重要设备仪器的智能电源管理监测箱系统设计

　　宣 浩¹，蓝英豪²（1.上海洋洋电子计算机有限公司，上海 200433；2.联合技术有限公司(UTC)，上海 201206）

　　摘 要：设计一种智能电源管理监测箱，放置在重要仪器设备的供电电源进线与市电插座中，管理监测仪器设备的使用者以及使用时间，统计设备仪器的使用情况，并且监测到仪器设备周边有异常情况时，可以及时停止供电同时发出报警信息。系统采用嵌入式单片机、触摸屏、传感器、物联网以及有线网络管理，在后台管理软件平台里建立设备仪器的数据库和使用者的数据库，实时接收处理电源监测箱的上传数据，远程发送控制指令来有效管理电源监测箱运行。

　　关键词：刷卡供电；远程控制；使用管理；统计数据；监测关机及报警

　　0 引言

　　很多企业和科研院所采购了重要的实验仪器及设备。一般对重要设备仪器的管理有着明确要求：专人使用，专人负责等，但是实际工作中还是经常会出问题。如何提高设备仪器的使用效率和加强安全管理是许多用户的实在需求。一般对实验室管理会通过门禁卡的管理实现，但大多数重要的实验室设备有可能分布式摆放，不一定都在一个实验室里，即使放在同一个实验室里，也存在着对使用者的管理，有的设备不是每个人都可以使用的，设备使用了多久、谁在使用等也需要建立电子档案便于管理。

　　针对以上需求，结合当下发展的物联网技术，我们设计了一套智能电源管理监测箱系统，可以实现IC卡预约登记使用，刷卡供电开启设备仪器，设备仪器关机有记录，管理平台远程控制管理IC卡和设备仪器，环境温度异常立即断电关机保护重要设备仪器等功能。经过测试以及实物验证，本设计基本可以满足用户对重要设备仪器使用加强管理建立档案的要求。

　　1 总体设计

　　本智能电源管理监测箱系统分为后端软件管理平台系统和前端硬件电源管理监测箱两部分。前端电源管理监测箱硬件系统由四大部分构成，分别为卡片管理模块、电路检测模块、电路控制模块、加密及通信模块。后端软件管理平台系统主要功能包括：设备使用记录存储及查询、账号创建及授权以及远程控制功能（如图1和图2）。

　　2 硬件系统

　　硬件系统如图3和图4所示。

　　2.1 硬件模块介绍

　　卡片管理模块有1个非接触性读卡器，通过读取卡片信息并生成含有用户识别的编码数据（如图5）。电路检测模块通过霍尔器件实现电流的检测。电路控制模块通过继电器实现电路的打开与关断。加密与通信模块是硬件系统的数据处理中心，通过采集卡片信息并将数据与服务器进行数据交换与通信，以决定当前电源电路是否允许打开；通过读取电流采集模块的电流值判断当前设备运行情况，并进行时间统计，如果出现电流过大等异常情况，可以通过蜂鸣器等设备进行报警，同时及时关断电路以保护设备。

　　2.2 核心处理器介绍

　　STM32F105XX系列主要采用高性能的Arm 32位精简指令集的处理器，可靠运行温度在–40~105 ℃，具有片上高速嵌入式存储器（快闪存储多达256 kB）。所有设备提供标准通信接口（2路I2C，5路USART），2路12位模数转换器以及2路12位数模转换器，多达10个通用的16位定时器和先进控制定时器。

　　2.3 读卡器模块

　　产品模块可以读写符合ISO14443 TYPE A标准协议的IC卡，硬件上选用了高性能的Arm内核处理器、专业射频处理IC，软件上对协议、算法等都进行了仔细的优化，能稳定、高速地完成对卡片的读写操作。

　　2.4 电流传感器模块

　　电流检测模块（图6）使用霍尔传感器WCS1800来检测直流回路中的电流，带有模拟信号和电平信号两种输出（表1）。

　　3 软件系统（如图8）

　　后端软件管理平台系统由数据库与操作界面组成。数据库采用SQL2008或者MySQL数据库，提供丰富的外部接口用于卡片及用户数据的增删改查。程序操作界面分为桌面版本与Web版本两种。桌面版为单机安装版，Web版为网络版本，可以实现网络内任意电脑上进行后台管理。

　　桌面版程序主要利用C#语言设计，具有界面友好，操作简单的特点。支持Win7/Win10操作系统。网络版程序利用Java语言设计管理后台，前端采用Html+CSS+Javascript。系统充分考虑多并发的网络访问特点，在高并发情况下仍能稳定运行。

　　管理员通过操作界面可以进行用户及卡片权限设置，系统通过分组用户名管理实现不同的用户具有不同的操作访问权限，提高了系统的安全级别。管理员可以对整个网络的设备用电使用情况进行监控，发现异常还可以远程关断指定电路等操作。

　　4 结论

　　经过使用检测，实际制作的样机能够满足实际使用的需要。对于用户加强对重要设备仪器的监测管理起到很好的作用，存在潜在的市场需求，值得推广。本项目在文章写作整理过程中，也在同时申请创新基金，值得期待。参考文献：

　　[1] 仪器设备电源管理监测箱使用手册[Z].上海洋洋电子计算机有限公司.

　　[2] WCS1800数据手册[Z]. Winson Semiconductor Corp.

　　[3] STM32 F05XX 数据手册[Z] . STM icroelectroni cscorporate.

　　[4] 智能ISO14443A协议[Z].International Organization forStandardization.

　　[5] 夏超伟,2015.基于嵌入式的实验室仪器设备控制和管理系统[D].杭州:杭州电子科技大学.

　　（注：本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第07期第61页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。）