智能控制系統(tǒng)在科技館中的應(yīng)用

摘 要 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，智能控制系統(tǒng)在科技館中得到了廣泛的應(yīng)用。通過介紹濰坊市科技館的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)有利于全方位掌控場館運(yùn)行，提高了全館的工作效率，并保障了科技館的安全。

關(guān)鍵詞 科技館 智能控制系統(tǒng) 運(yùn)行管理

0 引言

近年來，國內(nèi)科技館如雨后春筍般興起，這是社會生活水平提高的一大表現(xiàn)。雖然與國外相比還有相當(dāng)?shù)牟罹?，但是我們的科普工作者不斷前進(jìn)，集思廣益、開拓創(chuàng)新，以新思路、新理念努力提升科技館的管理水平。

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，智能控制系統(tǒng)在科技館中得到了廣泛的應(yīng)用。智能控制系統(tǒng)不僅可以減輕科技館工作人員的負(fù)擔(dān)，而且向觀眾展示了新技術(shù)在社會生活中的應(yīng)用，讓人們能夠近距離接觸前沿科學(xué)，感受其所帶來的便利。

濰坊市科技館較早引入智能控制系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)五大功能：設(shè)備管理、燈光控制、展項(xiàng)更新、實(shí)時監(jiān)控和應(yīng)急疏散。這些功能的操作終端是電腦、手機(jī)、iPad等智能設(shè)備，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接至控制系統(tǒng)的服務(wù)器。服務(wù)器是整個控制系統(tǒng)的大腦，通過采集便攜式終端發(fā)出的各種命令，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，向場館設(shè)備發(fā)出相應(yīng)指令，實(shí)現(xiàn)各種功能。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

1.1 服務(wù)器端

操作系統(tǒng)采用Windows Server 2008，以其穩(wěn)定的性能支撐對場館的不間斷服務(wù)。同時，采用My SQL作為核心數(shù)據(jù)庫。主服務(wù)器上運(yùn)行特定的控制程序，并擴(kuò)展部署在不同的分支服務(wù)器上，與主服務(wù)器一起形成分布式的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，通過不斷循環(huán)的多線程事件響應(yīng)機(jī)制處理各種服務(wù)請求。

在主服務(wù)程序之上，該系統(tǒng)還擁有五大模塊，用于完成整個場館的管理任務(wù)。（1）XML規(guī)則解析模塊：用于讀取并解析由XML語言編寫的各種指令，并轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則。在本系統(tǒng)中，XML語言作為核心編程工具，用于編寫各種驅(qū)動事件、控制指令、篩選條件等。（2）信號轉(zhuǎn)換模塊：便于高效處理不同的接口數(shù)據(jù)。在眾多設(shè)備中，控制信號需要在RS232、RS485標(biāo)準(zhǔn)、SOCKET、DMX512協(xié)議以及ASCII、HEX編碼中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（3）燈光服務(wù)模塊：以不同的控制協(xié)議對各種燈光設(shè)備發(fā)送控制信號。（4）展項(xiàng)內(nèi)容更新模塊：針對部分展項(xiàng)，用于遠(yuǎn)程更新展項(xiàng)的多媒體內(nèi)容，例如視頻、音頻等。（5）應(yīng)急疏散模塊：結(jié)合展項(xiàng)計(jì)算機(jī)的被控端，在各種災(zāi)害發(fā)生時，實(shí)現(xiàn)緊急狀態(tài)下的疏散信息發(fā)布。

1.2 被控端

各展項(xiàng)計(jì)算機(jī)安裝被控端軟件，通過特殊的控制協(xié)議與服務(wù)器端連接，當(dāng)服務(wù)器端接收到相關(guān)控制命令后，直接通過TCP/UDP協(xié)議發(fā)送到被控端，被控端軟件及時作出響應(yīng)。

1.3 控制端

通過運(yùn)行控制系統(tǒng)App或網(wǎng)絡(luò)瀏覽器連接主服務(wù)器，即可完成對場館的所有控制功能。例如電腦、手機(jī)、iPad等智能設(shè)備都能夠勝任控制端的工作?？刂贫塑浖系目刂品旨壏浅Ｔ敿?xì)、實(shí)用，且易于理解學(xué)習(xí)。

1.4 綜合布線

智能控制系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)在科技館的主體施工階段中介入，此時整個系統(tǒng)可與主體建筑融為一體。建設(shè)所用網(wǎng)線為六類屏蔽網(wǎng)線，每個樓層根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，埋管穿線之后，預(yù)制在地面之中。即使某個展項(xiàng)目前不能使用控制系統(tǒng)，也預(yù)留了網(wǎng)線接頭，以備日后展項(xiàng)改造之用。

在具體施工中遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）管線敷設(shè)。采用地槽或墻槽時，所有的電纜在地板下可靈活布放，并應(yīng)順直無扭絞，在引入機(jī)架式服務(wù)器和控制臺處還應(yīng)成捆綁扎。從機(jī)架式服務(wù)器、控制臺底部引入電纜，順著所盤方向理直，按排列次序放入槽內(nèi)，拐彎處應(yīng)符合曲率半徑的要求。電纜離開機(jī)架式服務(wù)器和控制臺時，在距離彎點(diǎn)10 mm處捆綁，根據(jù)電纜的數(shù)量每間隔100～200 mm空綁一次。每一組管線都要預(yù)留至少一條備用線路。（2）設(shè)備安裝。嚴(yán)格按照施工圖紙，如果沒有特殊原因，施工中不能隨意變更。根據(jù)現(xiàn)場踏勘和以往經(jīng)驗(yàn)規(guī)劃設(shè)備的點(diǎn)位，合理安排各層交換機(jī)、路由器、無線AP等設(shè)備的存放位置。各個前端設(shè)備在安裝前要進(jìn)行檢查。（3）電力工程。強(qiáng)電布線時應(yīng)對每層的服務(wù)器單獨(dú)提供一條回路供電，其線路不可與其他展項(xiàng)設(shè)備共用。弱電照明系統(tǒng)中，應(yīng)在每條燈光回路中預(yù)留出控制線路。

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)備管理

智能控制系統(tǒng)通過中央服務(wù)器，結(jié)合不同的信號轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射器、接收器，搭配核心控制軟件，對整個場館中的計(jì)算機(jī)、顯示屏、LED屏、投影等電子設(shè)備，進(jìn)行整體、分樓層、分展區(qū)、分展項(xiàng)等多層級控制（見圖1）。通過兼容XML文件可以對控制指令進(jìn)行集中編程，以事件機(jī)制對特定狀況進(jìn)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)所有展項(xiàng)在正常模式下的開啟和關(guān)閉。此外，智能控制系統(tǒng)還可以對場館設(shè)備的能源消耗進(jìn)行綜合管理，在觀眾不多的情況下自動切換到節(jié)能模式，使場館進(jìn)入低能耗運(yùn)行狀態(tài)。節(jié)能模式分為低、中、高三種：低節(jié)能模式關(guān)閉部分照明；中節(jié)能模式關(guān)閉部分照明和所有投影；高節(jié)能模式關(guān)閉部分照明、所有投影和所有LED屏幕。這樣既避免了過度損耗，又保護(hù)了場館設(shè)備。

2.2 燈光控制

如圖2所示，智能控制系統(tǒng)通過TCP協(xié)議轉(zhuǎn)化為RS232標(biāo)準(zhǔn)，同時兼容DMX512協(xié)議，利用可控硅、繼電器等方式對場館所有展區(qū)內(nèi)的燈光設(shè)備進(jìn)行智能開關(guān)控制管理，并借助中央控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)采集、多個回路的集中控制。

2.3 展項(xiàng)更新

智能控制系統(tǒng)內(nèi)置自定義控制協(xié)議，通過服務(wù)器端、被控端的連接，可以控制展項(xiàng)設(shè)備，如音量大小、視頻播放等。另外，智能控制系統(tǒng)的服務(wù)器端、被控端集成了內(nèi)部文件傳輸協(xié)議（基于TCP協(xié)議），可在局域網(wǎng)、光域網(wǎng)內(nèi)高速傳輸。在整個場館計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)儲存設(shè)備接入控制系統(tǒng)局域網(wǎng)的情況下，通過服務(wù)器端可以實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)展項(xiàng)的多媒體內(nèi)容、程序的更新與更換。

此外，智能控制系統(tǒng)內(nèi)置媒體發(fā)布平臺和媒體播放器，可以控制市面上大多數(shù)的播放軟件，對場館LED屏幕的媒體內(nèi)容進(jìn)行智能化管理，實(shí)現(xiàn)后臺編輯、定時播放、快速切換、和遠(yuǎn)程更新等功能。

2.4 實(shí)時監(jiān)控

智能控制系統(tǒng)可以通過控制協(xié)議，實(shí)時監(jiān)測展項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。對于展項(xiàng)計(jì)算機(jī)，被控端軟件會實(shí)時檢測其操作系統(tǒng)，遇到異常狀況及時作出反饋，提醒工作人員進(jìn)行恢復(fù)。對于投影儀、電視等電子設(shè)備，控制系統(tǒng)可以接駁產(chǎn)品自身的自檢系統(tǒng)，實(shí)時獲取運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)，同時每天記錄運(yùn)行日志，并發(fā)送給指定的電子信箱。

如圖3所示，智能控制系統(tǒng)外掛了無線網(wǎng)絡(luò)攝像頭，實(shí)現(xiàn)對場館的視頻監(jiān)控，通過移動終端設(shè)備查看各個展項(xiàng)，并且影像可以實(shí)時傳送至服務(wù)器硬盤中進(jìn)行存儲備份。

如圖4所示，智能控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)直播功能，并在大屏幕上進(jìn)行轉(zhuǎn)播，所錄制的內(nèi)容會自動存盤。

2.5 應(yīng)急疏散

智能控制系統(tǒng)在被控端預(yù)制好固定的緊急疏散方案，如方向圖標(biāo)、文字及聲音。當(dāng)場館內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)等緊急情況時，服務(wù)器會在接收指令后，發(fā)送給每一臺展項(xiàng)計(jì)算機(jī)，由被控端軟件接收到信號后，將所有屏幕的顯示內(nèi)容強(qiáng)行切換。同時，LED屏幕會出現(xiàn)“請有序疏散”的字樣，并發(fā)出警報。經(jīng)過此處的觀眾，看到屏幕上的指示后，就能更快找到疏散路線，起到有效疏導(dǎo)人群的作用。

3 潛力挖掘

（1）對全部帶電設(shè)備加以控制：可以在所有帶電展項(xiàng)的電源線入口處增設(shè)電源繼電器，這樣即使那些沒有用到計(jì)算機(jī)的展項(xiàng)也可以在閉館期間徹底斷電，防止設(shè)備中一些器件帶電而造成安全隱患。如此便可以減少電器火災(zāi)的可能性，進(jìn)一步增加場館的安全性，也提高了電子器件的使用壽命。

（2）對各個展項(xiàng)的運(yùn)行狀況（溫度、濕度、故障等）進(jìn)行監(jiān)控：在軟件方面，在服務(wù)器增設(shè)傳感器采集模塊，以實(shí)現(xiàn)各種傳感器的大批量數(shù)據(jù)采集，并篩選符合XML文件中指定條件的信號作為分析依據(jù)。在硬件方面，在每個展區(qū)內(nèi)封閉空間的合適位置，如電氣柜或裝有電氣設(shè)備的封閉箱體內(nèi)，安裝溫度、濕度、煙霧傳感器，并將檢測的信號實(shí)時傳輸?shù)街鞣?wù)器，經(jīng)過分析計(jì)算再由服務(wù)器發(fā)送到手持終端，并以形象的圖像形式顯示出來。

（3）對計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測：當(dāng)計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行時，通過軟件控制，以一定的頻率由電腦主動發(fā)出脈沖信號給主服務(wù)器，服務(wù)器再發(fā)送運(yùn)行正常的指令給手持終端；當(dāng)電腦出現(xiàn)死機(jī)時，此脈沖信號便停止發(fā)送，服務(wù)器在沒有收到正常信號的情況下便向手持終端發(fā)送故障報告，以通知技術(shù)人員及時維護(hù)。

4 結(jié)語

綜上所述，智能控制系統(tǒng)在科技館中得到了廣泛的應(yīng)用，既可以作為一項(xiàng)工具使用，也可以作為一件展項(xiàng)展示。一方面有利于科技館工作人員對場館運(yùn)行的把控，另一方面有助于系統(tǒng)演示高新技術(shù)，讓觀眾切實(shí)體驗(yàn)智能控制系統(tǒng)的便捷，激發(fā)人們對未來生活智能化發(fā)展的探索熱情，推動并爭取實(shí)現(xiàn)智慧家庭、智慧城市、智慧中國！

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（2018-01-22收稿，2018-04-11修回）

作者簡介：宋景東（1963—），男，高級工程師，主要從事科技館技術(shù)管理工作，E-mail： wfkxsjd@163.com。