基于電力載波的實(shí)驗(yàn)室開放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車明浪+岳媛媛+李明

摘 要：在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下，高校實(shí)驗(yàn)室作為提高大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的重要基地，需要建設(shè)相配套的開放式實(shí)驗(yàn)室來提高學(xué)生的實(shí)踐能力。為了整合高校實(shí)驗(yàn)資源，滿足復(fù)雜、多樣、多用途的實(shí)驗(yàn)室使用，文章研究如何利用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電力載波技術(shù)，設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：電力載波；控制系統(tǒng)；管理系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)

隨著高校教學(xué)模式的不斷改革，利用現(xiàn)代化的管理手段和技術(shù)進(jìn)行高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)，來提高師生的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力，逐漸成為高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才急需解決的問題。開放式實(shí)驗(yàn)室是一種信息化、現(xiàn)代化的管理方式，通過對多方面資源、信息的整合和利用，改造師生參與實(shí)驗(yàn)的模式、時(shí)間、項(xiàng)目等，可以為高校的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)提供更加全面細(xì)致的服務(wù)。本文針對當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀，提出了開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的建設(shè)。

1 開放式實(shí)驗(yàn)室的意義和存在問題

高校實(shí)驗(yàn)室信息化是深化教學(xué)改革、培養(yǎng)新型人才的需要。在知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，科學(xué)技術(shù)與市場經(jīng)濟(jì)的互動(dòng)發(fā)展，迫切要求高等學(xué)校培養(yǎng)出的人才不但掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，又要具備多渠道獲取知識和信息的能力，創(chuàng)新能力的形成，依賴于知識、信息的積累和運(yùn)用，信息化建設(shè)作為一種戰(zhàn)略性決策和技術(shù)手段，可以確保學(xué)校知識、信息的流通，從而不斷提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量和技術(shù)創(chuàng)新能力、教學(xué)平臺、科研平臺的管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)和儀器的自動(dòng)化開放式管理。

實(shí)驗(yàn)室存在的問題如下：

（1）實(shí)驗(yàn)人員要逐個(gè)實(shí)驗(yàn)室開關(guān)門，實(shí)驗(yàn)室數(shù)量多，學(xué)生進(jìn)入后，無法及時(shí)輔導(dǎo)和安排。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室隨意調(diào)整設(shè)備使用或隨意操作，實(shí)驗(yàn)員無法監(jiān)控實(shí)驗(yàn)設(shè)備正常安全使用。

（2）實(shí)驗(yàn)室的燈光和設(shè)備在上班時(shí)間內(nèi)，全部保持通電狀態(tài)。浪費(fèi)電能且對設(shè)備的損耗高。

（3）實(shí)驗(yàn)室使用分散，管理效率低，成本高，無法規(guī)范使用，對實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)操作人員的安全問題也存在很大隱患。

在高校信息化管理的日趨完善的今天，利用電力載波技術(shù)對實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)進(jìn)行改造是很有必要的。

2 基于電力載波的實(shí)驗(yàn)室開放系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

電力線載波（PLC）是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力線載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，這一優(yōu)點(diǎn)是解決實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖顑?yōu)方案之一。

基于電力載波技術(shù)的開放式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)資源共享，工作室使用效率提高，實(shí)踐操作的智能管理，延長設(shè)備使用壽命。管理員通過系統(tǒng)設(shè)置，自動(dòng)控制電源，給有學(xué)生預(yù)約的實(shí)驗(yàn)教室和儀器設(shè)備通電，掌握監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的使用情況和安全狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖1所示：

2.1 控制系統(tǒng)

（1）通過電源控制、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制、門禁等方式，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)管。

（2）結(jié)合校園一卡通，建設(shè)儀器設(shè)備的使用身份認(rèn)證、網(wǎng)上授權(quán)、網(wǎng)上預(yù)約、記錄使用信息等自動(dòng)化管理，使實(shí)驗(yàn)室及相關(guān)儀器避免非法訪問。

（3）建立和完善儀器綜合信息數(shù)據(jù)庫，打通信息自動(dòng)收集渠道，解決信息收集難題，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。

（4）建立和完善與主管部門的數(shù)據(jù)交換接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)上報(bào)。

（5）籍此全面實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備的開放式管理，為打造開放性教學(xué)平臺和開放式科研平臺打好基礎(chǔ)，并將教師從繁雜的管理工作解放出來，又更多的時(shí)間和精力投入到教學(xué)、科研和技術(shù)創(chuàng)新上，促進(jìn)技術(shù)支撐隊(duì)伍建設(shè)。

本系統(tǒng)由門控、燈控、設(shè)備控制三個(gè)系統(tǒng)組成。

2.1.1 門控系統(tǒng)

先期對實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行改造，改造完成后利用電力載波技術(shù)將實(shí)驗(yàn)室所有門進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)開放與關(guān)閉，也可單開或單閉。

2.1.2 燈控系統(tǒng)

利用電力載波技術(shù)將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)照明設(shè)施進(jìn)行控制，同樣實(shí)現(xiàn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)開與關(guān)，單開或單閉，減少電力資源浪費(fèi)。

2.1.3 設(shè)備控制系統(tǒng)

利用電力載波技術(shù)將實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備單個(gè)通電，提高設(shè)備使用安全系數(shù)，延長設(shè)備使用壽命。

2.2 管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)由用戶識別、用戶預(yù)約、門禁系統(tǒng)組成。

2.2.1 用戶識別

用戶識別由兩部分構(gòu)成，第一部分與學(xué)院現(xiàn)有學(xué)生成績查詢系統(tǒng)合并，用同樣的有效身份登錄進(jìn)行實(shí)訓(xùn)室使用情況查詢；第二部分為身份識別卡，持卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 用戶預(yù)約

實(shí)驗(yàn)室使用情況查詢完畢后，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行用戶預(yù)約（定室定機(jī)），在預(yù)約時(shí)間內(nèi)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)及試驗(yàn)后顯示并記錄進(jìn)入與離開時(shí)間段，提高設(shè)備使用效率。

2.2.3 門禁系統(tǒng)

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前持身份識別卡，在門禁系統(tǒng)刷卡進(jìn)入，同時(shí)用戶預(yù)約顯示進(jìn)行，離開實(shí)驗(yàn)室同樣顯示離開，保證設(shè)備及工具安全。

利用門禁系統(tǒng)實(shí)施用戶刷卡識別，做到“有約可用，未約禁用”，保證實(shí)驗(yàn)室開放的有序性，維護(hù)預(yù)約人員的權(quán)益。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)由樓道監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控構(gòu)成，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控全覆蓋，提高實(shí)訓(xùn)室及設(shè)備使用安全性，保證操作人員使用安全。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮主要因素

3.1 控制精度

實(shí)驗(yàn)室開放系統(tǒng)設(shè)計(jì)要達(dá)到按照預(yù)約定室定機(jī)的要求，因此設(shè)備開閉需要達(dá)到控制精度要求是首要因素，電力載波技術(shù)的發(fā)展能夠達(dá)到控制精度要求。

3.2 可靠性

實(shí)驗(yàn)時(shí)要保證預(yù)約無差錯(cuò)、門禁開放正常、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用正常。因此在對系統(tǒng)設(shè)計(jì)元件選型時(shí)產(chǎn)品的成熟度是個(gè)重點(diǎn)考慮因素，單片機(jī)技術(shù)的配合使用及成熟門禁系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)配套，可靠性能夠得到保證。

3.3 節(jié)能環(huán)保

節(jié)能環(huán)保是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的保障，選用電力載波技術(shù)進(jìn)行門控、燈控、設(shè)備控制不用進(jìn)行重新布線，有效降低了設(shè)備運(yùn)行成本。

3.4 操作使用便利性

實(shí)驗(yàn)室使用預(yù)約開放對于高校實(shí)驗(yàn)室管理是個(gè)新課題，因此必須保證預(yù)約操作界面人性化，通俗易懂，無須專門的培訓(xùn)，同時(shí)要求日常維護(hù)管理簡便，不需專業(yè)人員，所此設(shè)計(jì)預(yù)約體統(tǒng)選擇與現(xiàn)有學(xué)生查詢體統(tǒng)兼容，提高使用效率。

4 發(fā)展的方向

4.1 功能的完善與改進(jìn)

根據(jù)學(xué)院發(fā)展的情況與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)情況，針對不同的實(shí)驗(yàn)室性質(zhì)完善改進(jìn)不同的功能，滿足廣大師生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需求。

4.2 系統(tǒng)的升級與改造

設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留擴(kuò)展槽與數(shù)據(jù)庫接口，隨著技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展的需要，增加相應(yīng)的必備功能，增強(qiáng)師生使用便捷性。

5 結(jié)束語

知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的21世紀(jì)，利用現(xiàn)代化技術(shù)手段對實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行進(jìn)行開放式過程管理，不僅能夠充分利用資源，也能提高師生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在一定程度上推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：車明浪（1984-），男，講師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：機(jī)械制造，機(jī)械電子。