基于WSN的開放性實驗室電源管理系統(tǒng)

摘要：為了提高開放性實驗室電源的精細(xì)管理水平，給出了一套遠(yuǎn)程電源管理系統(tǒng)的設(shè)計方法。該方法通過監(jiān)控中心預(yù)約實驗，待審核排班后下發(fā)實驗室現(xiàn)場控制單元壁掛式主機，實驗者經(jīng)主機刷卡驗證身份后，由主機分配實驗臺并通過ZigBee無線網(wǎng)下發(fā)指令到實驗臺電源控制器并打開相應(yīng)電源。該電源控制器能實時采集實驗臺電源的電壓、電流參數(shù)，并逆向上報監(jiān)控中心。監(jiān)控中心可根據(jù)上報數(shù)據(jù)判斷電源的工作情況，并進行狀態(tài)控制。經(jīng)運行測試，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)實驗室電源的無人值守、狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制等精細(xì)化管理。
關(guān)鍵詞：開放性實驗室；電源管理；ZigBee；遠(yuǎn)程控制

0 引言
開放性實驗室管理是教育信息化的重要內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的新途徑。電源管理系統(tǒng)是開放實驗室管理中過程控制的重要環(huán)節(jié)，基于智能卡和IP核電源控制技術(shù)的電源管理方案是目前流行的解決方案，在諸如萬欣開放性實驗室管理系統(tǒng)等系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。但該類系統(tǒng)對電源使用過程中的參數(shù)缺乏監(jiān)管，因此，對實驗臺中因用電造成的故障缺乏過程監(jiān)控。針對開放實驗室電源精細(xì)管理中出現(xiàn)的上述問題，本文提出了一種基于ZigBee、RFID、GSM及計算機軟件技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的解決方案。

1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和實驗室現(xiàn)場控制單元兩部分組成，圖1所示是開放實驗室電源管理系統(tǒng)的整個系統(tǒng)組成框圖。其中遠(yuǎn)程監(jiān)控中心主要由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件和支持TCP／IP和GSM的桌面主機組成。應(yīng)用軟件主要負(fù)責(zé)實驗預(yù)約、排班、報表和數(shù)據(jù)維護；桌面主機可支持多種方式與實驗室現(xiàn)場控制單元通訊，負(fù)責(zé)信息的傳輸，并通過開放的接口與開放實驗室管理系統(tǒng)的其它子系統(tǒng)進行通訊。實驗室現(xiàn)場控制單元由客戶端壁掛式主機及照明、實驗臺、空調(diào)等三類受控對象的電源控制器組成?？蛻舳吮趻焓街鳈C內(nèi)置RFID刷卡模塊、CC2430通訊模塊、GSM通訊模塊以及以太網(wǎng)通訊模塊，并通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與電源控制器通訊，負(fù)責(zé)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起、路由維護以及數(shù)據(jù)的上傳、指令的下發(fā)等。電源控制器內(nèi)置CC2430通訊模塊、傳感器模塊、信號采集模塊、電源控制模塊，可以負(fù)責(zé)指令接收、狀態(tài)反饋和現(xiàn)場電源控制等功能。

2 系統(tǒng)主要模塊的硬件設(shè)計
2．1 客戶端壁掛式主機
客戶端壁掛式主機由嵌入式主機、RFID讀卡裝置、ZigBee和GPRS通訊模塊、LNK304電源系統(tǒng)構(gòu)成。嵌入式主機采用OK2440-IV型開發(fā)板，通過USB接口連接RFID讀卡裝置，并通過兩個串口連接ZigBee和GSM模塊。支持GSM通訊是為了方便遠(yuǎn)程短信控制，以解決實驗室運行過程中忘記關(guān)電后的遠(yuǎn)程關(guān)電。