贾清

上海科技馆 上海 200127

1 科技馆对展品管理现状的研究

随着社会的不断发展，科技和信息技术发展迅速，关注学生基础教育的各个科技馆，越来越多地综合了各种形式多样的展品，它们具有数量多、种类多、分布广等特点。

现在，科技馆已经从以前传统的应用触摸一体机、电脑、显示器等单一设备的模式，逐渐发展到越来越多地应用了人体感应设备、摄像头捕捉设备、激光投影机等先进设备和技术。同时，科技馆的展项设计也越来越复杂，随之而来的问题就是整个场馆内所有设备该如何有效地管理，才能节省人力成本。随着市场上集中控制系统、智能控制系统等技术的快速发展，各个科技馆也逐渐开始使用中控系统来集中管理场馆内的展品设备。

由于科技馆内展品种类繁多，有投影机、电脑、电视、显示器、人体感应设备等各种设备，如果仅仅依靠管理员逐个手动关闭，工作量巨大，如果强行关闭总电源来关机，对设备尤其是电脑主机会造成很大的危害，因此，在科技馆应用中控系统统一管理设备开关机非常有必要。

2 采用中控技术的重要意义

科技馆的中控智能化系统是一种对科技馆内所有展项进行集中管理和控制的智能控制系统。将所有需要统一管理的设备通过终端Wi-Fi控制模块接入局域网，管理员就可以通过接入局域网的电脑、平板、手机等智能设备远程管理馆内的各展项设备，可以单独控制每个展项的设备，也可以分区域分场馆来集中控制。中控系统的操作界面中每个菜单都可以控制一个系统，而且针对每个设备有单独的控制按钮，管理员可以轻松地通过电脑、平板、手机等智能设备远程管理馆内的各展项设备，不需要走到每个设备前进行操作，就可以实现对展厅的管理和控制。

中控智能化系统就是为了让展示更加智能化、智慧化、现代化，具体要实现各展项的集中控制，方便业主管理，节约能耗的实际作用。展厅智能中控系统是一套灵活、稳定可靠、高端的智能控制系统，整合了整个展厅的所有展项，使之更加智能化、智慧化。

3 项目设计功能需求

3.1 整体功能需求

(1)展厅中控系统主要通过客户端与服务器端来实现对展项开、关机，定时开、关机，定时巡查提示，记录展项运行状态。控制对象为光、电展项。主要功能包括展项运行状态显示、控制器设备显示、展项轮询、一键展项管理、一键开关模块、运行状态反馈。同时分摊硬件风险，避免因硬件意外损坏造成系统无法使用。中控系统主要基于无线网络控制，若无线网络出现故障或无法满足需求时，同时支持有线网络控制。此外，无线网络将预留足够的余量，以便需要时系统扩展使用。

(2)中控系统对常设展厅展品和展厅灯光进行统一管理，并收集和保存设备的运行信息。系统将所有带电展品按PC控制、单片机控制、PLC控制和时序电源控制等方式分类，通过内部网络实现展品开机和关机控制。其中PC控制类展品、单片机控制类展品和PLC控制类展品可实现基础的状态监控和预警。

(3)中控系统支持多台终端设备同时接入中控管理系统。系统允许至少多个用户同时操作，支持设置多个管理员账户，权限可按需分配，当作为最高权限的系统管理员进行操作时，其他管理员操作设备无效。同时，中控系统支持管理员在中控室内进行集中开关机操作。

3.2 核心模块功能需求

(1)控制展品电源通断管理；

(2)控制展品内的计算机、投影机等设备统一开机、延时关机功能(计算机需保存数据正常关机、投影机需关机后保持通电一段时间以便散热)；

(3)支持多种通信模块用于计算机等智能设备通信，如3个以上串口或RJ45接口、3路以上计算机按钮接入、USB键盘唤醒功能；

(4)具有Wi-Fi模块及加强天线能够稳定接入中控系统；

(5)具有应急按钮，以便维修或维护时能脱离中控系统，独立启动或关闭；

(6)具有显示模块，能直观显示展品运行状态及故障信息。

4 本课题研究过程与结果

4.1 研究步骤

(1)收集相关资料，对智能化中控系统的概念及其相关知识进行筛选分析；

(2)阅读关于智能化中控系统发展状况的相关资料，并进行市场调研；

(3)成立项目开发小组，开会讨论实现方案，进行机械、电气、程序设计，联合调试，制作出系统的第一套软硬件；

(4)通过项目组内部讨论研究，查阅资料及系统优化点进行梳理，整理出可行的优化方案进行优化，最终做出研究总结。

4.2 研究方法

4.2.1 市场调研

在本课题开发前，我们对目前市场上的中控系统做了相关调研。目前中控系统的主要控制方式有无线触摸屏控制、有线触摸屏控制、有线按键键盘控制，其主要通过中控服务器与其他被控设备的控制器、控制模块或者控制主机连接，利用标准化通信协议而达到对相关设备的控制，通信方式有：RS232、RS485、红外、蓝牙、网络控制等。例如，电脑主机的开关机、投影机及触摸屏、电视机、拼接屏等的开关机、信号切换、投影幕的升降、音量的大小、设备电源的通断、环境灯光的开关及亮度调节等都在其控制范围内。中控系统在会议室、多功能演播厅、多媒体教室、场馆、智能家居等领域都有广泛的应用。

4.2.2 实证研究

我们根据科技馆的特点，与信息化、智能化和大数据结合起来，研发出了智能化中控系统初版，并与客户沟通，得到客户的认可，我们又通过项目组成员讨论研究，查阅资料，将系统进一步优化，开发出优化后的版本，我们系统的优点：根据场馆特点，做了智能化大数据的分析，使中控系统可以更全面、直观地了解整个馆内的照明及展品设备的运行状态；同时，我们采用有线和无线结合的控制方式，在控制模块上不但设计了RJ-45的有线连接接口，还设计了Wi-Fi模块，可以根据科技馆内的网络状况，灵活考虑使用有线控制还是无线控制。

4.3 研究结果

4.3.1 系统构成

智能化中控系统的主要设备包括服务器、路由器、POE交换机、无线AP、平板电脑、终端Wi-Fi控制模块、网络强电控制箱几部分组成。中控系统拓扑图如下图：

图1 中控系统拓扑图

4.3.2 系统主要功能

(1)通过电脑客户端，用平板电脑、手机等控制整个场馆灯光的开启和关闭。

(2)通过电脑客户端，用平板电脑、手机等控制整个场馆展项的开启和关闭。

(3)通过为服务器电脑设置定时开关机命令，使其控制展项和灯光每日定时开启和关闭。

(4)实时检测展项的各个模块状态，在检测到某个模块故障时，自动发送问题清单至系统服务器，并通知维修人员及时维修。在维修成功后，自动检测并完成维修清单。

(5)每周自动生成展品运行状态记录表，并发送至相关人员微信，方便其查阅。

(6)可以通过中控Web管理平台配置展项控制及灯光控制相关信息。

(7)可以通过中控Web管理平台查询展项相关的信息，包括历史运行记录、备件存量、故障日志等。

(8)整个中控都是基于无线局域网来运行，因此需要为科技馆进行无死角无线网络覆盖，保证中控系统稳定运行。

4.3.3 软件功能架构

该中控软件共分为四个软件，客户端中控程序/APP中控程序、服务端程序、网络节点配置Web程序、Wi-Fi控制模块程序，其具体功能如下：

设计原则：易扩展，方便维护，运行稳定。

图2

图3

4.3.4 软件技术

4.3.4.1 平台架构

中控系统中的所有子系统主机采用分布式管理技术，通过物联网、局域网、万维网与中央主机连接，构成离散型网络拓扑结构。系统采用分布式CS与BS两种程序架构，后台数据库服务端采用大型数据库，中间件使用MQTT通信技术，客户端采用小程序、H5、APP和浏览器的方式，用户能够在统一的操作平台界面通过简单的操作完成对各种设备子系统的监控。

数据库采用mysql，存储容量大，并支持多用户并发操作数据，数据库的安全性高，有安全密码设置，数据以基础编码方式存储。查询速度快，保证系统流畅、数据存储的安全。

4.3.4.2 开发工具

采用html、JavaScript、PHP、C#等开发语言开，开发速度快、稳定、容易维护。采用PHP、Apache服务器开发查询系统(BS架构)，PHP是目前最主流的开发环境，目前大部分系统都采用PHP来开发，系统的扩展性、延续性非常优秀，维护特别方便。

4.3.4.3 系统模块设计

(1)中控服务端。集中管理所有Wi-Fi模块，控制Wi-Fi模块开合关闭，获取Wi-Fi模块当前的状态，通知和接受客户端和PC端发过来的指令。将展项故障信息直接下发至管理人员短信、微信等。此软件是整个中控软件大脑。

(2)中控网络节点配置Web程序。集中管理所有的Wi-Fi设备，做好相应的接口，供中控服务端和客户端调用。

(3)中控客户端。一键开机和关机，每个展项开机，每个区域开机，可以语音控制，所有的配置信息从中控Web管理平台中获取，可查看展项的运行状态。

(4)Wi-Fi控制模块程序。接受中控服务端发过来的关机命令，并关闭电脑；检测展项电脑网络是否正常；监测前端展项的运行状态，故障报警，通断控制，用电展项的供电电压、电流等数据的实时采集监控。

5 研究结论

科技馆的智能化中控系统需要充分考虑科技馆所涉及的各类设备及特点，利用网络迅速发展的优势，运用Web技术与Wi-Fi技术，对馆内展项设备进行智能化大数据的分析，将设备运行状态和数据以图形化方式，直观地呈现在用户操作界面上。

我们所设计的智能化中控系统的特点如下：

(1)多种访问系统的方式：在终端电脑主机上打开Web浏览器访问系统；手机上安装APP访问系统；还可以使用iPad等移动设备，安装APP访问系统。

(2)增加移动设备的访问功能，可以为展厅和管理员配备平板电脑，或者使用管理员自己的普通手机，成本低廉且使用方便。

(3)可以实现远程控制场馆内照明和设备的统一管理，可一键式开关机和照明；可分展厅、分区域管理照明和设备；也可单独对指定照明和展项设备进行管理。

(4)可实现数据自动统计与存储管理及信息自动推送。

(5)增加展品维保信息数据统计分析功能。

(6)系统可以在科技馆展厅规划初期设计时介入，也可以在展厅已经投入使用后期改造时介入。如果在规划初期设计时介入，可以设计有线网络和无线网络同时接入，系统支持同时使用有线和无线方式进行控制和数据采集；如果在后期改造时介入，不具备有线网络条件时，可以全部采用无线网络连接，在展厅内安装无线AP，覆盖整个展厅。