基于RFID的开放式实验室自动化管理系统外文翻译资料

英语原文共 4 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于RFID的开放式实验室自动化管理系统

Lu Ang Fan Ying Guan Zong qi

浙江万里大学电信学院，宁波

摘要：开放实验室在高校科技教育中具有重要的意义，由于开放实验室的管理难度大，很多高校基本不开设或很少开设开放实验室。本文结合RFID技术，本文探讨了一种适合电子专业的开放式实验室管理系统。该系统可以实现开放式实验室的自动化管理，不需要人工干预，减少了开放式实验室的管理工作量，提高了实验室的利用率，有利于在高校推广开放式实验室。给出了系统的具体实现方案和部分实现细节。

关键词：射频识别;开放实验室;单片机;门禁系统;设备管理

1. 系统功能

实验室管理主要包括实验室设备管理和学生管理，学生管理是指对学生的实验进行管理，主要包括记录学生进出实验室的时间和实验室设备的使用情况。设备管理是指对设备的使用进行管理，主要包括记录设备的使用情况和状态(处于良好状态)。开放式实验室无人值守系统可以自动管理这两个方面的内容，它主要由门禁系统和设备管理模块两部分组成。门禁系统主要完成学生管理功能，即记录学生进出实验室的信息，包括学号、班级、姓名、进出时间等，是一个独立的系统;设备管理模块主要完成设备管理功能，即记录设备的用户和使用时间，判断和记录设备的状态，它是一个嵌入式系统。嵌入式在各种实验室设备中，各种设备的设备管理模块各不相同。开放式实验室无人值守系统的基本工作流程如下图1所示。图A:打卡进入实验室，主要记录学生信息和学生进入实验室的时间;图B:打卡使用设备，主要记录使用该设备的学生的信息和时间开始使用本设备，检查并记录本设备的当前状态，打开本设备电源备用;图C:打卡结束设备使用，主要记录学生结束设备使用的时间，检查并记录设备当前状态，关闭设备电源;图D:打卡离开实验室，主要记录学生离开实验室的时间。每一个设备管理模块具有非易失性。存储器存储相关信息，RFID卡也可以存储并记录相关信息,关于这个实验的所有信息存储到门禁系统中。当学生刷卡离开，实验室和门禁系统可以连接到电脑轻松地检查整个实验室的使用条件。

图1。开放式实验室无人值守系统的基本工作流程

二．门禁系统

门禁系统是一种代替传统门锁的通道管理系统。它是随着RFID、指纹识别等识别技术的发展而发展起来的，并在银行、政府机要部门、图书馆等场合得到了迅速的应用。一般来说，门禁系统主要有两个功能，一是用来控制通道的通行状态的识别，二是记录通过通道的人的相关信息和通行时间。实验室门禁系统的无人值守系统,其主要功能如下:首先,当一个学生刷卡进入实验室门禁系统决定是否允许学生进入实验室根据IC卡信息(即学生身份),如果学生事先预订了,他被允许进入实验室门禁系统打开车门;如果没有，门禁系统不会打开门。该功能可以控制进入实验室的人数，充分利用实验室设备，避免过多的学生在实验室和记录相关信息;其次,当一个学生刷卡离开实验室,因为相关信息关于学生在实验过程中保持在他的IC卡,相关信息在学生的IC卡门禁系统的读取和保存检查门禁系统,然后决定是否允许离开实验室的学生根据自己的实验条件(即开门与否),如果有些仪器或设备可能会被学生在实验过程中,学生的IC卡有相关记录,门禁系统可以禁止学生离开实验室,然后通知相关教师值班,最后让学生离开后的实验室值班老师核实相关情况。根据上述开放实验室无人值守系统门禁系统的功能和工作流程，设计门禁系统硬件如图2所示。整个门禁系统有五个模块，即单片机模块、串口通信模块模块、时间模块、RFID模块、键盘显示模块。门禁系统处理少量数据，所有数据均为8位数据，其主控单片机采用STC89C52单片机与传统51单片机兼容，软件资源丰富，使用方便;速度快，是传统51单片机速度的2 - 10倍;其内部集成了具有高抗静电性能(ESD保护)和可靠性的看门狗。RFID模块采用北京爱火研科技有限公司开发的HY502B模块，HY502B采用符合ISO14443A标准的射频芯片FM1702，支持MIFARE标准加密算法;内置硬件看门狗，可靠性高;PCB板印刷天线(可外接匹配天线，读卡距离增加至10cm)结构简单;单片机通讯采用标准SPI接口，使用方便。时间模块采用一种特殊的时钟芯片SD2301ELP内置晶体振荡器和可充电电池,它的时间精度是5 ppm(即年度误差小于2.5分钟25ć)和其内部集成了一个可用于32 kb eepm存储学生和实验室设备信息。检查实验室情况方便,门禁系统可以连接到个人电脑工作,门禁系统之间的通讯数据量和PC并不大,主要包括学生和实验室设备信息,相关信息人均占地100 b在每一个实验,在实验室尝试每天最多可以容纳200名学生,每天的数据量小于20 kb,采用传统的RS-232通信方式完全可以满足要求，按照目前RS-232通信的中速标准19200kbps，一天的数据传输大约可以在10s内完成。键盘模块采用接口芯片HD7279，可自动扫描键盘阵列，减少单片机键盘识别工作量;采用SPI接口进行通信，使用方便。HD7279显示驱动,但它只能驱动LED数码管,门禁系统需要显示汉字信息,如学生的名字,等等,显示模块的门禁系统采用一个12864液晶模块由ST7920 / ST7921,这个液晶显示模块与单片机的串行通信模式，很容易连接。

图2。门禁系统电路

三．嵌入式设备管理模块

设备管理模块的主要功能是记录学生开始和结束使用设备的时间，判断和记录设备的状态。电子专业具有多种多样的实验装置和工作原理及实现方法不同的实验室设备各不相同，实验室设备的状态判别原则和方法各不相同，各设备的设备管理模块也各不相同。但是，各种设备管理模块是相同的在记录学生开始和结束使用该设备的时间的部分，主要由RFID模块、时间模块和单片机三个子模块组成，这部分与门禁系统中相应的部分基本相同。接下来重点讨论设备管理模块中的设备状态判别部分。

1. 稳压电源管理模块

电子实验室主要有两种稳压电源，即固定输出稳压电源(主要用于数字电子技术实验等)和可调输出稳压电源(主要用于模拟电子技术实验等)。固定输出稳压电源的状态判别比较简单，它利用ADC读取输出电压值，判断该电压值是否与理论值相符。可调稳压电源的输出电压是可调的，我们可以我们不能简单地根据ADC读取的输出电压值来判断器件的状态，而是要结合学生来判断器件的状态，具体过程如图3所示。电源管理模块的硬件电路类似于入口电路保护系统如图4所示。电源管理模块不需要与PC机通信，因此不需要串行通信模块RS-232;学生对电源管理模块的操作较少，只需要4个按键就可以占据4个I/O引脚，电源管理模块采用静态驱动模式，不需要HD7279驱动键盘阵列。电源管理模块的单片机采用STC12C5410AD，内部集成一个10位ADC，便于对稳压电源输出电压进行采样，判断稳压电源是否正常。由于STC12C5410AD具有较少的引脚，使得各种外围芯片之间的通信和单片机采用三线串行通信(类似于SPI通信)方式，外围芯片的时钟线与数据线共享，分别连接到P21和P22，单片机通过芯片选择接入相应的芯片。一般电子实验室稳压电源的最大输出电压为30V, A/D转换电压范围为0V ~ 5V，电压30V除以R1、R2转换为5V。模拟电子技术实验中的稳压电源为双极电源，即输出负电压，电源管理模块采用逆比例放大器将负电压转换为正

电压，单片机检测电压是否正常。

图3。电源状态判别流程

稳压电源管理模块软件设计如图3所示，软件的核心是读取A/D转换结果并与设定值进行比较，判断结果是否正常。软件的关键代码如下:

P1M1 = 0x00; //Configure port P1 as input mode

do ; while(P1^4==0); //Wait for verify buttons

ADC_CONTR=0x80; //Start channel 0˄P1.0˅ADC

delay200us(); //Wait for ADC to set

ADC_CONTR=ADC_CONTR|0x08; //Start ADC

do{ADStatus=ADC_CONTRamp;0x10;}while(!ADStatus);

//Wait for ADC to end

ADC_CONTR=ADC_CONTRamp;0xE7; //Stop ADC

if(ADC_DATA==SetData){ĂĂ;}

//Power supply state soundness processing

else{ĂĂ;}

//Power supply state fault processing

图4。稳压电源管理模块硬件电路

1. 示波器管理模块

示波器主要用于观察信号的时域形状，即被测信号幅度随时间的变化情况。示波器的状态识别也需要学生的配合，其过程如图5所示。测试信号的产生采用DDS技术，产生的信号频率精度高，频带宽，可以产生随机波形，使用专用的DDS芯片也可以减少对单片机资源的占用。为了方便学生反馈观察到的情况波形，系统将信号波形分为三个要素，即信号类型、信号频率和信号幅度，学生只需通过键盘选择输入信号的三个要素，示波器管理模块就

可以将其与输出波形比较，判断示波器是否正常。

图5。示波器状态鉴别流程

1. 信号发生器管理模块

信号发生器主要用于产生频率和幅值可调的各种信号，如正弦波、三角波、方波等，因此在电子实验中得到了广泛的应用。信号发生器存在着多种故障由于无信号输出，输出幅值或频率不可调，无法输出一种或几种信号，因此故障识别相对困难。与稳压电源管理模块状态判别基本流程类似(如图3所示)，指定学生对信号发生器进行调节，使其先根据需要输出一定频率和电压的信号，再根据需要输出信号发生器管理模块通过ADC采样得到信号的时域数据，通过FFT将信号转换为频域，最后判断采样信号是否与频域所需信号相对应，判断信号发生器是否为信号发生器正常的。

四。结论

结合RFID技术，这篇文章阐述了一种适合电子专业的开放式实验室自动化管理系统。该系统实现了对学生和实验设备的自动管理，实现了开放式实验室的自动管理，同时减少了开放式实验室的管理工作量，提高了实验室的利用率。这有利于在电子专业中推广开放式实验室，促进学生能力的培养和培养的练习。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[19663]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word