作者 曾庆杰 莫长江 许棠 梁启文 龙世瑜 岭南师范学院 信息科学与技能学院(广东 湛江 524048)
摘要：针对本学院敞开试验室的人力办理上的缺乏，规划了网络化电源操控的敞开试验室办理体系。该体系首要通过运用Delphi、UniGUI、SQLSERVER相关技能树立中心机房服务器，一起运用Delphi 10 Seattle开发敞开试验室嵌入式安卓网关，完结和读卡模块与Zigbee网络的串口通讯，然后操控每一个Zigbee终端的沟通接触器动作，终究到达运用学生一卡通完结RFID考勤智能化办理与学生质量盯梢等功用。
1 敞开试验室的重要性
学生作为教育作业的主体，特别是在电子学科的教育实践中，实践与工程立异才能的培育与进步对学生而言尤为重要[1]。传统的试验教育存在着许多的缺乏之处，如过多的验证性试验，只能在预设的时刻段内进行等，尽管遍及面广，但不利于进步部分学有余力的学生进行立异性的试验，按捺了这部分学生的创造力。因而，树立敞开式学生立异试验室，让学生能在课余时刻继续进行试验与科技制造，完结多方共赢。
2 网络化敞开试验室的体系规划
网络化首要是运用电子信息技能和网络技能的结合[2]，对电子学科敞开试验室学生遴选、考勤、工程实践活动做全程监控盯梢。
2.1 推动网络化敞开试验室的初衷
传统的敞开试验室较常见的局势是供给一个会集的场所，给部分学生进行课外的学习研讨，装备一个兼职的教师进行简略的和谐办理。这种状况下，会增大试验室的办理难度，并或许存在安全隐患。假如忽略，简略形成仪器丢掉或许用电不标准，也简略形成火灾等险情。一起，也存在关于学生的盯梢培育缺失的问题。一方面，学生的自主学习研讨是首要的，另一方面，辅导教师的介入缺乏，不能了解学生各方面的状况，针对性的作业无法得出对策[3]。
2.2 网络化敞开试验室的架构与功用
为了处理以上的几个杰出问题，本文规划了一套网络敞开试验室办理体系，图1为体系的结构结构图。
由图1可知，体系分三层：服务器层、安卓网关中心层和Zigbee网络[4]履行层。WEB服务器层通过互联网与安卓网关沟通讯息[5]，安卓网关层则由Zigbee网络和谐器发送操控指令给每个座位上的终端操控盒(包含Zigbee路由器、中心操控板与沟通接触器等首要部件)去履行通断电动作。
3 服务器层
逻辑上有WEB服务器、SQLSERVER[6]数据库服务器和DataSnap[7]服务器，但物理上同在一台PC上，该服务器设置在学校的中心机房中，树立SQLSERVER数据库表，用于保存学生与教师的个人信息，而WEB服务器则运用Delphi+UniGUI技能开发，IIS发布。终究运用DataSnap[8]技能，FireDAC数据库通讯组件开发服务器中心件与安卓网关通讯。
3.1 SQLSERVER数据库数据结构
体系选用SQLSERVER数据库服务器，通过树立数据库与数据表完结体系功用。最首要有学生信息表1，座位运用登录表2等。
体系通过树立包含上述两个中心表与其它更多的联系表，编写存储进程，供给给DELPHI编写的WEB程序调用。
3.2 Delphi+UniGUI开发WEB服务器程序
Delphi是一款优异的可视化编程东西，而UniGUI结构[9]拓宽了Delphi的运用范围，可简略地依照传统的桌面程序的思想去完结WEB网站的功用。Delphi结合UniGUI的特性，可开宣布效率高、运用友爱的敞开试验室WEB办理网站。
WEB服务器办理体系，功用包含：
(1) 后台设置功用;
(2) 学生刷卡登录查询功用;
(3) 学生工程实践材料上传功用;
(4) 学生报名遴选进入敞开试验室功用。
这些功用通过IIS供给服务，而且可由处于网络中的任何终端计算机进入拜访页面，完结上述功用。其间学生登陆查询界面截图如图2所示。
4 安卓网关中心层
图1中的安卓嵌入式开发板有若干串口，用于衔接RFID读卡模块与Zigbee和谐器模块。板上的安卓程序则运用Delphi 10 Seattle开发Android APP[10]，运用网络衔接WEB服务器与数据库服务器，获取学生的信息后，当学生刷学校一卡通时，串口上传数据到安卓开发板，可进行绑定操作，完结绑定后，通过串口发送某座位电源开电信号给Zigbee和谐器，通过Zigbee网络把指令送到指定的桌号上的Zigbee路由器，完结对沟通接触器的闭合操作，而断电的进程相似。
4.1 安卓APP串口读写
Delphi 10 Seattle开发安卓串口，需求运用串口控件“Comport for Android”，履行装置后坐落System页，名为TAcomport[11]，体系运用控件版别为1.7，装置后如图3所示。
对串口的操作，以写名为rfidport(TAComport类)串口控件为例(用于读写RFID串口模块)，BaudRate、Databits、Stopbits、DeviceName特点对应串口波特率、数据位、中止位、串标语，需与RFID模块上的设置共同方能正常通讯。程序中写串口的中心代码如下：
Var
bufOut:array of Byte;
Begin
setlength(bufOut,5);
bufout[0]:=$aa;bufout[1]:=$bb;bufout[2]:=$02;bufout[3]:=$20;bufout[4]:=$22;
rfidport.ClearInput;
rfidPort.write(bufout,length(bufout),true);
End;
数组bufOut中，$aa、$bb、$02、$20、$22为从RFID模块获取卡地址的指令帧，假如成功，将回来卡的32位物理地址，读取该回来运用“bufin:=rfidport.read”句子，可拆分bufin数组的具体内容取得卡信息。特别注意的是Read办法是堵塞型函数，假如不加守时操控，一旦串口设备没有回来，程序将中止运转，等待到有回来停止。因而，处理这种状况有两种办法：用守时器操控或许运用多线程编程[12]。
在程序布置到安卓开发板后，由于要调用开发板底层硬件串口，还面对一个root权限问题，在体系中，调用“QAndroid.Shell”文件后，参加以下程序段：
Fshell.Initliaize;
if FShell.AskForRoot then
begin
FShell.Execute('chmod 777 /dev/ttyS3',5000);
FShell.Execute('chmod 777 /dev/ttyS4',5000);
end;
然后取得ttyS3、ttyS4两个串口的读写权限，完结程序初始化发动。
4.2 安卓网关流程图
安卓网关流程图如图4所示。
安卓网关选用了带多串口的Android开发板，其间一个串口与RFID模块通讯，另一个串口与Zigbee和谐器通讯，进行对特定试验桌进行通电与断电操作。除此之外，还具有客户端设置试验室功用，其他在网络不通的状况下，对试验桌进行整体开电、整体断电的功用。图5为安卓开发板程序初始化后的主界面。
5 Zigbee网络
和谐器在通电之后，会进行信道扫描，以便查找邻近是否还有其他Zigbee网络。假如和谐器发现在同一信道中有其他Zigbee网络存在(以PAN ID为判别根据)，则改动本身PAN ID后从头进行扫描，组成新的Zigbee网络。和谐器的这一特性也注定了在一个网络之中有且只要一个和谐器，和谐器在组成完结网络之后便和一般的路由器功用共同了。
而路由器在网络中起着十分要害的效果。Zigbee自组织、自修正、拓扑网络结构等无一不是通过路由来完结的。
终端节点是Zigbee完结低功耗，它的组网功用和路由是相同的。不同的是终端并不是时刻都处在接纳状况的，大部分状况下，它都将处于IDLE或许低功耗休眠形式。它会守时同自己的父节点进行通讯，问询是否有发给自己的音讯，这个进程被形象地成为“心跳”。
根据牢靠联网的考虑，不选用微功耗，因而没有选用终端节点模块，而是选用了有路由功用Zigbee路由模块，更有利于增强Zigbee自组网网络的鲁棒性。
设置Zigbee和谐器与路由器的PAN ID为同一个数，使得它们在同一个Zigbee网络内，并针对Zigbee路由器装置在不同的试验桌上，对其地址进行相应的编码，以区别不同的客户端。
每个座位(桌号)都对应一个Zigbee网络履行层，即操控盒终端，由不同地址的Zigbee路由、沟通接触器、稳压电源等电路构成，用于接纳Zigbee和谐器发来的指令，操控沟通接触器的通断，到达刷卡开关对应座位电源的意图。Zigbee网络选用如下数据帧进行长途 I/O 操控协议[13]如表3所示。
其间，方针地址为FFFF，表明一切节点播送，其他特指某一点。
例如：AA FF FF CC FC 00 00 EA 01 01 FE FE FB 表明将网络内一切设备的P0.1 口设置为高电平，电路图的衔接规划如图6所示。
图6中，线路从KT2接线柱引进到中心操控板(Core Control Board)，中心操控板通过操控接触器(KM)的通断，选型为NCH8-20/20，并终究输出到KT1接线柱，完结对座位电源的操控。特别注意，中心操控板的操控线圈输出有必要接一个电阻%&&&&&%并联，用于灭弧，不然，试验进程中会发生中心操控板中Zigbee单片机的死机现象。
图7为中心操控板的原理图规划。220 V市电从P1接口接入，通过220 V转3.3 V的AC/DC模块后，供电给Zigbee路由器，并拟定P1.0为输出引脚，接三极管操控中心继电器，接通或断开外部沟通接触器的操控线圈，使体系正常作业。
6 定论
高等院校敞开试验室可通过该体系可进行学生登入和登出时刻记载，并衍生出了多项附加实用功用，如可进行学生网上报名[14]，遴选进入敞开试验室的功用，做到无纸化作业，材料保存齐备。还可对学生的培育质量进程进行监控，取得学生的阶段性工程实践效果。
RFID，Android等网络技能运用一日千里，在各个方面都取得了很多的运用，而结合电子敞开试验室，完结网络化电源操控办理，可大大进步学生的学习热心与教师的作业效率，效果比较显着[15]。实践证明，既可把试验技能人员从冗杂的业务中解放出来，又可用有用的现代的办法掌控与办理并标准学生的行为等。可对进行体系的优化晋级，惠及更多的试验室、更多的学生，终究到达培育有竞争力的学生的意图。
参考文献：
[1]梁烨炜,刘彪杜玉丰.敞开试验室资源促进立异才能培育[J].试验技能与办理,2013,30(11) :50-52.
[2]杨庆凤,顾恒,辛玉红.试验室刷卡式常用仪器智能办理体系研讨与规划[J].高校试验室作业研讨,2015(01):80-81.
[3]罗频捷,温荷.敞开试验室办理信息体系的开发与完结[J].试验技能与办理, 2015,32(05):157-160.
[4]彭龑,何展,钟文,等.根据ZigBee的试验室安全监控体系[J].试验室科学,2015,18(01):68-71.
[5]土屋贵纪.无线射频辨认技能RFID在物联网的运用[J].%&&&&&%运用,2015(01):35-37.
[6]张福峰,刘振名.运用ADODB完结SQLSERVER数据库拜访[J].农业网络信息.,2015(09):102-103.
[7]江帆.运用Datasnap技能开发安卓体系运用程序[J].科技资讯,2013(8)22-22.
[8]Pawel Glowacki. Unleash the power of Delphi with Delphi Labs – DataSnap [EB/OL]. 2014. http://www.embarcadero.com/cn/rad-in-action/Delphi-labs
[9]Fmsoft. UniGUI Framework Online documentation [EB/OL]. 2015. http://www.unigui.com/resources/online-documentation
[10]Embarcadero. Mobile Code Snippets [EB/OL]. 2015. http://docwiki.embarcadero.com/RADStudio/XE5/en/Mobile_Code_Snippets
[11]Ing.Erik Salaj. Comport for Android Documentation [EB/OL]. 2015. http://www.winsoft.sk/acomport.htm.
[12]李若重. DELPHI中多线程研讨[J].我国新通讯.2013,15(04):35-35.
[13]卓万科技.低功耗Zigbee 无线网络串口透传处理方案 [EB/OL].2015-05-29.
[14]王军,周亚东.根据RFID技能的针对学生行为剖析的研讨[J].物联网技能,2015,5(02): 69-70,73.
[15]徐晓燕,毛由冰,黄磊,等.敞开试验室建造的考虑[J].齐齐哈尔医学院学报.,2015(03):412-413.
本文来源于《电子产品世界》2018年第6期第58页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
