CN102436632A - 一种电工电子实验平台装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种电工电子实验平台装置及其使用方法。本发明利用触摸屏ATM机进行实验平台的查询和预约管理；设置门禁识别系统限制外来人员随意出入实验室；通过电源控制器对预约实验平台进行电源通断电控制；采用控制中心服务器和若干客户端对预约系统、刷卡系统、供电系统、信息发布系统和信息控制系统进行统一管理；使用三叶形实验台，将实验平台的电源插座、USB接口、网络接口以及各种串口都外挂于基台；增加了LED信息发布显示屏，显示国际标准时间，同时，能方便有效地显示实验内容、学生信息以及使用说明等；采用无线通信技术自动控制信息控制单元，实现了控制中心服务器和实验平台之间的通信。

Description

一种电工电子实验平台装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种电工电子实验平台装置及其使用方法，属于电工电子实验平技术领域。

背景技术

建设创新型国家是我们国家提出的一项发展战略，为了积极响应这一战略，各大高校都致力于培养创新型人才，提高学生的自主创新能力。

目前，我们所使用的电工电子实验平存在诸多不科学、不合理的方面，这些缺陷给我们带来诸多不便。学生在进入实验室之前，无法对实验台的使用时间和使用情况进行整体了解，在进入实验室之后，随意地使用实验台，不利于实验室的使用和管理。现在采用的门禁系统对学生出入实验室没有任何限制，只要持有校园卡便可以随意出入，不仅不利于实验室管理，而且也给实验室带来安全问题。实验台都是采用人工操作，手动启动或关闭，如果学生离开时忘记关闭电源，一方面会造成实验室资源的浪费，加快线缆和器件的老化；另一方面也会给实验室带来安全隐患。目前的实验室不是采用统一化管理，每一个使用步骤都是单独管理，相互之间没有联系，不利于管理和查询。在学生进行实验期间，不管学生有没有问题，指导教师会一直在实验室，这样不仅使指导教师的时间得不到充分利用，而且还会造成资源的浪费。现有的实验平台都采用长方形实验台，这种实验台不仅不利于同组人员之间的交流，使低层空间得不到充分利用，而且也无法充分利用高层空间。实验室的开关按钮、电源插座、USB接口、网络接口以及各种串口都分散分布，不利于管理，使操作使用不便，也使整个实验台看起来凌乱。在实验过程中，实验室使用人员无法得知每个组的实验内容和人员情况，不利于整体的交流沟通，呈现了一个封闭式的实验室系统。

现有的电工电子实验平台装置及其使用方法存在很多缺陷，不仅造成实验室管理和使用的无秩序性，而且也存在很多安全隐患，给学生操作和使用带来诸多不便。现有的电工电子实验平台装置及其使用方法都亟待改进。

发明内容

针对现有实验平台的不足，本发明提供一种电工电子实验平台装置及其使用方法，本发明利用三叶形实验台改善长方形实验台存在的不足，设置基台将电源插座、按钮以及接口外挂统一管理，通过LED显示屏显示实验组以及实验台使用的详细信息，并且利用Zigbee无线通信技术实现实验台自动远程控制管理，形成一个集开放式、一体化、透明化和人性化为一体的电工电子实验平台。

本发明的技术方案如下：

一种电工电子实验平台装置，包括预约单元(101)、门禁系统单元(102)、电源控制单元(103)、控制中心服务器单元(104)、三叶形实验台单元(105)、信息发布单元(106)和信息控制单元(107)；所述的控制中心服务器单元(104)通过网线与预约单元(101)连接，通过数据线与门禁系统单元(102)、电源控制单元(103)、三叶形实验台单元(105)以及信息发布单元(106)连接，控制中心服务器单元(104)与信息控制单元(107)无线连接；信息控制单元(107)通过数据线与信息发布单元(106)、三叶形实验台单元(105)连接。

所述控制中心服务器单元(104)包括预约管理客户端单元(201)、门禁管理客户端单元(202)、电源控制客户端单元(203)、信息发布管理客户端单元(204)、信息控制管理客户端单元(205)和数据库服务器单元(206)；所述的预约管理客户端单元(201)、门禁管理客户端单元(202)、电源控制客户端单元(203)、信息发布管理客户端单元(204)、信息控制管理客户端单元(205)均通过网络连接数据库服务器单元(206)。

所述信息发布单元(106)包括NTP服务器单元(207)、GNSS接收机单元(208)、LED显示屏单元(209)；所述的NTP服务器单元(207)通过数据线与GNSS接收机单元(208)连接，通过网线与信息发布管理客户端单元(204)连接，LED显示屏单元(209)通过数据线与信息发布管理客户端单元(204)连接。

所述信息控制单元(107)包括51单片机单元(210)、实验台电源控制继电器单元(211)、LED电源控制继电器单元(212)、按键单元(213)以及信息采集单元(214)；所述51单片机单元(210)与实验台电源控制继电器单元(211)、LED电源控制继电器单元(212)以及按键单元(213)连接，信息采集单元(214)位于51单片机单元(210)上，单片机对其直接进行控制。

预约单元(101)是一个触摸屏ATM机；门禁系统单元(102)是RFID读卡器；电源控制单元(103)是射频读卡器。

控制中心服务器单元(104)中的预约管理客户端单元(201)、门禁管理客户端单元(202)、电源控制客户端单元(203)、信息发布管理客户端单元(204)、信息控制管理客户端单元(205)是五台连接有显示器的电脑主机；数据库服务器(206)是一台通用的数据库服务器。

信息发布单元(106)中的NTP服务器单元(207)选用通用的NTP服务器；GNSS接收机单元(208)选用GPS接收机；LED显示屏单元(209)是LED显示屏。

信息控制单元(107)中的51单片机单元(210)为51单片机；实验台电源控制继电器单元(211)和LED电源控制继电器单元(212)为通用的继电器；按键单元(213)选用键盘；信息采集单元(214)是温湿度传感器。

一种电工电子实验平台装置的使用方法如下：

步骤一：刷卡进入预约单元(101)，触摸屏ATM机显示实验平台的使用信息和预约信息，根据查询内容，预约某一空闲的实验平台；预约完毕后，触摸屏ATM机将预约信息通过网线传给预约管理客户端单元(201)，预约管理客户端单元(201)将数据处理后录入数据库服务器单元(206)；

步骤二：按照预约时间刷卡请求进入实验室，门禁系统将采集到的卡信息传至门禁管理客户端单元(202)，门禁管理客户端单元(202)在查询数据库之后确认卡所对应的持卡人是否已经预约过该实验平台，如果是，门禁管理客户端单元(202)将开门信息传送给门禁控制器，门开，否则则门不开；

步骤三：进入实验室之后，在电源控制器上刷卡；电源控制客户端单元(203)接收到刷卡信息后，由信息控制管理客户端单元(205)，通过Zigbee无线通信控制信息控制单元(107)，分别开启LED电源控制继电器单元(212)和实验平台电源控制继电器单元(211)，信息控制单元(107)的电源指示灯和通信指示灯点亮；

步骤四：启动基于NTP/GNSS的信息发布与管理单元的电源开关，将GNSS接收机单元(208)接收到的来自于卫星的国际标准时间，利用NTP服务器单元(207)，在LED显示屏单元(209)显示；

步骤五：信息发布管理客户端单元(204)控制信息发布，信息控制单元(107)的通信指示灯点亮；LED显示屏单元(209)正面显示平台编号、实验名称、人员信息、使用时间和温湿度，反面显示实验平台的使用说明；LED显示屏单元(209)能够通过三叶形实验台的扩展平台支撑杆转轴沿任意方向旋转；

步骤六：在实验操作中，打开相应的电源；通过按键单元(213)发出求助信号，寻求帮助；信息采集单元(214)采集实验室温度和湿度信息，通过LED显示屏单元(209)显示；

步骤七：实验结束后，在电源控制器上刷卡，关闭实验平台。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明使用三叶形实验专用台，这种实验台采用流线型设计结构，设计合理、结构简单、使用方便，充分地利用高层扩展空间。整个实验平台的电源插座、USB接口、网络接口以及各种串口都外挂于基台，学生可以方便直接地使用，符合实用性和高效性的要求。

2、采用预约式管理，学生可以在了解实验室具体使用情况下进行预约，有效避免实验室超负荷运转，不仅保证实验室的管理运作秩序，提高了管理效率，而且符合人性化、开放式的是管理理念。另外，通过“先预约，后使用”的使用方法，实现了实验室的一体化管理。

3、设置门禁识别系统，禁止外来人员随意出入实验室，保证了实验室在一个安全、秩序的环境中使用。

4、使用电源控制器，“来即工作，去则断电”，不仅节约了实验室资源，而且保证在无人的情况下实验室的安全。否则，“无人带电”的工作环境不仅存在安全隐患，而且会造成线缆和器件的老化。

5、通过设置控制中心服务器单元，采用相应的客户端对预约系统、刷卡系统、供电系统、信息发布系统和信息控制系统进行统一管理。在无人操作的情况下，对整个实验室进行使用，形成一个完全开放的、透明的、人性化的实验室管理系统。

6、增加了LED信息发布显示屏。通过NTP协议和GNSS技术，可以使屏显时间为国际标准时间，统一了整个实验室的时间。同时，能方便有效地显示实验内容、学生信息以及使用说明等，不仅增加了整个实验室之间的交流，而且使整个实验室的使用更加透明化、开放化。

7、采用Zigbee无线通信技术自动控制51单片机，实现了控制中心服务器和实验平台之间的通信，不但省去了布线线路，而且能高效准确地实现对平台的控制，使信息控制的过程更加便捷。

附图说明

图1是本发明所述装置的结构框图。

图2是本发明所述装置内部的结构框图。

图3是本发明所述方法流程图。

其中，101、预约单元，102、门禁系统单元，103、电源控制单元，104、控制中心服务器单元，105、三叶形实验台单元，106、信息发布单元，107、信息控制单元，201、预约管理客户端单元，202、门禁管理客户端单元，203、电源控制客户端单元，204、信息发布管理客户端单元，205、信息控制管理客户端单元，206、数据库服务器单元，207、NTP服务器单元，208、GNSS接收机单元，209、LED显示屏单元，210、51单片机单元，211、实验台电源控制继电器单元，212、LED电源控制继电器单元，213、按键单元，214、信息采集单元。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1：

一种电工电子实验平台装置及其使用方法，如图1和图2所示，包括预约单元101、门禁系统单元102、电源控制单元103、控制中心服务器单元104、三叶形实验台单元105、信息发布单元106和信息控制单元107；所述的控制中心服务器单元104通过网线与预约单元101连接，通过数据线与门禁系统单元102、电源控制单元103、三叶形实验台单元105以及信息发布单元106连接，通过Zigbee无线通信技术自动远程控制信息控制单元107；信息控制单元107通过数据线与信息发布单元106、三叶形实验台单元105连接。

所述的控制中心服务器单元104包括预约管理客户端单元201、门禁管理客户端单元202、电源控制客户端单元203、信息发布管理客户端单元204、信息控制管理客户端单元205和数据库服务器单元206；所述的预约管理客户端单元201、门禁管理客户端单元202、电源控制客户端单元203、信息发布管理客户端单元204、信息控制管理客户端单元205均通过网络连接数据库服务器单元206。

信息发布单元106包括NTP服务器单元207、GNSS接收机单元208、LED显示屏单元209；所述的NTP服务器单元207通过数据线与GNSS接收机单元208连接，通过网线与信息发布管理客户端单元204连接，LED显示屏单元209通过数据线与信息发布管理客户端单元204连接。

信息控制单元107包括51单片机单元210、实验台电源控制继电器单元211、LED电源控制继电器单元212、按键单元213以及信息采集单元214；所述51单片机单元210与实验台电源控制继电器单元211、LED电源控制继电器单元212以及按键单元213连接，信息采集单元214位于51单片机单元210上，单片机对其直接进行控制。

所述预约单元101是一个触摸屏ATM机；门禁系统单元102是RFID读卡器；电源控制单元103是射频读卡器。

控制中心服务器单元104中的预约管理客户端单元201、门禁管理客户端单元202、电源控制客户端单元203、信息发布管理客户端单元204、信息控制管理客户端单元205是五台连接有显示器的电脑主机；数据库服务器206是一台通用的数据库服务器。

信息发布单元106中的NTP服务器单元207选用通用的NTP服务器；GNSS接收机单元208选用GPS接收机；LED显示屏单元209是LED显示屏。

信息控制单元107中的51单片机单元210为51单片机；实验台电源控制继电器单元211和LED电源控制继电器单元212为通用的继电器；按键单元213选用键盘；信息采集单元214是温湿度传感器。

所述预约单元101负责录入学生预约信息，学生刷卡进入预约系统，查询实验平台的使用信息和预约信息。根据查询结果，预约某一空闲的实验平台。预约完毕后，触摸屏ATM机将学生的预约信息通过网线传给预约管理客户端单元201，处理后录入数据库服务器单元206。

门禁系统单元102控制学生进出实验室，学生在预约时间刷卡请求进入实验室，门禁系统将采集到的校园卡信息传至门禁管理客户端单元202，客户端在查询数据库之后确认校园卡所对应的持卡人是否已经预约过本实验室中的实验台，如果是，则门禁管理客户端将开门信息传送给门禁控制器，门开，否则的话，则门不开。

电源控制单元103控制实验平台通电，学生在进入实验室之后，需在电源控制器上刷卡，对应实验台通电，信息控制单元107的电源显示灯点亮，并同时启动基于NTP/GNSS的信息发布与管理单元的电源开关。在学生结束试验之后需要在电源控制器上刷卡，对应实验台的电源断电。

控制中心服务器单元104可以接收来自预约单元101、门禁系统单元102、电源控制单元103以及信息控制单元107的信息，根据接收信息控制电源控制单元103、三叶形实验台单元105和信息发布单元106，通过Zigbee无线通信技术自动远程控制信息控制单元107，信息控制单元107的通信指示灯点亮。

信息发布单元106负责控制管理LED显示屏，利用NTP服务器单元207，给LED条屏信息发布装置配置上由GNSS接收机单元208接收到的来自于卫星的国际标准时间，保证条屏显示时间的准确性。电源控制器开启后，由信息发布管理客户端单元204控制信息发布，信息控制单元107的报警指示灯点亮。其中正面用于显示平台编号、实验名称、人员信息和使用时间，反面用于显示实验平台的使用说明。为了方便组中每位成员查看，LED显示屏可以通过三叶形专用实验台的扩展平台支撑杆转轴沿任意方向旋转。

信息控制单元107是以51单片机单元210为核心板组、实验台电源控制继电器单元211、LED电源控制继电器单元212、按键单元213以及温湿度传感器单元214组成的控制单元。信息控制管理客户端单元205通过Zigbee无线通信技术自动远程控制单片机，开启相应的继电器，并通过电源指示灯指示工作状态。遇到问题时，学生可通过按键单元213向老师发出求助信息。信息采集单元214是温湿度传感器，可用于监测实验平台的温度及湿度。

三叶形实验台单元105由底柜、桌面、基台和扩展平台组成，其中基台是一个齿轮型的柱体，整个实验平台的电源插座、USB接口、网络接口以及各种串口都外挂于基台，学生可以方便直接地使用。在实验操作中，学生可以选择基台上的按钮，打开相应的电源。按键单元213以及信息采集单元214都外挂于基台。

上述电工电子实验平台使用方法如下：

步骤一：刷卡进入预约单元(101)，触摸屏ATM机显示实验平台的使用信息和预约信息，根据查询内容，预约某一空闲的实验平台；预约完毕后，触摸屏ATM机将预约信息通过网线传给预约管理客户端单元(201)，预约管理客户端单元(201)将数据处理后录入数据库服务器单元(206)；

步骤二：按照预约时间刷卡请求进入实验室，门禁系统将采集到的卡信息传至门禁管理客户端单元(202)，门禁管理客户端单元(202)在查询数据库之后确认卡所对应的持卡人是否已经预约过该实验平台，如果是，门禁管理客户端单元(202)将开门信息传送给门禁控制器，门开，否则则门不开；

步骤三：进入实验室之后，在电源控制器上刷卡；电源控制客户端单元(203)接收到刷卡信息后，由信息控制管理客户端单元(205)，通过Zigbee无线通信控制信息控制单元(107)，分别开启LED电源控制继电器单元(212)和实验平台电源控制继电器单元(211)，信息控制单元(107)的电源指示灯和通信指示灯点亮；

步骤四：启动基于NTP/GNSS的信息发布与管理单元的电源开关，将GNSS接收机单元(208)接收到的来自于卫星的国际标准时间，利用NTP服务器单元(207)，在LED显示屏单元(209)显示；

步骤五：信息发布管理客户端单元(204)控制信息发布，信息控制单元(107)的通信指示灯点亮；LED显示屏单元(209)正面显示平台编号、实验名称、人员信息、使用时间和温湿度，反面显示实验平台的使用说明；LED显示屏单元(209)能够通过三叶形实验台的扩展平台支撑杆转轴沿任意方向旋转；

步骤六：在实验操作中，打开相应的电源；通过按键单元(213)发出求助信号，寻求帮助；信息采集单元(214)采集实验室温度和湿度信息，通过LED显示屏单元(209)显示；

步骤七：实验结束后，在电源控制器上刷卡，关闭实验平台。

Claims (9)

1.一种电工电子实验平台装置，其特征在于，包括预约单元(101)、门禁系统单元(102)、电源控制单元(103)、控制中心服务器单元(104)、三叶形实验台单元(105)、信息发布单元(106)和信息控制单元(107)；所述的控制中心服务器单元(104)通过网线与预约单元(101)连接，通过数据线与门禁系统单元(102)、电源控制单元(103)、三叶形实验台单元(105)以及信息发布单元(106)连接，控制中心服务器单元(104)与信息控制单元(107)无线连接；信息控制单元(107)通过数据线与信息发布单元(106)、三叶形实验台单元(105)连接。

2.如权利要求1所述的一种电工电子实验平台装置，其特征在于，所述控制中心服务器单元(104)包括预约管理客户端单元(201)、门禁管理客户端单元(202)、电源控制客户端单元(203)、信息发布管理客户端单元(204)、信息控制管理客户端单元(205)和数据库服务器单元(206)；所述的预约管理客户端单元(201)、门禁管理客户端单元(202)、电源控制客户端单元(203)、信息发布管理客户端单元(204)、信息控制管理客户端单元(205)均通过网络连接数据库服务器单元(206)。

3.如权利要求1所述的一种电工电子实验平台装置，其特征在于，所述信息发布单元(106)包括NTP服务器单元(207)、GNSS接收机单元(208)、LED显示屏单元(209)；所述的NTP服务器单元(207)通过数据线与GNSS接收机单元(208)连接，通过网线与信息发布管理客户端单元(204)连接，LED显示屏单元(209)通过数据线与信息发布管理客户端单元(204)连接。

4.如权利要求1所述的一种电工电子实验平台装置，其特征在于，所述信息控制单元(107)包括51单片机单元(210)、实验台电源控制继电器单元(211)、LED电源控制继电器单元(212)、按键单元(213)以及信息采集单元(214)；所述51单片机单元(210)与实验台电源控制继电器单元(211)、LED电源控制继电器单元(212)以及按键单元(213)连接，信息采集单元(214)位于51单片机单元(210)上，单片机对其直接进行控制。

5.如权利要求1所述的一种电工电子实验平台装置，其特征在于，预约单元(101)是一个触摸屏ATM机；门禁系统单元(102)是RFID读卡器；电源控制单元(103)是射频读卡器。

6.如权利要求1或2所述的一种电工电子实验平台装置，其特征在于，控制中心服务器单元(104)中的预约管理客户端单元(201)、门禁管理客户端单元(202)、电源控制客户端单元(203)、信息发布管理客户端单元(204)、信息控制管理客户端单元(205)是五台连接有显示器的电脑主机；数据库服务器(206)是一台通用的数据库服务器。

7.如权利要求1或3所述的一种电工电子实验平台装置，其特征在于，信息发布单元(106)中的NTP服务器单元(207)选用通用的NTP服务器；GNSS接收机单元(208)选用GPS接收机；LED显示屏单元(209)是LED显示屏。

8.如权利要求1或4所述的一种电工电子实验平台装置，其特征在于，信息控制单元(107)中的51单片机单元(210)为51单片机；实验台电源控制继电器单元(211)和LED电源控制继电器单元(212)为通用的继电器；按键单元(213)选用键盘；信息采集单元(214)是温湿度传感器。

9.权利要求1所述的一种电工电子实验平台装置的使用方法，其特征在于，使用方法如下：

步骤一：刷卡进入预约单元(101)，触摸屏ATM机显示实验平台的使用信息和预约信息，根据查询内容，预约某一空闲的实验平台；预约完毕后，触摸屏ATM机将预约信息通过网线传给预约管理客户端单元(201)，预约管理客户端单元(201)将数据处理后录入数据库服务器单元(206)；

步骤二：按照预约时间刷卡请求进入实验室，门禁系统将采集到的卡信息传至门禁管理客户端单元(202)，门禁管理客户端单元(202)在查询数据库之后确认卡所对应的持卡人是否已经预约过该实验平台，如果是，门禁管理客户端单元(202)将开门信息传送给门禁控制器，门开，否则则门不开；

步骤三：进入实验室之后，在电源控制器上刷卡；电源控制客户端单元(203)接收到刷卡信息后，由信息控制管理客户端单元(205)，通过Zigbee无线通信控制信息控制单元(107)，分别开启LED电源控制继电器单元(212)和实验平台电源控制继电器单元(211)，信息控制单元(107)的电源指示灯和通信指示灯点亮；

步骤四：启动基于NTP/GNSS的信息发布与管理单元的电源开关，将GNSS接收机单元(208)接收到的来自于卫星的国际标准时间，利用NTP服务器单元(207)，在LED显示屏单元(209)显示；

步骤五：信息发布管理客户端单元(204)控制信息发布，信息控制单元(107)的通信指示灯点亮；LED显示屏单元(209)正面显示平台编号、实验名称、人员信息、使用时间和温湿度，反面显示实验平台的使用说明；LED显示屏单元(209)能够通过三叶形实验台的扩展平台支撑杆转轴沿任意方向旋转；

步骤六：在实验操作中，打开相应的电源；通过按键单元(213)发出求助信号，寻求帮助；信息采集单元(214)采集实验室温度和湿度信息，通过LED显示屏单元(209)显示；

步骤七：实验结束后，在电源控制器上刷卡，关闭实验平台。

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