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　　1背景

　　中職學生他們剛剛從初中畢業，心理都還不夠成熟，表現的欲望較強，活潑好動，安全意識較差，他們經常會尋找機會“使壞”來增加自己的存在感。同時實訓教學過程中，往往學生多老師少，不易管理，實訓指導老師無法面面俱到，不能了解到每個學生的操作狀況，造成一定的困惑。

　　針對中等職業學校學生的特點，既需要保護他們的學習熱情，又要使人員、設備、用電都處于可控狀態，還需要根據中職學生的特點來改善教學手段和教學方法。考慮使用設備電源管理系統的實現安全用電的目標。

　　2實訓設備電源管理系統的實現方式

　　(一)制定實現身份識別的技術規范。

　　現有身份識別的方法很多，制定識別數據結構與傳輸規范就能夠兼容所有的識別方法，例如：RFID、SIM、磁條卡、指紋、人臉等。制定數據采集規范與采集種類的數量與升級方法。學生采用RFID方式，卡中存儲持卡者身份信息(如校園卡)，不需要增加卡片的硬件投入，學生個人信息方便在脫機時也能讀取，持卡者信息記錄可記錄實訓的日志。

　　(二)實訓室設備的組網通信方式，采用WiFi將每一臺設備連接起來并通過WiFi模塊連接上位機。

　　系統能夠通過刷卡的方式驗證身份并開啟或關閉設備，實訓的信息記錄在卡中，教師可以通過讀取卡內信息了解該持有人的實訓考勤狀況。上位機軟件可以分為本地與遠程的管理軟件開發。

　　(三)獨立電源系統待機符合國際能源組織以及國家相關待機能耗規范。

　　控制方式為授權、延時、刷卡直接開啟等，其基本配置有中央處理系統、WiFi通信系統、擴展傳感器接口系統、電源開關控制系統、電源輸入輸出接口系統。在受控操作時將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，再刷一次關機，或者刷一次開機，XX分鐘后自動關機。

　　(四)控制系統的構成，由RFID讀寫裝置，電源開關控制裝置，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行控制，除了可以采集實訓信息部分除考勤外，可繼續增設電流、電壓等傳感器模塊，能夠采集學生操作中是否出現電源短路、過載、電壓設置不正確等信息。

　　3實訓設備電源管理系統的功能實現

　　在確保學生實訓時不發生觸電等安全事故，需要提供漏電、過熱、過流、短路和手動緊急停止功能，從而保障學生實訓操作時的用電安全。同時還可以兼顧用電管理和教學服務功能。

　　(一)用電管理：節能減排，確保按時、按需供電。

　　1.實訓學生需要實驗設備通電時告知指導教師;

　　2.指導教師可操作接通實驗設備電源(工作接通狀態有燈光顯示);

　　3.指導教師按停止按鈕可以即時切斷設備電源(工作接通狀態熄滅);

　　4.實驗室管理員可管理指導老師的操作權限，添加授權或刪除授權功能。

　　(二)教學服務：能服務于中職學生的教學管理。

　　1.設備用電數據能同步上傳到計算機中，并提供實訓設備電源管理系統軟件數據管理模塊，數據查詢(設備開啟時間、設備號)結果導出到“EXCEL”表格中，供查詢或與其它管理軟件共享數據;

　　2.實訓設備電源管理系統軟件數據管理模塊能讀取校園卡信息，具備數據查閱功能，選擇查詢的時間范圍、號碼等信息后能獲得滿足查詢條件的數據;

　　3.實訓設備電源管理系統軟件數據管理模塊能免費無限次升級。

　　4實訓設備電源管理系統構建

　　(一)系統構成拓撲結構。

　　將電源管理模塊安置在實訓臺內部，圖1所示。由機箱、電源總線、信號總線、通信總線、RFID刷卡供電WiFi無線管理工作站模塊、WiFi無線數字直流可編程穩壓恒流電源模塊、連續可調低壓隔離交流電源模塊、供電安全保護模塊、市電工作電源模塊、儀器供電模塊組成。各模塊與機構總線連接，損壞時可單獨拆除維修。設備需升級換代時只需更換其中的模塊即可。

圖1 系統構成拓撲圖

　　(二)WiFi物聯網技術電源管理模塊介紹。

　　1.RFID刷卡供電WiFi無線管理工作站模塊

　　模塊用來實現實訓臺電源的供應，可實現刷卡供電，遠程開啟與關閉，用電權限控制，延時自動關閉電源，延時時間可設定。供電安全模塊提供漏電、過熱、過流、短路和手動緊急停止功能，從而保障了學生實訓操作時的用電安全。

　　WiFi無線數字直流可編程穩壓恒流電源模塊提供0-30V穩壓，0-2A恒流輸出，4位半獨立電壓電流液晶顯示顯示，帶背光。電壓與電流由單獨旋轉編碼器設定，電壓電流可通過計算機遠程設定，采集電壓電流數據上傳至計算機。連續可調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，采集電壓電流數據，設指針式電壓表指示輸出電壓，精度2.5級。

　　2.電源控制機箱面板

　　電源控制機箱面板通常被安裝在實訓臺上，面板提供一路電壓0--30V調節步長0.1V，電流0-2A調節步長0.001A，電壓與電流由1602型LCD液晶顯示屏顯示，電壓顯示小數點后2位，電流顯示小數點后3位;;電源啟動由刷卡啟動，刷卡距離刷卡區域0-5厘米，通過WiFi無線網絡受實驗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閉或授權刷卡即開;內置電源系統刷卡管理模塊，采用 MODBUS_SF通信協議能夠無縫對接原有實訓室管理系統，通過WiFi專用無線網絡建立實訓桌電源系統刷卡管理模塊與服務器的通信;內置可擴展至32點傳感器數據采集系統，系統采集0--36V、0--30V輸出電壓、電流，采集數據實時通過WiFi無線網絡傳送至服務器，能為校園網提供考勤與操作實訓過程各電量基礎數據。

圖2 電源控制機箱面板實物圖

　　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)實訓設備電源管理系統軟件。

　　實訓設備電源管理系統軟件安裝在一臺上位機內，軟件安裝環境需要windowsXP 或win7 32位操作系統，1G硬盤空間 ，可安裝SQL數據庫2008。上位機進行數據處理流程圖，如圖4所示。

圖4 數據處理流程圖

　　1.軟件電源控制終端數64個，實際顯示數量可通過鼠標操作添加與刪除終端控制圖標，來保證桌面顯示的工位信息與位置信息與實際實訓室一一對應，如圖5所示。

圖5 軟件電源控制終端

　　2.學生操作啟動電源按鈕時，供電后開始采集各路用電信息并存入數據庫，記錄次數為每秒2次起可調，數據可通過鼠標點擊該工位圖標上“數據”按鈕即顯示。

　　3.提供數據庫接口函數，供第三方用戶讀取數據，接口函數中提供刷卡卡號信息、通電請求信息、電源狀態(開與關)信息、采集時間點、32種電壓電流信息、工位信息。

　　4.上位機安裝用電管理系統軟件運行步驟

　　A、上位機安裝用電管理系統軟件，軟件啟動后無設備連接時，工位號碼與工位圖標為灰色。如圖6所示。

　　B、下圖是有一個工位已連接，并在控制箱面板按下上電請求按鈕，此時工位號碼點亮呈綠色，工位圖標閃爍。如圖7所示。

圖6 軟件啟動界面 圖7 工位請求界面

　　C、講師點擊工位圖標(小人)，彈出下畫面，上電允許是否?如圖8所示。

　　D、點擊窗口中“上電”按鈕，接著彈出以下窗口表示設備上電成功，電源控制箱中的主接觸器吸合，設備開始正常供電。如圖9所示。

圖8 教師點擊允許上電 圖9 設備允許上電

　　E、正常供電后，上位機畫面工位圖標(小人)不再閃爍，變成常亮，綠色，上電確認界面。如圖10所示。

圖10 上電確認界面

　　F、點擊工位圖標邊“數據”，彈出如下窗口，窗口中實際電壓、實際電流就是當前設備的工作電壓與電流(出廠默認值為0)，可通過上位機對各工位操作電壓與限定電流值作設定，鍵入數值后點擊“設定電壓”，“設定電流”即可，如圖11所示。

圖11 數據設置界面

　　能記錄使用開始與結束時間、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卡開啟與關閉電源。所有電源控制板通信端口可與一臺PC上位機連接，通過上位機軟件生成管理日志，并對設備進行權限、時間、安全等作管理操作。通過對管理日志的分析能夠快速了解到使用者是否正確使用設備或損壞設備、損壞者以及考勤狀況。

　　5實訓設備電源管理系統在教學中的意義

　　本系統具有結構布局簡單、使用方便、可持續、開放性等特點，具有重要的實用價值和推廣價值。通過在電子實訓教學裝置中采用此系統，能夠加強對與實訓教學的管理，當學生使用不當的時候，給出相應的警示、甚至中斷操作，有效避免不安全的發生。實訓數據的采集能夠對研究實訓教學提供有力的數據依據，能夠提供改善的方向。采用實時采集數據的方法科學管理實訓教學的典范，能夠提高教學質量競爭水平與教學管理水平。

　　綜上所述，RFID技術用于智能電源管理系統，在電子產品裝配與調試實訓室日常教學管理中運用，對學生在實訓過程中各環節進行有效管理，此外還便于對有關實驗教學的數據進行量化統計、查詢以及考核等。