共享实验仪器的电源控制方法和电源控制系统与流程

本发明涉及共享实验仪器的电源控制方法和电源控制系统。

背景技术：

随着高校科研投入的不断增多，仪器设备数量快速增长，如何管好用好这样庞大的资产，是一项艰巨的任务。目前实验室面临着多种设备管理问题，比如：

管理人员不足：大型仪器数量不断增加，仪器的存放位置也愈加分散，管理人员不足的问题愈加凸显；

缺乏有效的共享机制：目前实验室没有网络预约平台，需要管理员进行人工预约，无法保证高质量的对外开放服务；

收费困难：由于贵重仪器的价值不同，所属组织机构不同，制定的收费标准也难以统一，计费方式的复杂多样导致了使用收费非常困难；

仪器出现故障难以问责：大部分仪器使用记录还停留在纸质表单记录，设备使用情况的统计无法做到自动的准确收集，非预约或未经培训的用户使用仪器的情况时有发生，出现故障时无法溯源，难以问责；

绩效考核数据收集繁琐：使用机时、共享率、培训人数、科研成果、设备完好率等仪器绩效考核数据定期需要向管理部门上报，设备管理员往往需要花费大量的时间来收集每台仪器的使用记录，手工填写相关数据，不仅增加人工和时间成本，得到的数据也缺乏客观性和准确性。

针对上述实际问题，本申请人研发了大型仪器共享管理系统，该系统主要由门禁系统、具备刷卡功能并与共享实验仪器的PC信号连接的实验管理终端、对实验仪器的电源进行控制的电源控制箱构成，或者主要由具备刷卡功能并与共享实验仪器的PC信号连接的实验管理终端构成，具备公共仪器共享、预约、授权、监控、计费和考核等功能，通过对公共仪器的开放使用进行监管与保护，避免仪器闲置和重复购置，使公共实验资源得到充分合理利用。

目前，电源控制器的功能比较单一，在试验结束后即对共享实验仪器进行电源关断，无法满足实验仪器的电源通断和实验过程不同步的需要。

技术实现要素：

为解决现有技术中的一个或多个问题，本发明的目的在于提供一种共享实验仪器的电源控制方法，以满足试验仪器的电源通断和实验过程不同步的需要。

本发明的目的还在于提供一种共享实验仪器的电源控制系统，以满足试验仪器的电源通断和实验过程不同步的需要。

为此，本发明一方面提供了一种共享实验仪器的电源控制方法，利用电源控制箱和实验管理终端来控制共享实验仪器的电源通断，所述电源控制方法包括以下步骤：根据共享实验仪器自身的特性配置电源控制策略，其中，所述电源控制策略包括设定关机电流值、延时关机时间和提前开机时间；利用电流检测器对所述共享实验仪器的工作电流进行实时检测，并提供给所述电源控制箱的控制器；利用所述控制器根据检测到的工作电流、所述实验管理终端的指令和所述电源控制策略对所述共享实验仪器的电源开启和关断进行判断；以及根据判断结果控制电磁继电器的接通状态，以实现电源开启控制和电源关断控制。

进一步地，上述电源关断控制包括在接收到所述实验管理终端的电源关断指令并且在所述共享实验仪器的工作电流小于所述关机电流值时关断所述共享实验仪器的电源。

进一步地，上述当所述共享实验仪器的工作电流小于所述关机电流值时，由所述电源控制箱的控制器提供给所述实验管理终端，所述实验管理终端据此给出所述电源关断指令。

进一步地，上述电源开启控制包括根据所述实验管理终端提供的预约时间和所述提前开机时间控制所述共享实验仪器的电源开启时间。

进一步地，上述电源控制方法还包括在所述共享实验仪器的实验过程中当工作电流大于设定上限时向所述实验管理终端报告提醒的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种共享实验仪器的电源控制系统，包括电源控制箱和实验管理终端，其特征在于，所述电源控制箱包括控制器、电流检测器、空气负载开关、插座、直流电源和电磁继电器，其中，所述直流电源用于向所述控制器和所述电流检测器供电，所述电流检测器用于将检测到的检测电流输入所述控制器，所述控制器与所述电磁继电器控制连接，其中，所述控制器用于根据检测到的工作电流、所述实验管理终端的指令和电源控制策略对共享实验仪器进行电源开启控制和电源关断控制。

进一步地，上述电源控制系统还包括与所述控制器电连接的工作指示灯、故障指示灯、以及蜂鸣器。

进一步地，上述电源控制系统还包括用于外接电源插头的接线端子排。

进一步地，上述直流电源用于向所述实验管理终端供电，所述控制器通过UART接口与所述实验管理终端串行通信。

进一步地，上述电源控制系统控制器根据所述实验管理终端的GPIO口输出的电压高低状态来监测所述实验管理终端和所述控制器之间的连接状态。

与现有技术的电源控制箱仅根据实验室终端的指令来控制共享实验仪器的电流通断相比，在本发明的控制系统和控制方法中，还综合考虑共享实验仪器本身使用电源的特点，通过配置电源控制策略来控制电源通断，因而更切合共享实验仪器本身的用电规律，满足了实验开始、结束时刻与共享实验仪器的电源通断不同步的需要。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的用于共享实验仪器的电源控制系统的结构框图；

图2是根据本发明一实施例的用于共享实验仪器的电源控制系统的电源控制箱的控制器的控制架构图；

图3是根据本发明一实施例的共享实验仪器的电源控制方法的流程图；以及

图4是根据本发明一实施例的共享实验仪器的电源控制系统中的电源控制箱的接线图。

附图标记说明

100、实验管理终端； 200、电源控制箱；

300、共享实验仪器； 11、控制器；

12、电流检测器； 13、空气负载开关；

14、插座； 15、直流电源；

16、电磁继电器； 17、工作指示灯；

18、故障指示灯； 19、蜂鸣器；

21、接线端子排； 22、接地桩。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1至图4示出了根据本发明的一些实施例。

如图1所示，电源控制系统包括实验管理终端100和电源控制箱200，其中，电源控制箱200用于向共享实验仪器300配电，还向实验管理终端提供12V工作电源。电源控制箱200的控制器通过RS232和UART协议与实验管理终端进行通信，并且通过实验管理终端的GPIO口输出的电压高低状态来监测实验管理终端和电源控制箱之间的连接状态，在连接丢失时予以标识。

如图2所示，电源控制箱100的控制器的控制架构如下：

该控制器的处理器优选采用意法半导体STM32处理器，最大主频72MHz。电流检测器的输出电连接至处理器的ADC通道，用于将采集到的电流提供给处理器。

蜂鸣器电连接至处理器的PWM输出接口，实验管理终端的GPIO接口的电压信号提供给处理器，该处理器在检测到实验管理终端连接丢失时，通过声光报警告知实验室管理员当前电源控制箱和实验管理终端之间的连接状态异常。

处理器的一路GPIO输出端口(General-Purpose Input/Output Ports、通用I/O端口)用于连接电磁继电器，由该电磁继电器直接控制共享实验仪器的电源的通断。处理器的另一些GPIO输出端口用于连接指示灯，这些指示灯可以包括工作指示灯(指示电箱220V电源输入，灯亮标识输入正常)、故障指示灯(当电箱检测到智能终端和电箱之间的连接状态位丢失后开启)、仪器指示灯(指示电磁继电器处于接通状态)。

如图3所示，共享实验仪器的电源控制方法，利用电源控制箱和实验管理终端来控制共享实验仪器的电源通断，包括以下步骤：

配置步骤S11：根据共享实验仪器自身的特性配置电源控制策略，其中，电源控制策略的配置包括设定关机电流值、延时关机时间和提前开机时间；

检测步骤S13：利用电流检测器对所述共享实验仪器的工作电流进行实时检测，并提供给所述电源控制箱的控制器；

处理步骤S15：利用所述控制器根据检测到的工作电流、所述实验管理终端的指令和所述电源控制策略对所述共享实验仪器的电源开启和关断进行判断；以及

执行步骤S17：根据判断结果控制电磁继电器的接通状态，以实现电源开启控制和电源关断控制。

其中，所述电源开启控制包括根据所述实验管理终端提供的预约实验时间和提前开机时间控制电源开启时间，所述电源关断控制包括在接收到电源关断指令并且检测到的所述共享实验仪器的电流值小于关机设定电流值时控制电源关断。

在一实施例中，当电源控制箱负载的仪器工作电流小于设定值时(例如100mA)，该信息提供给实验管理终端，实验管理终端提供电源关断指令，电源控制箱根据电源关断指令和检测到的实施电流值，延迟设定时间例如20秒断开电磁继电器，并且将关断确认信息提供给实验管理终端。若在实验结束后的设定时间内实验管理终端未接收到仪器工作电流小于设定值的信息，则提示实验室管理员存在关机故障。

在本发明的电源关断控制中，先检测共享仪器当前的电流消耗情况，在仪器仍有电流消耗时不直接关闭仪器电源，而是等待仪器工作电流小于设定值或者直接为零时再切断电源，从而避免在仪器工作时直接断电操作对仪器造成损伤。

本发明通过实验管理终端对电源控制箱的控制器进行控制，再利用控制器根据电源控制策略和共享实验仪器的工作电流值对电磁继电器进行控制，进而可以实现对共享实验仪器供电电源的不同步切断和打开功能，从而切合共享实验仪器的用电规律。例如，先于预约时间打开共享实验仪器的电源，进入预热状态。

结合参照图2和图4，共享实验仪器的电源控制系统包括实验管理终端100和电源控制箱200，所述电源控制箱包括控制器11、电流检测器12、空气负载开关13、插座14、直流电源15和电磁继电器16。

其中，所述直流电源15用于向所述控制器11和所述电流检测器12供电，所述电流检测器12用于将检测到的工作电流输入所述控制器11，所述控制器11与所述电磁继电器16控制连接，其中，所述控制器11用于根据检测到的工作电流、实验管理终端100的指令和所述电源控制策略对共享实验仪器进行电源开启控制和电源关断控制。

其中，电源控制箱200还包括工作指示灯17、故障指示灯18、以及蜂鸣器19。该工作指示灯17、故障指示灯18、以及蜂鸣器19分别与控制器11的一路GPIO端口连接，由控制器控制其运行状态。

上述直流电源15还用于向所述实验管理终端100供电，所述控制器11通过UART接口与所述实验管理终端串行通信，并且通过实验管理终端100的GPIO口输出的电压高低状态来监测所述实验管理终端100和控制器11之间的连接状态。

在一实施例中，上述电源控制系统的接线方式如下：外部电源插头电连接至接线端子排21，由接线端子排21分配三路导线(L相线、N相线和E相线)，其中，L相线的第一分支在经过电流检测器12的检测通孔后接入空气负载开关13、再由空气负载开关13进入电磁继电器16、再由电磁继电器16接入插座14的L相，共享实验仪器的电源插头与插座14配合。L相线的第二分支直接接入直流电源15。E相线直接接入插座14的E相，并连接至接地桩22。N相线直接接入插座14的L相和直流电源15的L相。直流电源15分别向电流检测器12和控制器11供电。

在一优选实施例中，电流检测器、空气负载开关、插座、直流电源和电磁继电器均为模数化器件，采用插轨安装方式。各模数化器件的选型如下：模数化插座选型为AC330-122，直流电源选型为DR-15-12，空气负载开关选型为DZ47-60，电磁继电器选型为JQX-13F，电流检测器选型为WBI-224F21。上述器件可以通过市购获得，在此不作赘述。

与现有技术的控制器仅根据实验室终端的指令来控制共享实验仪器的电流通断相比，在本发明的控制系统和控制方法中，还综合考虑共享实验仪器本身使用电源的特点来控制电源通断，更切合共享实验仪器本身的用电要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。