主机分配实验台并通过ZigBee无线网下发指令到实验台电源控制器并打开相应电源。该电源控制器能实时采集实验台电源的电压、电流参数，并逆向上报监控中心。监控中心可根据上报数据判断电源的工作情况，并进行状态控制。经运行测试，该系统可以实现实验室电源的无人值守、状态监测、远程控制等精细化管理。
关键词：开放性实验室；电源管理；ZigBee；远程控制

0 引言
开放性实验室管理是教育信息化的重要内容，是培养创新型人才的新途径。电源管理系统是开放实验室管理中过程控制的重要环节，基于智能卡和IP核电源控制技术的电源管理方案是目前流行的解决方案，在诸如万欣开放性实验室管理系统等系统中获得了广泛应用。但该类系统对电源使用过程中的参数缺乏监管，因此，对实验台中因用电造成的故障缺乏过程监控。针对开放实验室电源精细管理中出现的上述问题，本文提出了一种基于ZigBee、RFID、GSM及计算机软件技术等物联网核心技术的解决方案。

1 系统组成
本系统由远程监控中心和实验室现场控制单元两部分组成，图1所示是开放实验室电源管理系统的整个系统组成框图。其中远程监控中心主要由服务器、数据库、应用软件和支持TCP／IP和GSM的桌面主机组成。应用软件主要负责实验预约、排班、报表和数据维护；桌面主机可支持多种方式与实验室现场控制单元通讯，负责信息的传输，并通过开放的接口与开放实验室管理系统的其它子系统进行通讯。实验室现场控制单元由客户端壁挂式主机及照明、实验台、空调等三类受控对象的电源控制器组成。客户端壁挂式主机内置RFID刷卡模块、CC2430通讯模块、GSM通讯模块以及以太网通讯模块，并通过ZigBee无线传感器网络与电源控制器通讯，负责ZigBee无线网络的发起、路由维护以及数据的上传、指令的下发等。电源控制器内置CC2430通讯模块、传感器模块、信号采集模块、电源控制模块，可以负责指令接收、状态反馈和现场电源控制等功能。

2 系统主要模块的硬件设计
2．1 客户端壁挂式主机
客户端壁挂式主机由嵌入式主机、RFID读卡装置、ZigBee和GPRS通讯模块、LNK304电源系统构成。嵌入式主机采用OK2440-IV型开发板，通过USB接口连接RFID读卡装置，并通过两个串口连接ZigBee和GSM模块。支持GSM通讯是为了方便远程短信控制，以解决实验室运行过程中忘记关电后的远程关电。