基于IAP单片机的课室风扇灯光管理系统
摘 要 ： 以IAP15F2K61S2单片机作为核心控制器，集成温度采集、交流电风扇无极调速、灯光有效控制、上位机无线控制等功能，构成课室风扇灯光管理系统，该系统具有控制简便、操作灵活等优点，改善了传统课室容易出现的“灯常明、扇常转”现象，还大大减少了课室管理员的工作量。
0 引言
目前部分高校提出智慧校园的口号，节能减排也是其中一重要议程，高校课室中风扇、灯光的管理也受到了较大的关注。当课室中无人时灯光以及风扇仍然在运作，不仅浪费国家电力资源，还给学校财政加大了负担。针对以上情况，本文介绍一种利用IAP15F2K61S2单片机、各种功能模块以及上位机软件整合成的课室风扇灯光管理系统，该系统具有操作简单、稳定性强、兼容性强等特点[1]。
1 课室风扇灯光管理系统硬件设计
1.1 课室风扇灯光管理系统工作原理
系统硬件组成框图如图1所示。本管理系统由IAP15F2K61S2单片机分析DS18B20数字温度计采集回来的温度值，从而产生不同占空比的PWM脉冲调制信号，再通过由MOC3061光电双向可控硅以及BT136双向可控硅等组成的交流电机无级调速电路对电风扇进行调速，使得电风扇随温度的变化而自动换挡，实现“温度高，转速快；温度低，转速慢”的功能[2]。利用继电器可以使单片机以弱电的高低逻辑电平来控制220 V交流强电的接通与断开，从而控制课室灯光的开启与关闭。不仅使用了LCD12864液晶显示屏显示课室当前温度值，还利用无线模块CC1101把温度值实时无线传输到课室风扇灯光管理系统上位机软件。利用光电传感器计算进入以及出去课室的人数从而判断当前课室内是否还有人。课室风扇灯光管理系统上位机软件可以实时显示课室各点温度以及电风扇工作状态，还可以无线切换电风扇智能与人工控制、无线控制课室灯光开启与关闭功能。
1.2 硬件设计
1.2.1 温度传感器
本系统采用DS18B20数字温度传感器测量课室环境温度，并将实时采集回来的温度数据传输给单片机处理，计算之后的温度值与实际值误差为±0.5℃。
1.2.2 光照强度检测模块
本系统使用BH1750FVI光照强度模块对课室光照强度进行采集，并将数据传输给单片机处理、分析，按照在不同光线强度环境之下实际测试回来的不同数值来划分光线强度。该模块具有接近视觉灵敏光谱灵敏度特性，最小误差变动在±20%，受红外线影响很小等特点。
1.2.3 光电传感器电路
E18-8MNK光电传感器模块是一种对射光电传感器，当发射红外端与接收红外端之间没有障碍物时，接收端输出低电平，反之输出高电平。单片机通过检测该模块输出端传输过来的电平值，即可分辨是否有人通过。
1.2.4 无线通信模块
考虑到无需对无线模块进行二次开发，故采用高性能单片机加低功耗射频芯片CC1101无线通信模块。模块与单片机接线比较简单，只需把模块串口与单片机串口进行对接即可，用户只需对单片机串口进行初始化、发送以及接收数据等操作即可实现无线通信功能。
1.2.5 交流电机无级调速电路
由于使用IAP15F2K61S2单片机发出的PWM对交流无级电机进行调试，考虑到弱电与强电的隔离以及较高的PWM工作频率等问题，故采用摩托罗拉公司生产的常用作大功率可控硅的MOC3061光耦合器。
1.2.6 LCD12864显示电路
本系统采用LCD12864液晶屏显示系统各项参数，该液晶屏技术较为成熟且应用广泛，开发容易，价格低廉[3]。
1.2.7 灯光控制电路
本系统采用电磁继电器对220 V交流灯光进行有效控制，利用弱电控制强电，避免人对强电直接控制。
2 课室风扇灯光管理系统软件设计
2.1 单片机主程序设计
课室风扇灯光管理系统主要完成光照传感器模块、温度传感器模块、光照传感器电路、光电传感器以及CC1101通信模块信号采集、处理、显示以及按键电路识别等功能。因此设计软件时，必须先对各个模块进行初始化，而后单片机才能调用各个模块并接收相应的信号，最后才能实现本系统具备的相应功能。主程序流程如图2所示。
2.2 上位机设计
本管理系统使用微软公司发布的Visual Basic软件开发出针对本管理系统的上位机软件，其主要是收集、处理下位机硬件设备传送过来的各类信息以及向下位机硬件设备发出操作指令[4]。本管理系统上位机软件登录界面如图3所示，用户必须输入正确的用户名称和用户密码才能进入课室风扇灯光管理系统上位机软件用户主界面。
当用户成功登录课室风扇灯光管理系统上位机并进入主界面之后，准确无误地设置串口及波特率之后，串口工作指示灯变为绿色，否则为红色提醒用户当前选择串口有误。
当用户点击“获取温度”按钮之后，上位机收集下位机实时环境温度并在系统温度区域显示出来。
当用户需要对风扇①、风扇②进行调试时，只需点击相应的“高速”、“中速”、“低速”及“停止”按钮，此时课室电风扇工作状态区域中以文字的形式显示出当前风扇工作状态，若风扇正常运行其工作指示灯为绿色，否则为红色。
当用户点击“灯光①”、“灯光②”按钮，则可以切换灯光正常通电及断电状态，灯光正常通电时其工作指示灯为绿色，否则为红色。
当用户在硬件设备上通过按键改变风扇①和风扇②、灯光①、灯光②工作状态时，上位机也会及时获取相关信息并显示出来。
课室风扇灯光管理系统上位机运行状态①、②分别如图4、图5所示。
3 结论
经过反复试验表明本管理系统上位机软件以及下位机硬件设备中各个功能模块均能长时间稳定运行，采集数据迅速，分析及处理数据准确，及时有效对风扇进行调速、灯光开与关灯操作，无线通信可靠传输数据。
综合上述，本课室风扇灯光管理系统实现了一定的智能化控制，在一定程度上节约了能源，减少了课室管理员的工作量，具有一定的实际应用价值。
参考文献
[1] 林海汀.电子工艺技术与实践[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2] 丁向荣.增强型8051单片机原理与系统开发（C51版）[M].北京：清华大学出版社，2013.
[3] 李全利.单片机原理及应用（C51编程）[M].北京：高等教育出版社，2012.
[4] 丁张辉.Visual Basic串口通信及编程实例[M].北京：化学工业出版社，2011.
基于动态规划技术的运行维护工单智能管理技术
电力通信是公司坚强智能电网建设和“三集五大”体系结构的重要基础支撑平台，通信网络的快速发展要求不断提高其运行维护管理水平和效益。湖北电力通信网络的快速发展对湖北电力通信机房运行维护管理提出了更加严格的要求，尤其是通信机房维护工作量大、管理问题多、效率低下等问题日益突出，亟待解决。
1 技术背景
现有的机房巡检管理模式由于存在数据采集功能滞后、缺乏有效分析和展示功能，机房设备及空间设备的全寿命多重管理间接制约了电力通信网的通信设备的运行稳定。同时哑资源作为电力通信网中重要的组成部分，由于其分布范围广泛、数量多、无法自动上报自身信息，通信网哑资源的精细化管理难度大、效率低、准确性无法保证[1-2]。
基于动态规划的智能化电力运行维护工单管理步骤，工单是电力运行维护开展中必不可少的环节，作业指导书是电力运行和维护中重要不可或缺的环节，是电力通信网络安全、稳定运行的一种保险手段。然而，现有的固化的电力通信网络运营管理模式和落后生产技术问题，运行维护、科学人员的技能落伍、调度操作的多重重复等，以及在通信网络的现实维护中不可能按照所拟定的要求保证完全一的运行和维护，导致电力通信网络的运行不健全性。
将基于动态规划技术的智能化电力运行维护派工单管理技术引入到电力企业电力通信网运行维护中，采用数字化存储、数据自动匹配、系统的自动模拟和优化技术以及其他技术手段实现了标准化管理和数字转换的工作，同样以列表的形式在操作和维护的过程中完成横向协调和纵向分析数据，并以各种类型的工作列表为指导，在操作维护与动态编程技术相结合的基础之上,从而达到了完全融合工作列表、人员和工作指令的高度集合。
2 动态规划技术的运行维护工单智能管理技术
利用电力隔离装置、通用硬件防火墙、路由访问表、防病毒等先进的通信信息技术，布置移动运行维护的系统后台管理系统纵向防护，并与TMS系统内横向隔离并利用系统内的安全防护。通过与手持终端的数据动态交互建立现场运行维护作业管理支撑原型模型，最终实现了包含机房展示、机房运行维护为一体的电力系统物联网通信机房运行维护工单智能管理平台。
2.1 动态规划技术平台拓扑架构
图1为平台的物理网络拓扑结构，考虑到方案的可行性以及环境的安全性，将数据库、机房运行维护的一体化管理系统、配网GIS系统与TMS系统放置在安全区内，提供外网访问的安全审计放置在DMZ区,中间采用防火墙实现对内外网逻辑隔离状态,确保安全区数据的安全性与外网高效访问的可行性。外部则采用VPN的方式进行后台数据访问和运行维护现场数据回传，所有数据传输均需要通过数据加密方式进行传输。
2.2 动态规划工单智能模块
基于动态规划技术的运行维护工单汇总平台包含以下模块：
（1）资源管理：实现了对系统所需的各类工作表、作业指导、维护数据的一体化管控，为维护人员的资源管控和日程维护清单提供支持。
（2）协同管理
协同管理主要是为了确保每个工作表单的类型转换成不同类型的工作表，并可以对应到相应的操作和维护人员名单中，它为系统管理人员管理支撑系统的运行提供方便。
（3）学习管理
通过功能系统进一步学习，可以从以前的工作列表和维护人员中了解相关的规则。它将为未来维修人员操作提供数据支持。高效协调工作和操作人员，进一步完善系统后期的扩展及适应性。
（4）系统管理
系统管理为系统提供了大而全的管理。用户可根据系统设置参数等。
系统功能框架如图2所示。
2.3 动态规划技术数据流管理过程
电力通信运行维护派工单管理方法使用“存-生-采-传-学”的过程，用以实现工单数据流管理。
存：即存储，提供友好界面，选择现场数据资源，形成原始表单、数据和运维结果导入系统库中，通过加密U盘的方式存储到本地巡检仪中。
生：即关联，设定一定的规则，将各类数据表单作为数据基础，关联好各类场景，形成一键预设模式，用以多种方式连接实现数据在手持终端的本地化存储。
采：即采集，利用多样化采集数据，实现对于工单数据的采集。
传：即回传，工单完成后，利用数据加密回传技术，完成手持端数据与后来数据的同步。
学；即学习，利用智能化学习技术，实现工单在智能派单完成后，结合自定义智能技术，对已经完成内容进行工单解读，进而智能解读工单流程，完成知识的沉淀，实现最优管理。
2.4 动态规划技术的运行维护工单流程
电力通信移动运行维护工单在基于电力VPN开展维护管理系统软件的框架平台，使用电力通信网统一资源数据模型，综合使用“存-生-采-传-学”的过程，用以实现工单的智能化流程。具体的步骤如下：
（1）存：即存储
派单是操作和维护的先决条件。因此，该方法必须具有统一性和维护的通用性。所有类型的操作、文件保存、工作指导书及保护者的信息都依靠电力通信网络的运营和维持。各种数据存储、收集和保护方法是初始化所有类型的电力通信网络和工作机制、使用维护员信息的基本数据基础。
（2）生：即关联
数据管理的基本方法是支撑系统的基础功能，主要是以有形电力通信网运行守护工程的数据、作业指导资料及运营数据为基础，基础工程的生成规则为目标自动生成（相关）。
（3）采：即采集
数据收集主要是收集管理人员位置、运营维持结果等数据，实际运行人员则负责维持运营业务。
利用GPS，配备了人员的位置管理，并将GPS连接为关联的系统。如果巡检人员到达机房站点，可自动进行巡视工作，并具备调用巡视和工作指导书的相关性，传导至作业指导书的嵌入管理系统。
利用二维码识别以及影像识别等功能，对巡视机室巡查过程的过程数据进行采集识别，对标准化工作指导资料的数据进行数据验证。
（4）传：即回传
服务名：pm_rp
在完结巡逻工作后，对工作结果进行比较，对系统对比的结果，完成本地化存储，之后使用系统的无线传输技术回传至数据服务器作为数据基础平台，同时也可以后台直连回传 [3]。
（5）学；即学习
利用智能化学习技术，实现工单在智能派单完成后，结合自定义智能技术，对已经完成内容进行工单解读，进而智能解读工单流程，完成知识的沉淀，实现最优管理。
3 结论
在电力移动运行维护实际应用过程中，电力机房运行维护一体化的管理系统在后台服务端实现了与TMS、配网GIS系统的全部数据交互内容，并向移动运行维护手持端提供了机房运行维护各类工单、表格等数据的支撑。由于移动手持端需在作业现场提供电力检修的运行维护支持，利用公网来实现与电力系统内网的移动运行维护管理系统所有后台服务端实现数据交互，在系统数据交互过程中，确保了电力系统通信数据传输安全、稳定。本系统充分利用了移动VPN通道接入方式，通过利用系统后台数据地址池映射关系以及数据深度加密方式来开展系统安全架构的设计。
电力通信机房运行维护系统在对现场运行维护过程中，实现预定成效。
（1）电力通信机房运行维护远程专家诊断
通信机房分布范围广泛，现场运行维护难度大，效率低。将移动通信技术、图像识别及传输技术应用于现场检修、故障处理，使得数据、语音及图像能够在现场移动终端、后台通信机房运行维护信息系统、通信调控中心之间及时有效地流动，为现场作业人员与通信调控人员之间的协作提供支撑。通过现场拍摄照片将故障现场真实具体的情况及时上传至电力通信调控中心，开展远程专家会审，给现场故障处理和抢修提供技术支持。
（2）通信机房现场运行维护信息化支撑
通过将无线传输分发技术、GPS定位导航技术、RFID、二维码识别技术、图像识别技术、智能数据提取等技术应用于电力通信机房运行维护，并通过与国网公司通信管理系统的链路交换，运维人员可以及时、准确地得到各站点的现场设备、实际线路等各类信息，为故障解决、现场检修提供有力支撑。
（3）运行维护人员工况绩效考核科学化
通过利用GPS定位技术，动态掌握现场工作人员的位置信息和工作情况，为有效开展通信机房现场运行维护人员的绩效考核提供技术手段。
（4）运行维护电子工单流程的现场全过程的信息化管理
将表单中项目类的电子化程序，通过编程落实到手机中的各个步骤的操作中，实现了作业电子化；实现了各种标准、制度能落地；实现了通信信息机房现场运行维护作业的全过程流程化、信息化管理。
参考文献
[1]曲江,陈英.以物理隔离技术实现网络信息安全[J]. 信息与电脑,2008(2):50-54.
[2]张金玲,黎峰,刘镇顶.基于PDA的移动作业标准化管理系统[J].计算机工程与设计, 2008,29(7):1831-1833.
[3]陈家磷，周正，邵波，等.基于物联网的现场运维标准化作业管理系统[J]．电气应用，2015( 增刊)：264-268.
作者信息:
陈家璘1，周 正1，陈敬佳2，张明昭2，叶 露1，赵世文3
（1. 国网湖北省电力有限公司信息通信公司，湖北 武汉 430200；
2. 国网湖北省电力有限公司，湖北 武汉 430200；
3. 南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏 南京 210000）
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