基于WSN的開放性實驗室電源管理系統

摘要：為了提高開放性實驗室電源的精細管理水平，給出了一套遠程電源管理系統的設計方法。該方法通過監控中心預約實驗，待審核排班后下發實驗室現場控制單元壁掛式主機，實驗者經主機刷卡驗證身份后，由主機分配實驗臺并通過ZigBee無線網下發指令到實驗臺電源控制器并打開相應電源。該電源控制器能實時采集實驗臺電源的電壓、電流參數，并逆向上報監控中心。監控中心可根據上報數據判斷電源的工作情況，并進行狀態控制。經運行測試，該系統可以實現實驗室電源的無人值守、狀態監測、遠程控制等精細化管理。
關鍵詞：開放性實驗室；電源管理；ZigBee；遠程控制

0 引言
開放性實驗室管理是教育信息化的重要內容，是培養創新型人才的新途徑。電源管理系統是開放實驗室管理中過程控制的重要環節，基于智能卡和IP核電源控制技術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等系統中獲得了廣泛應用。但該類系統對電源使用過程中的參數缺乏監管，因此，對實驗臺中因用電造成的故障缺乏過程監控。針對開放實驗室電源精細管理中出現的上述問題，本文提出了一種基于ZigBee、RFID、GSM及計算機軟件技術等物聯網核心技術的解決方案。

1 系統組成
本系統由遠程監控中心和實驗室現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的整個系統組成框圖。其中遠程監控中心主要由服務器、數據庫、應用軟件和支持TCP／IP和GSM的桌面主機組成。應用軟件主要負責實驗預約、排班、報表和數據維護；桌面主機可支持多種方式與實驗室現場控制單元通訊，負責信息的傳輸，并通過開放的接口與開放實驗室管理系統的其它子系統進行通訊。實驗室現場控制單元由客戶端壁掛式主機及照明、實驗臺、空調等三類受控對象的電源控制器組成。客戶端壁掛式主機內置RFID刷卡模塊、CC2430通訊模塊、GSM通訊模塊以及以太網通訊模塊，并通過ZigBee無線傳感器網絡與電源控制器通訊，負責ZigBee無線網絡的發起、路由維護以及數據的上傳、指令的下發等。電源控制器內置CC2430通訊模塊、傳感器模塊、信號采集模塊、電源控制模塊，可以負責指令接收、狀態反饋和現場電源控制等功能。

2 系統主要模塊的硬件設計
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電源系統構成。嵌入式主機采用OK2440-IV型開發板，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通訊是為了方便遠程短信控制，以解決實驗室運行過程中忘記關電后的遠程關電。