高校新型電子器材管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

肖易山　章圣威　王贊　陳嘉祥

摘要：高校的電工電子實(shí)驗(yàn)中心是高校電子類相關(guān)專業(yè)學(xué)生最主要的實(shí)踐基地，牽涉學(xué)生數(shù)量眾多，所用到的各種芯片器材數(shù)量眾多。本著節(jié)約辦學(xué)和循環(huán)利用的宗旨，有必要對(duì)這些器材進(jìn)行有序的管理、綜合利用。文章介紹了一種新型電子器材管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生可以自由地查詢和取用各種器材芯片，節(jié)約了人力，加快了辦事效率。

關(guān)鍵詞：電子器材；管理系統(tǒng)；高校

1.芯片器材管理背景概述

在各大高校的電工電子實(shí)踐中心中，器材的應(yīng)用十分廣泛而且需求量比較大，以芯片為代表的器材更是需求巨大。在課程設(shè)計(jì)或者電路實(shí)驗(yàn)中，往往有學(xué)生操作不當(dāng)從而導(dǎo)致器材的損壞。以前總是通過人工發(fā)放，當(dāng)需要器材時(shí)，不得不通過實(shí)驗(yàn)中心的老師給予。這樣做的弊端是在工作時(shí)間之外，想要實(shí)驗(yàn)的學(xué)生沒有器材使用，往往不得不擱置實(shí)驗(yàn)。而且普通的記錄方式也使得工作量巨大，容易出錯(cuò)。所以筆者設(shè)計(jì)了一種新型的電子器材管理系統(tǒng)，類似于無人售賣機(jī)，可以自給自足，只需在里面添加足夠的芯片。而為了老師方便管理，還有數(shù)據(jù)庫作為支撐，所以老師可以不用待在辦公室也可以掌握器材的動(dòng)態(tài)。不僅方便老師管理，更有利于學(xué)生使用。

2.新型電子器材管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

2.1軟件部分設(shè)計(jì)

器材管理系統(tǒng)軟件部分使用MSP430，數(shù)據(jù)庫使用SQLServer，而信息則使用TC35芯片。管理內(nèi)容包括信息管理，出入柜管理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢等功能。如圖1所示。

信息管理包括器材信息，并且可以將使用情況發(fā)送給管理者。出入庫管理包括入庫、出庫，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)包括入庫數(shù)量統(tǒng)計(jì)、出庫數(shù)量統(tǒng)計(jì)、剩余數(shù)量統(tǒng)計(jì)等。

在器材出入管理中，當(dāng)學(xué)生輸入數(shù)量，能否出來對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)才是思考的重點(diǎn)。在控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)使用非常廣泛。由于利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)具有控制成本低，使用靈活等特點(diǎn)，所以引起了人們的重視。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將格脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)那脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合單片機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)。不僅電機(jī)區(qū)別于其他電機(jī)的最大特點(diǎn)是：它是通過輸入脈沖信號(hào)來控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送不同的控制信號(hào)就可以控制步進(jìn)電機(jī)的不同的動(dòng)作，這樣可以準(zhǔn)確地控制個(gè)數(shù)。

通過單片機(jī)筆者還設(shè)計(jì)了電機(jī)的自動(dòng)復(fù)位功能，不管是使用完之后可以自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)管理員想添加過減少芯片的數(shù)量，可以通過自動(dòng)復(fù)位建將數(shù)據(jù)清空，從而回到初始狀態(tài)。

對(duì)于器材使用的數(shù)量不夠或者達(dá)到某種條件，可以通過TC35通知管理者。這就是信息管理。使用TC35收發(fā)短信息，用戶必須準(zhǔn)備一張已開通短信息服務(wù)SIM卡，并將其插入MC2002之TC35擴(kuò)展模塊SIM卡座中或TC35T的SIM卡座中。本設(shè)計(jì)采用通過單片機(jī)控制TC35，只需設(shè)計(jì)一個(gè)TTL轉(zhuǎn)RS232電平電路，連接到MCU和UART口，另一端直接連接到TC35。

2.2硬件部分設(shè)計(jì)

為了方便學(xué)生取用器件，減少人工工作量，筆者設(shè)計(jì)了器材自動(dòng)取用柜，先判斷是否有需要的器材；如果有，輸入需要的數(shù)量，器材會(huì)自動(dòng)被電機(jī)推出，不用人工實(shí)時(shí)記錄，且不受時(shí)間限制，管理變得十分高效。

器材自動(dòng)取用柜以MSP430為控制核心，通過控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)器材的自動(dòng)取用。由于MSP430的工作電壓只有5 v，所以需要通過驅(qū)動(dòng)來控制電機(jī)，如圖2所示。

為了簡單起見，直接使用MSP430上的I/O接口，而版面的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊也可以直接使用。例如P41，P42。而需要注意的是，當(dāng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)的工作電壓連接在一起時(shí)，提供的電壓也需要增加，否則電機(jī)將轉(zhuǎn)動(dòng)不了。

參照于現(xiàn)在很多使用的無人售賣機(jī)，醫(yī)院里的藥片管理柜。本次設(shè)計(jì)的器材自動(dòng)取用柜由多個(gè)小管組成。每個(gè)管中存放一種類型的器件，并懸浮在電機(jī)上。當(dāng)輸入某一種器件的數(shù)量后，對(duì)應(yīng)柜中的電機(jī)開始啟動(dòng)，通過連接于電機(jī)上的推動(dòng)裝置，推動(dòng)管中的芯片，輸出對(duì)應(yīng)數(shù)量的器件，然后由學(xué)生取走，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

當(dāng)使用的數(shù)量不夠時(shí)，需要指示燈來提示學(xué)生，類似于現(xiàn)在的自動(dòng)售賣機(jī)。該設(shè)計(jì)采取的是MSP430控制的LED燈，當(dāng)數(shù)量不夠時(shí)，電機(jī)自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)LED亮起。同時(shí)TC35像管理員發(fā)送信息，通知添加數(shù)量。需要注意的是LED燈和控制電機(jī)時(shí)的接口不能一樣，否則會(huì)出現(xiàn)沖突。當(dāng)器材的數(shù)量變多時(shí)，可以采用多驅(qū)動(dòng)器，這樣可以控制更多的電機(jī)從而控制器材。

學(xué)生取用器材流程為：學(xué)生查詢器材信息-查詢到有庫存則輸入需要數(shù)量-自動(dòng)取用柜輸出相應(yīng)數(shù)量器材-學(xué)生取走器材。

3.結(jié)語

這是基于MSP430的一種新型器材管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，事實(shí)上實(shí)際應(yīng)用也很需要這種裝置。在周末或者工作時(shí)間之外，那些需要使用器材的學(xué)生有了實(shí)踐的動(dòng)力。學(xué)生可以選擇需要的數(shù)量和種類，自行取用，管理起來也變得輕松許多。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者考慮還可以添加一些遠(yuǎn)程服務(wù)，例如控制芯片輸出的個(gè)數(shù)，或者是將使用信息能夠準(zhǔn)確地在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更精確、安全、高效率的管理，更好地服務(wù)于學(xué)生與老師。