1背景
中職學(xué)生他們剛剛從初中畢業(yè)，心理都還不夠成熟，表現(xiàn)的欲望較強(qiáng)，活潑好動(dòng)，安全意識(shí)較差，他們經(jīng)常會(huì)尋找機(jī)會(huì)“使壞”來增加自己的存在感。同時(shí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，往往學(xué)生多老師少，不易管理，實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師無法面面俱到，不能了解到每個(gè)學(xué)生的操作狀況，造成一定的困惑。
針對(duì)中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生的特點(diǎn)，既需要保護(hù)他們的學(xué)習(xí)熱情，又要使人員、設(shè)備、用電都處于可控狀態(tài)，還需要根據(jù)中職學(xué)生的特點(diǎn)來改善教學(xué)手段和教學(xué)方法。考慮使用設(shè)備電源管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)安全用電的目標(biāo)。
2實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式
(一)制定實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別的技術(shù)規(guī)范。
現(xiàn)有身份識(shí)別的方法很多，制定識(shí)別數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與傳輸規(guī)范就能夠兼容所有的識(shí)別方法，例如：RFID、SIM、磁條卡、指紋、人臉等。制定數(shù)據(jù)采集規(guī)范與采集種類的數(shù)量與升級(jí)方法。學(xué)生采用RFID方式，卡中存儲(chǔ)持卡者身份信息(如校園卡)，不需要增加卡片的硬件投入，學(xué)生個(gè)人信息方便在脫機(jī)時(shí)也能讀取，持卡者信息記錄可記錄實(shí)訓(xùn)的日志。
(二)實(shí)訓(xùn)室設(shè)備的組網(wǎng)通信方式，采用WiFi將每一臺(tái)設(shè)備連接起來并通過WiFi模塊連接上位機(jī)。
系統(tǒng)能夠通過刷卡的方式驗(yàn)證身份并開啟或關(guān)閉設(shè)備，實(shí)訓(xùn)的信息記錄在卡中，教師可以通過讀取卡內(nèi)信息了解該持有人的實(shí)訓(xùn)考勤狀況。上位機(jī)軟件可以分為本地與遠(yuǎn)程的管理軟件開發(fā)。
(三)獨(dú)立電源系統(tǒng)待機(jī)符合國際能源組織以及國家相關(guān)待機(jī)能耗規(guī)范。
控制方式為授權(quán)、延時(shí)、刷卡直接開啟等，其基本配置有中央處理系統(tǒng)、WiFi通信系統(tǒng)、擴(kuò)展傳感器接口系統(tǒng)、電源開關(guān)控制系統(tǒng)、電源輸入輸出接口系統(tǒng)。在受控操作時(shí)將IK88電源接口與本控制模塊連接后就可以受控，受控模式可以是刷卡一次開機(jī)，再刷一次關(guān)機(jī)，或者刷一次開機(jī)，XX分鐘后自動(dòng)關(guān)機(jī)。
(四)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，由RFID讀寫裝置，電源開關(guān)控制裝置，電流與電壓傳感器裝置，輸入輸出接口，中央處理器與WiFi通信接口組成。
通過傳感器與外部接口進(jìn)行控制，除了可以采集實(shí)訓(xùn)信息部分除考勤外，可繼續(xù)增設(shè)電流、電壓等傳感器模塊，能夠采集學(xué)生操作中是否出現(xiàn)電源短路、過載、電壓設(shè)置不正確等信息。
3實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)
在確保學(xué)生實(shí)訓(xùn)時(shí)不發(fā)生觸電等安全事故，需要提供漏電、過熱、過流、短路和手動(dòng)緊急停止功能，從而保障學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作時(shí)的用電安全。同時(shí)還可以兼顧用電管理和教學(xué)服務(wù)功能。
(一)用電管理：節(jié)能減排，確保按時(shí)、按需供電。
1.實(shí)訓(xùn)學(xué)生需要實(shí)驗(yàn)設(shè)備通電時(shí)告知指導(dǎo)教師;
2.指導(dǎo)教師可操作接通實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源(工作接通狀態(tài)有燈光顯示);
3.指導(dǎo)教師按停止按鈕可以即時(shí)切斷設(shè)備電源(工作接通狀態(tài)熄滅);
4.實(shí)驗(yàn)室管理員可管理指導(dǎo)老師的操作權(quán)限，添加授權(quán)或刪除授權(quán)功能。
(二)教學(xué)服務(wù)：能服務(wù)于中職學(xué)生的教學(xué)管理。
1.設(shè)備用電數(shù)據(jù)能同步上傳到計(jì)算機(jī)中，并提供實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)管理模塊，數(shù)據(jù)查詢(設(shè)備開啟時(shí)間、設(shè)備號(hào))結(jié)果導(dǎo)出到“EXCEL”表格中，供查詢或與其它管理軟件共享數(shù)據(jù);
2.實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)管理模塊能讀取校園卡信息，具備數(shù)據(jù)查閱功能，選擇查詢的時(shí)間范圍、號(hào)碼等信息后能獲得滿足查詢條件的數(shù)據(jù);
3.實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)管理模塊能免費(fèi)無限次升級(jí)。
4實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)構(gòu)建
(一)系統(tǒng)構(gòu)成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
將電源管理模塊安置在實(shí)訓(xùn)臺(tái)內(nèi)部，圖1所示。由機(jī)箱、電源總線、信號(hào)總線、通信總線、RFID刷卡供電WiFi無線管理工作站模塊、WiFi無線數(shù)字直流可編程穩(wěn)壓恒流電源模塊、連續(xù)可調(diào)低壓隔離交流電源模塊、供電安全保護(hù)模塊、市電工作電源模塊、儀器供電模塊組成。各模塊與機(jī)構(gòu)總線連接，損壞時(shí)可單獨(dú)拆除維修。設(shè)備需升級(jí)換代時(shí)只需更換其中的模塊即可。
圖1 系統(tǒng)構(gòu)成拓?fù)鋱D
(二)WiFi物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)電源管理模塊介紹。
1.RFID刷卡供電WiFi無線管理工作站模塊
模塊用來實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源的供應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)刷卡供電，遠(yuǎn)程開啟與關(guān)閉，用電權(quán)限控制，延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉電源，延時(shí)時(shí)間可設(shè)定。供電安全模塊提供漏電、過熱、過流、短路和手動(dòng)緊急停止功能，從而保障了學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作時(shí)的用電安全。
WiFi無線數(shù)字直流可編程穩(wěn)壓恒流電源模塊提供0-30V穩(wěn)壓，0-2A恒流輸出，4位半獨(dú)立電壓電流液晶顯示顯示，帶背光。電壓與電流由單獨(dú)旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)定，電壓電流可通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)定，采集電壓電流數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)。連續(xù)可調(diào)低壓隔離交流電源模塊提供0-36V交流電1A電流正弦波輸出，采集電壓電流數(shù)據(jù)，設(shè)指針式電壓表指示輸出電壓，精度2.5級(jí)。
2.電源控制機(jī)箱面板
電源控制機(jī)箱面板通常被安裝在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上，面板提供一路電壓0--30V調(diào)節(jié)步長0.1V，電流0-2A調(diào)節(jié)步長0.001A，電壓與電流由1602型LCD液晶顯示屏顯示，電壓顯示小數(shù)點(diǎn)后2位，電流顯示小數(shù)點(diǎn)后3位;;電源啟動(dòng)由刷卡啟動(dòng)，刷卡距離刷卡區(qū)域0-5厘米，通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)受實(shí)驗(yàn)室管理軟件集中控制，在教師電腦上操作同意或不同意或關(guān)閉或授權(quán)刷卡即開;內(nèi)置電源系統(tǒng)刷卡管理模塊，采用
MODBUS_SF通信協(xié)議能夠無縫對(duì)接原有實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)，通過WiFi專用無線網(wǎng)絡(luò)建立實(shí)訓(xùn)桌電源系統(tǒng)刷卡管理模塊與服務(wù)器的通信;內(nèi)置可擴(kuò)展至32點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)采集0--36V、0--30V輸出電壓、電流，采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)傳送至服務(wù)器，能為校園網(wǎng)提供考勤與操作實(shí)訓(xùn)過程各電量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
圖2 電源控制機(jī)箱面板實(shí)物圖
校園卡刷卡用電管理流程圖3如下：
圖3 校園卡刷卡用電管理流程圖
(三)實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)軟件。
實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)軟件安裝在一臺(tái)上位機(jī)內(nèi)，軟件安裝環(huán)境需要windowsXP 或win7 32位操作系統(tǒng)，1G硬盤空間
，可安裝SQL數(shù)據(jù)庫2008。上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理流程圖，如圖4所示。
圖4 數(shù)據(jù)處理流程圖
1.軟件電源控制終端數(shù)64個(gè)，實(shí)際顯示數(shù)量可通過鼠標(biāo)操作添加與刪除終端控制圖標(biāo)，來保證桌面顯示的工位信息與位置信息與實(shí)際實(shí)訓(xùn)室一一對(duì)應(yīng)，如圖5所示。
圖5 軟件電源控制終端
2.學(xué)生操作啟動(dòng)電源按鈕時(shí)，供電后開始采集各路用電信息并存入數(shù)據(jù)庫，記錄次數(shù)為每秒2次起可調(diào)，數(shù)據(jù)可通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊該工位圖標(biāo)上“數(shù)據(jù)”按鈕即顯示。
3.提供數(shù)據(jù)庫接口函數(shù)，供第三方用戶讀取數(shù)據(jù)，接口函數(shù)中提供刷卡卡號(hào)信息、通電請(qǐng)求信息、電源狀態(tài)(開與關(guān))信息、采集時(shí)間點(diǎn)、32種電壓電流信息、工位信息。
4.上位機(jī)安裝用電管理系統(tǒng)軟件運(yùn)行步驟
A、上位機(jī)安裝用電管理系統(tǒng)軟件，軟件啟動(dòng)后無設(shè)備連接時(shí)，工位號(hào)碼與工位圖標(biāo)為灰色。如圖6所示。
B、下圖是有一個(gè)工位已連接，并在控制箱面板按下上電請(qǐng)求按鈕，此時(shí)工位號(hào)碼點(diǎn)亮呈綠色，工位圖標(biāo)閃爍。如圖7所示。
圖6 軟件啟動(dòng)界面 圖7 工位請(qǐng)求界面
C、講師點(diǎn)擊工位圖標(biāo)(小人)，彈出下畫面，上電允許是否?如圖8所示。
D、點(diǎn)擊窗口中“上電”按鈕，接著彈出以下窗口表示設(shè)備上電成功，電源控制箱中的主接觸器吸合，設(shè)備開始正常供電。如圖9所示。
圖8 教師點(diǎn)擊允許上電 圖9 設(shè)備允許上電
E、正常供電后，上位機(jī)畫面工位圖標(biāo)(小人)不再閃爍，變成常亮，綠色，上電確認(rèn)界面。如圖10所示。
圖10 上電確認(rèn)界面
F、點(diǎn)擊工位圖標(biāo)邊“數(shù)據(jù)”，彈出如下窗口，窗口中實(shí)際電壓、實(shí)際電流就是當(dāng)前設(shè)備的工作電壓與電流(出廠默認(rèn)值為0)，可通過上位機(jī)對(duì)各工位操作電壓與限定電流值作設(shè)定，鍵入數(shù)值后點(diǎn)擊“設(shè)定電壓”，“設(shè)定電流”即可，如圖11所示。
圖11 數(shù)據(jù)設(shè)置界面
能記錄使用開始與結(jié)束時(shí)間、電源各路輸出的使用情況，包括使用的電壓、電流、超載、短路的信息記錄，通過非接觸式RFID卡開啟與關(guān)閉電源。所有電源控制板通信端口可與一臺(tái)PC上位機(jī)連接，通過上位機(jī)軟件生成管理日志，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行權(quán)限、時(shí)間、安全等作管理操作。通過對(duì)管理日志的分析能夠快速了解到使用者是否正確使用設(shè)備或損壞設(shè)備、損壞者以及考勤狀況。
5實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源管理系統(tǒng)在教學(xué)中的意義
本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)布局簡單、使用方便、可持續(xù)、開放性等特點(diǎn)，具有重要的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。通過在電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置中采用此系統(tǒng)，能夠加強(qiáng)對(duì)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的管理，當(dāng)學(xué)生使用不當(dāng)?shù)臅r(shí)候，給出相應(yīng)的警示、甚至中斷操作，有效避免不安全的發(fā)生。實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)的采集能夠?qū)ρ芯繉?shí)訓(xùn)教學(xué)提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，能夠提供改善的方向。采用實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的方法科學(xué)管理實(shí)訓(xùn)教學(xué)的典范，能夠提高教學(xué)質(zhì)量競爭水平與教學(xué)管理水平。
綜上所述，RFID技術(shù)用于智能電源管理系統(tǒng)，在電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試實(shí)訓(xùn)室日常教學(xué)管理中運(yùn)用，對(duì)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中各環(huán)節(jié)進(jìn)行有效管理，此外還便于對(duì)有關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)、查詢以及考核等。
