徐可

摘要：为解决传统实验室设备管理控制中效率低下、准确性差、实时性差等问题，该文介绍了一种基于嵌入式系统的ARM平台以及RFID技术的实验设备智能控制系统。该系统采用Zigbee技术以及485总线方式进行信息组网，实现管理系统各设备之间的交互，并通过上位机接收并处理信号从而实现对实验设备的管理以及记录使用信息等功能。系统的实现提高了实验设备管理的效率，为师生的实践教学提供更加便利的实验环境 。

关键词：实验设备；智能控制；ARM；RFID

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）27-0233-02

目前大部分高校的实验室管理仍处于人工管理的状态，管理效率低下。随着学生自主上机做实验次数和时间的增加，对实验设备管理提出了更高的要求。实验设备管理效率的高低，直接影响着设备的使用效率和学生实践活动的效果，因此本文打算通过嵌入式系统提高实验室管理的效率。通过该系统，教师可以准确掌握设备的状态，提高设备使用效率。

1 整体系统设计方案

本系统主要包括了三个模块：实验桌供电模块，实验室内设备使用记录模块，实验设备借出与归还以及私自带出检测模块。

其中实验桌供电模块是一个读卡装置作为桌控功能来实现的，学生通过注册的校园卡，来进行对实验桌的供电操作。

实验设备的使用记录模块就学生在从实验箱里面取用设备之前需要先刷校园卡进行记录，并在使用完设备的时候再一次刷卡作为使用结束记录。

实验设备借出与归还以及私自带出检测模块是通过门前的RFID识别装置来防止设备的非法带出。

2 系统硬件设计

2.1 CPU芯片介绍

系统使用的CPU修改后的图如图1所示。为了上位机区别请求信号的来源，所以在上面添加了一个拨码开关作为桌号的标识。如图1中的圈起的模块为拨码开关。

对应的芯片引脚连接图及其功能如图2所示。

如图2所示P1.4引脚连接蜂鸣器用来提示卡是否合法。P1.7引脚连接地址拨码开关，用来给设备一个唯一的ID值，用于确定上机信号的来源；其中18～25号引脚对应具体的地址位选择。P0.3～P0.7用来与读卡天线之间进行交互，分别串行输出，时钟，输入，片选和复选。

2.2 读卡天线模块介绍

系统的读卡天线实物图如图3所示，天线读取用户卡信息之后与交于读卡机芯片处理，之后与CPU进行交互，将信息交给CPU进行处理。引脚直接与图1所示的CPU连接。

2.3 设备地址选择部件介绍

地址选择器是作为区分信号来源的标识。如图4所示，使用方式如图1所示。

此模块使用一个8位拨码开关作为ID标识，为了防止数量不够，在本系统中又添加了附加位来增加可用的位数，通过P1.7口来进行控制；另外的8个数据位是通过CPU上的18～25号引脚来对其进行赋0和置1操作的。修改后的9地址位的线路图如图5所示。该地址选择器基本能满足实验室的要求。当CPU向上位机发送请求时，一起发送地址选择器的ID这样就可以区分出信号的来源。

2.4 继电器模块介绍

继电器模块是系统不可或缺的模块，应为系统最终的目的确定是否对实验桌供电。继电器模块如图6所示。

继电器模块直接通过排线与CPU进行信息交互，连线图见图1右上角和图6的左上角。上位机返回比对信息给CPU后，CPU从而控制继电器的开关，进而确定是否给实验桌供电。

2.5 485总线介绍

RS-485是串行数据接口标准，由电子工业协会制订并发布的，1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。

3 系统软件设计

软件部分的设计是基于PC机上windows系统开发的，使用c#语言的winform编程来实现软件的图形界面编程。Winform编程具有界面设计简单，拓展性强，较低服务器消耗，易于维护等特点。

系统的功能模块图如7所示。

系统的设备借取功能的设计界面如图8和9所示，使用者直接点击相应的功能按钮就能进入对应的功能模块中，实现设备的借取与归还。设备与用户信息直接通过阅读器录入。

同时系统提供管理员模块对设备的信息进行进一步的管理。可登录后台的人员分为超级管理员、一般管理员、维修人员三种身份，管理权限依次降低。其中超级管理员可使用的功能有借用信息查看、设备借用管理、设备信息管理、人员以及身份管理、以及维修记录登记模块。

4 结束语

针对传统实验室设备管理控制中效率低、准确性差、实时性差等问题，本文开发一套高效、实时、可靠的无人值守的管理系统。系统基于嵌入式系统的ARM平台以及RFID技术。采用Zigbee技术以及485总线方式进行信息组网，实现管理系统各设备之间的交互，并通过上位机接收并处理信号从而实现对实验设备的管理以及记录使用信息等功能。本系统具有可裁剪性强，功能健全等特点，可以应对不同的实验室中设备的管理。系统的实现极大地提高了实验设备管理的效率，并提高了设备的安全性，为师生带来更方便的实验环境。

参考文献：

[1] 张思民. 嵌入式系统设计与应用[M].北京：清华大学出版社，2016.

[2] 刘云浩. 物联网导论[M].北京：科学出版社，2013.

[3] 韦东山.嵌入式 Linux 应用开发完全手册[M]. 北京：人民出版社，2008.

[4] 张海潘，牟永敏. 软件工程导论[M].北京：清华大学出版社， 2011.

[5] 潘永雄，沙河. 电子线路CAD使用教程：第四版[M].西安. 西安电子科技大学，2014.