CN104199318A - 博物馆展品保护调光玻璃终端装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种博物馆展品保护调光玻璃终端装置及系统，利用光敏三极管、放大电路和比较电路组成的电路检测闪光灯，出现强光异常后，微控制器立刻发送命令关闭调光玻璃所用的交流电源，关闭信号通过光电隔离芯片传送到交流电源控制器，交流控制器将信号放大处理后关闭调光玻璃电源使调光玻璃变成不透明的断电状态；随后，微控制器传送镭射投影信号，该信号经过放大器放大以后直接驱动镭射投影装置将内容投影到调光玻璃上，经过短暂的延时提醒后微处理器再将信号关闭使系统恢复到正常展示状态，减轻了管理人员的工作负担，而且无需铺设通信线缆、响应及时、运行费用低且效果好，具有很好的推广价值。

Description

博物馆展品保护调光玻璃终端装置及系统

技术领域

本发明涉及一种博物馆展品保护调光玻璃系统，属于电子科技与信息技术领域。

背景技术

博物馆内的展品都很珍贵，并且对强光很敏感，由于闪光灯的色温高、光质硬、广度强，对展品会造成损害，尤其对书画、壁画、丝绸一类文物有着非常大的危害。当前博物馆管理主要是依靠人力，由保安负责提醒游客不要使用闪光灯，在实施过程中存在保护不及时、效率低下、易发生摩擦口角等问题。在信息和科技高速发达的今日，如此低效的监督方式显然已不合时宜。

液晶玻璃也称为电控玻璃、光电玻璃、电控智能玻璃，其核心材料是夹在两层玻璃基板中间的一层液晶材料，液晶玻璃由于其特殊的性能，能隔绝99%以上的紫外线，可以防止博物馆内展品因强光引起老化，同时也能起到保护展品安全的作用。液晶玻璃在断电情况下，入射光穿过无序排列的液晶分子时发生散射，透光不透明，因此也是一种理想的硬屏投影材料。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有效的、人性化的博物馆防辐射系统，能够有效防止珍贵展品受到闪光灯等强光的损害；同时利用相应的传感器时时监测展柜环境的各项参数送至服务器，实现远程实时监测。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

博物馆展品保护调光玻璃终端装置，包括：微处理器，连接于微处理器外围的射频模块、红外接收器、温湿度传感器、闪光灯检测电路、光强传感器及镭射投影装置，为上述各部件提供直流电源的AC-DC电源；所述微处理器外围还连接一交流电源控制器，所述交流电源控制器与微处理器之间使用光电隔离芯片进行隔离，交流电源控制器由一交流电源供电并与调光玻璃之间电连接；所述微处理器与射频模块之间使用RS232通信接口连接；所述镭射投影装置和光电隔离芯片均使用放大电路进行驱动。

前述光电隔离芯片是可控硅光电耦合器MOC3063。

前述闪光灯检测电路由光敏三极管、放大电路及比较电路组成，通过比较器输出的上升沿触发微处理器中断，以检测闪光灯并触发提醒。

前述调光玻璃由24V交流电源驱动。

前述镭射投影装置在调光玻璃断电时，在微处理器的控制下将投影内容显示至调光玻璃上。

本发明还公开了博物馆展品保护调光玻璃系统，包括至少一个前述的终端装置，还包括一服务器，所述终端装置通过射频模块接入到星型网中与服务器形成通信网络。

前述服务器上包括：人员管理模块、历史记录查询模块、实时数据显示模块、串口设置模块、数据库模块、数据分析模板和警报提醒模块。

前述的博物馆展品保护调光玻璃系统的工作过程如下：

S1、通电，终端装置启动同时调光玻璃通电，如果红外接收器检测到有控制信号，则当信号在第一个下降沿时微处理器通过外部中断使程序跳转到中断函数进入控制状态，此时调光玻璃断电不透明，终端装置进入配置状态，完成配置后返回至调光玻璃通电状态，进入正常运行模式；如无控制信号，则直接进入正常运行模式；

S2、正常运行模式下，微处理器每间隔固定时间检测环境温度、湿度、光强并将检测结果上传至服务器，服务器对数据进行整理和判断；当检测到强光时，比较电路输出高电平，微处理器上升沿触发中断函数，微处理器切断调光玻璃的电源，镭射投影装置投影至调光玻璃上，同时上报设备编号至服务器，延时10s后重新给调光玻璃通电，再次进入流程S1。

本发明的有益之处在于：本发明利用光敏三极管、放大电路和比较电路组成的电路检测闪光灯，并利用微处理器控制交流电源控制器及镭射投影装置。出现强光异常后，微控制器立刻发送命令关闭调光玻璃所用的交流电源，关闭信号通过光电隔离芯片传送到交流电源控制器，交流控制器将信号放大处理后关闭调光玻璃电源使调光玻璃变成不透明的断电状态；随后，微控制器传送镭射投影信号，该信号经过放大器放大以后直接驱动镭射投影装置将内容（如“请勿使用闪光灯”）投影到调光玻璃上，经过短暂的延时提醒后微处理器再将信号关闭使系统恢复到正常展示状态，采用切换调光玻璃状态以及文字投影的方式来警示游客，会短暂影响观赏，因此能通过游客间的互相监督作用使被动的管理转换为游客间的自我监督，减轻了管理人员的工作负担，而且无需铺设通信线缆、响应及时、运行费用低且效果好，具有很好的推广价值。另外，通过温湿度传感器、光强传感器实时监测环境参数（包括环境光线和环境温度），并利用射频模块组件的无线网络将数据传送至服务器进行统一管理，是一种集成了调光玻璃控制技术、无线传感网技术、微处理器技术、数据库管理等多种技术的自动控制系统，能够有效监测展品所处状态，实现远程的实时监测，也为后期对展品进一步的保护提供数据依据。

附图说明

图1是本发明的博物馆展品保护调光玻璃终端装置的电路框图；

图2是闪光灯检测电路原理图；

图3是本发明的博物馆展品保护调光玻璃系统的示意图；

图4是本发明的博物馆展品保护调光玻璃终端装置的结构示意图，其中，图4（a）是调光玻璃通电时的主视图，图4（b）是调光玻璃断电且镭射投影装置启用状态下的主视图，图4（c）是图4（b）状态下的俯视图，图4（d）是图4（b）状态下的侧视图；

图5是本发明的博物馆展品保护调光玻璃系统的工作流程框图；

图6是本发明的博物馆展品保护调光玻璃系统的服务器软件框图；

图7是图6对应的数据库实体联系表定义图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图3所示，本发明的博物馆展品保护调光玻璃系统包括至少一个终端装置和一服务器，每一个终端装置都通过射频模块接入到星型网中与服务器形成通信网络。

其中，终端装置安装在展柜内，调光玻璃与防弹玻璃紧密贴合在一起，通电时，调光玻璃是透明的，如图4（a）所示，不会影响游客参观展品。当检测到强光时，调光玻璃断电，其中的液晶无序排列，调光玻璃不透明，位于展柜后方的镭射投影装置将投影内容投射到调光玻璃上，如图4（b）、4（c）及4（d）所示，起到警示拍照者的作用。在镭射投影装置的前端还可以设置一个合适的透镜，对投影内容进行缩放，以便调节到最佳状态。

终端装置的电路结构如图1所示，包括：微处理器（优选mega16单片机），连接于微处理器外围的射频模块、红外接收器、温湿度传感器、闪光灯检测电路、光强传感器及镭射投影装置，微处理器与射频模块之间使用RS232通信接口连接；镭射投影装置使用一放大电路进行驱动。为了给调光玻璃供电，在微处理器外围还连接一与调光玻璃电连接的交流电源控制器，交流电源控制器主要是由晶闸管BTA26和三极管组成的多级放大电路，由交流电源为交流电源控制器供电，而交流电源控制器与微处理器之间使用光电隔离芯片进行隔离。作为一种优选，光电隔离芯片采用的是可控硅光电耦合器MOC3063 ，驱动信号从微处理器输出后经放大电路放大后作为可控硅光电耦合器的输入信号。交流电源控制器的输出端输出24V或36V交流电，优选24V交流电，更加安全可靠，经测试，36V交流电能够满足所有的光电玻璃，所以也可采用适用范围更广的36V交流电。

下面介绍本终端装置的另一个电源部分，AC-DC电源输入端为交流电源降压稳压后得到的，它为射频信号处理器、RS232通信接口、红外接收器、温湿度传感器、闪光灯检测电路，光强传感器、微处理器、镭射投影的放大器提供所需的直流电源。为防止模块间的干扰，将AC-DC电源分隔成两部分，一部分提供微处理器以及周边传感器（红外接收器、温湿度传感器、闪光灯检测电路、微处理器、镭射投影装置、光强传感器）和放大电路；另一部分为RS232通信接口和射频信号模块供电，用于组建星型网。

作为一种优选，红外接收器安置在展柜的角落，暴露在外部，以便接收遥控器发出的控制信号。温湿度传感器采用TI公司的TMP75，通过I2C接口进行通信，接口简单并且内部集成了传感器所需的基准和通信模块，采样精度达到12bit，能够满足本发明需求，将其制成一个单独的模块，通过电源和I2C共根导线进行连接能够将其安置在所需的角落，从而可以不受灯光以及控制板发热的干扰，能更加有效地检测真实环境温度。

闪光灯检测电路主要由光敏三极管3DU33、放大电路与比较电路组成，用于检测闪光灯，并触发提示，其电路图如图2所示，由光敏三极管3DU33、运放LM324、电位器及外围电阻电容构成，触发端连接微处理器外部中断引脚，以上升沿的方式触发中断。中断函数内进行闪光灯出现后的操作，并由软件的形式进行延时判断，防止中断函数在短时间内重复触发。

光强传感器由LX1970与AD转换器ADS1114构成，用于检测正常状态下的环境光照度。

通过上述介绍，我们对终端装置有了明确的理解和深入的认识，下面我们对系统进行详细介绍，正如前述，系统至少一个终端装置和一服务器，如图3所示，而每一个终端装置都通过射频模块接入到星型网中，形成一个简单的通信网络。射频模块优选使用TI公司的CC2530作为主控芯片，运行zigbee协议，外围安置LED灯连接至P1_0和P1_1两个接口用于指示通信状态，通过串行接口连接至微控制器，RF_P以及RF_N连接至一个典型的滤波电路，最后连接至20cm的25欧姆的专用天线。在服务器端同样使用该射频模块，通过RS232接口连接到PC机的串行接口，最终组成如图3所示结构的通信系统。每一个终端都将以固定的格式发送信息，本发明为警报分配固定的ID号，而实时的传感器参数则按传感器类型分配相应的ID号；每一个终端设备都具有一个独一无二的终端ID来标识，最终这些数据将写入到PC端的数据库，方便操作者调取进行分析处理。

如图6所示，优选地，在服务器端运行的是用Visual Studio开发的服务端管理子系统软件，博物馆的安保人员或者管理人员只需要通过查看实时的记录就可以准确了解展厅现场的情况。服务端管理子系统软件主要包含人员管理模块、历史记录查询模块、实时数据显示模块、串口配置模块、数据库模块、数据分析处理模块和警报提醒模块这几个部分组成。

人员管理模块主要是对管理人员的信息以及权限进行注册和管理工作，只有有效的用户才能够登陆该系统进行查看。人员的验证、增加、修改都需要经过数据库模块，可以对数据库模块中的数据进行增删改查。PC端所有的事件记录都是通过串口获得的，为保证系统正常工作，必须先正确配置串口，包括串口号、波特率、校验位、数据位这几项，串口的配置通过模块串口配置模块来完成。通过串口获得的数据经过解析后在实时数据显示模块中实时显示，实时数据显示模块主要是由两张ListView控件构成的表组成，一张表列举当前或者最近发生的21条警报，而另一张表则是按照终端ID号顺序显示最近的传感器参数，获得的数据除了进行显示之外还要进行处理，处理主要有两部分：提交数据库和异常判断。数据分析处理模块先将所有的警报和传感器参数信息写入到数据库模块对应的各个表中间去，同时分析数据和警报。终端装置传来的警报信息将直接通过警报提醒模块进行声光报警，PC端以对话框的形势弹出警报的详细信息；由数据分析处理模块分析得到的异常信息包括展柜温度和亮度过高或过低，这一类警报递交给警报提醒模块后只以对话框的形势弹出，以提醒管理人员设备可能存在的问题，而不会进行声光报警。历史记录查询模块提供了多种查询方式，可以按照警报类型、时间、终端ID等方式进行记录查询，按终端ID查询的结果还可以通过工业控件按照不同的传感器将传感器的参数以曲线的形式绘制出来。

为了更清楚地说明服务器段，图7为图6对应的数据库实体联系表定义图，本发明使用SQL Server2008数据库管理系统来管理数据，利用SQL结构化查询语言来实现数据库的增删改查，SQL语言作为关系型数据库管理系统的标准语言，有用结构简洁，功能强大，简单易学的特点，其数据库的定义如图7所示，这在现有技术中也是较为常用的，此处不作赘述。

最后，我们对系统的工作流程进行简要描述，以期更好地理解本发明。本发明中，环境温度的检测以及常态下光强的检测都是间隔固定时间实时进行的，而进入配置状态以及警报状态则是通过中断来完成的。如图5所示，正常状态下，设备上电后调光玻璃就会通电，而一旦红外接收头检测到有遥控器发来的控制信号的时候，信号在第一个下降沿的时候微处理器就通过外部中断使程序跳转到中断函数进入控制状态，调光玻璃不透明，该状态同时起到提示作用，提醒管理人员当前已经进入配置状态（流程见图5右半部分）。在完成配置以后，调光玻璃重新上电，进入正常运行模式，在出现强光时，光敏三极管输出信号经过比较输出为低电平，比较输出端同样连接微处理器的一个外部中断，在微处理器检测到下降沿的时候就进入该中断源的终端函数，将强光的记录通过射频信号处理器发送到服务器端（流程见图5左半部分）。在通常情况下，微处理器以固定时间（时间间隔由用户自行设置）读取各传感器参数，然后按照固定的帧格式将获取到的传感器数据传送到服务器端进行管理，并且微处理器不会对传感器参数的异常做判断，最终的数据整理和判断交给服务器端，程序流程见图5中间部分。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.博物馆展品保护调光玻璃终端装置，其特征在于，包括：微处理器，连接于微处理器外围的射频模块、红外接收器、温湿度传感器、闪光灯检测电路、光强传感器及镭射投影装置，为上述各部件提供直流电源的AC-DC电源；所述微处理器外围还连接一交流电源控制器，所述交流电源控制器与微处理器之间使用光电隔离芯片进行隔离，交流电源控制器由一交流电源供电并与调光玻璃之间电连接；所述微处理器与射频模块之间使用RS232通信接口连接；所述镭射投影装置和光电隔离芯片均使用放大电路进行驱动。

2.根据权利要求1所述的博物馆展品保护调光玻璃终端装置，其特征在于，所述光电隔离芯片是可控硅光电耦合器MOC3063。

3.根据权利要求1所述的博物馆展品保护调光玻璃终端装置，其特征在于，所述闪光灯检测电路由光敏三极管、放大电路及比较电路组成，通过比较器输出的上升沿触发微处理器中断，以检测闪光灯并触发提醒。

4.根据权利要求1所述的博物馆展品保护调光玻璃终端装置，其特征在于，所述调光玻璃由24V交流电源驱动。

5.根据权利要求1所述的博物馆展品保护调光玻璃终端装置，其特征在于，所述镭射投影装置在调光玻璃断电时，在微处理器的控制下将投影内容显示至调光玻璃上。

6.博物馆展品保护调光玻璃系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-5任一项所述的终端装置，还包括一服务器，所述终端装置通过射频模块接入到星型网中与服务器形成通信网络。

7.根据权利要求6所述的博物馆展品保护调光玻璃系统，其特征在于，所述服务器上包括：人员管理模块、历史记录查询模块、实时数据显示模块、串口设置模块、数据库模块、数据分析模板和警报提醒模块。

8.如权利要求6所述的博物馆展品保护调光玻璃系统的工作过程，其特征在于，包括如下流程：

S1、通电，终端装置启动同时调光玻璃通电，如果红外接收器检测到有控制信号，则当信号在第一个下降沿时微处理器通过外部中断使程序跳转到中断函数进入控制状态，此时调光玻璃断电不透明，终端装置进入配置状态，完成配置后返回至调光玻璃通电状态，进入正常运行模式；如无控制信号，则直接进入正常运行模式；

S2、正常运行模式下，微处理器每间隔固定时间检测环境温度、湿度、光强并将检测结果上传至服务器，服务器对数据进行整理和判断；当检测到强光时，比较电路输出高电平，微处理器上升沿触发中断函数，微处理器切断调光玻璃的电源，镭射投影装置投影至调光玻璃上，同时上报设备编号至服务器，延时10s后重新给调光玻璃通电，再次进入流程S1。