基于校园一卡通平台的集中式电控系统设计及应用

文章出处：http://www.singbon.com 作者：龚福和 ，盛其杰 ，段渭军   人气： 发表时间：2011年11月17日

    一 、概述 

    随着时代的进步，高校学生公寓用电管理出现个性化发展趋势。摒弃旧的用电管理模式，采用现代管理理念和技术从根本上满足个性化需求已显得十分迫切。校园一卡通系统是数字校园的基础性工程，旨在为广大师生员工的教学、科研和生活提供方便、快捷的电子化服务，从根本上实现“一卡在手，走遍校园”的设想。随着校园一卡通应用领域的不断推广，将公寓用电管理纳入一卡通系统，不仅实现了用电管理智能化，而且对建设节约型校园有十分积极的促进作用。 

    二、校园一卡通系统及传统学生公寓用电管理现状 

    1．校园一卡通系统基本框架 

    校园一卡通系统构建于数字校园的统一身份认证、中央共享数据库、统一信息门户等基础平台之上，支撑学校教学、科研、管理和生活开展的应用系统。它与学校其他业务管理信息系统紧密结合，实现数据共享和交换，是数字化校园的重要信息采集网络，能够为学校决策层提供实时可靠的基础信息。其系统框架如图1所示。

图1 校园一卡通系统基本框架

    由此可见．校园一卡通系统在学校的各个方面得到了广泛应用。特别是一卡通系统的消费管理和身份认证模式．已成为高校日常管理的主要手段。因此以卡为媒介．基于校园一卡通系统平台，开展学生公寓用电计量计费管理在技术上是可行的。 

    2．传统学生公寓用电管理现状 

    高校学生公寓用电大多实行粗放式管理。由于缺乏有效的管理手段，用电浪费大、安全隐患多等问题突显。随着学生对学习和生活环境要求的提高，用电需求多样化并呈现个性化发展。简单的开放式用电管理不仅使学校难以承受巨大的开支，学生的个性化需求也得不到满足。 

    为了解决这种矛盾，部分高校开始在公寓用电管理方面引入了IC卡用电管理系统，以实现用电管理的计量化。但是该系统独立于学校数字校园基础平台之外，不能与学校的业务系统无缝对接，不能实现学校层面的数据共享．难以为学校提供实时可靠的数据信息。形成了又一个校园信息孤岛。 

    三、基于校园一卡通平台的集中式电控系统设计 

    1．校园一卡通扩展应用的开发模式 

    为了便于对其他应用系统的集成，校园一卡通平台采用通用接口与学校现有的各种系统实现无缝对接，其系统的开发模式如图2所示。 

    进行系统集成时只需开发相应的同步程序。该同步程序调用相应的DLL动态库，定期从一卡通数据中心下载黑白名单。该黑白名单信息和数字校园基础平台相关信息进行融合建立一卡通扩展应用的身份识别基础身份信息库。通过定期运行同步程序，来更新身份识别基础身份库，实现黑白名单的更新，为前端应用程序实现对身份认证提供有效的信息保障。前端应用程序在设计时，考虑在需要查询输入条件的时候，通过校园卡的ID号来实现对该系统应用相关信息的调用。程序通过将校园卡ID号 

图2 校园一卡通扩展应用的开发模式 

    发送到身份识别基础身份库，来验证该校园卡的有效性。如果有效则会将应用程序所需的身份信息返回到应用程序。如果在黑名单中，则将会在应用程序调用界面中报告相关错误。在安装应用程序的计算机上安装通用射频读卡器，学生在使用该系统时通过刷卡即可实现相应的本地应用。 

    2．系统总体架构设计 

    集中式电控系统与校园一卡通平台采用第三方系统接口实现无缝对接。集中式电控系统硬件由电控系统服务器、电控单元管理机、电控单元三大部分组成；软件系统则包括电控系统管理软件、电控系统数据库软件，电控单元管理机应用与控制软件。基于校园一卡通系统的集中式电控系统的架构如图3所示。

图3 基于校园一卡通平台的集中式电控系统构架 

    

    3．硬件系统设计 

    根据公寓用电管理的特点．硬件控制系统采用集中式控制，每间宿舍采用一路供电，独立分配一个电量计量模块；对每层楼设置一个电控箱，各控制部件集中安装在楼层电控箱中，硬件控制系统如图4所示。

图4 硬件控制系统 

    计量电控单元通过数据线与中继板相连，是一个有电能计量控制功能的单元装置：中继板与主板相连．向各计量控制单元传达命令并进行地址解析：电源板向主板、中继板、显示板等控制电路部分提供工作电源；主板负责传达电控管理机动作命令，通过中继板采集、存储各计量控电单元的用电量和当前控电状态：显示板与主板相连．用以显示各计量控电单元用电状态及用电量；电控管理机存储电控管理服务器下达的信息．通过RS485通讯线与电控单元连接，下达控制命令，从各个电控单元中采集、存储电能并上传给电控管理服务器；电控管理服务器是一台安装了电控管理软件的计算机，它用于系统数据的管理与控制。 

    4．软件功能设计 

    根据系统需求以及软件系统的初始化和运行维护需要，电控系统软件功能结构如图5所示

图5 集中式电控系统软件功能结构

    (1)基本信息维护
    该模块的功能主要体现在卡片设置，后台服务器设置，系统工作参数设置三个部分。 

    (2)房间设置
    房问设置的对象是对用电部门的设置，对房间类型的设置。对房间信息的设置三个部分。 

    (3)房间管理
    房间管理的对象是房间通断电管理，电费管理。房间电控单位开户管理，房间电控单位的撤户管理，各个房间固定补助额度的设定和发放管理几个部分。房间通断电管理遵循公式： 

    A．当0<剩余补助电量+当前剩余消费电量<=报警电量，则报警催缴电费：
    B．当剩余补助电量+当前剩余消费电量=0，则报警催缴电费并通知电控单元管理机对相应房间断电。 

    (4)电控柜管理 

    电控柜管理主要包括管理机管理，管理机操作员的设置，电控柜的设置，电控单元的设置，电控单元与房间的对应关系的设置几个部分。 

    (5)报表管理 

    报表管理主要包括报表管理和房间操作记录管理两个方面。报表管理主要有结算报表管理，如日结算报表．月结算报表．年结算报表，任意时间段报表管理等 

    (6)系统维护 

    系统维护主要为软件管理者提供临时锁定系统．操作员管理，口令修改，日志管理，黑名单维护，智能检索．启动停止网络查询工作等。 

    另外，当电控后台服务器与电控单元管理机之间因为不可抗御原因造成通信中断或网络查询为停止状态时，电控单元管理机可以存储由电控单元采集提交来的剩余补助电量、当前剩余消费电量、当前已用电量、当前电流、可用电流、报警电流电量等信息。当系统通信恢复或网络查询被启动时，再由电控单元管理机将电控单元提交上来的各种信息发送给电控系统服务器。
 
    四、结论及效益分析 

    本文运用校园一卡通扩展应用的开发模式，采用第三方系统接口实现了对集中式电控系统的无缝集成设计了基于校园一卡通平台的系统架构，改进了软件系统的功能。通过实际应用验证了系统的可靠性和成熟性。 

    在经济效益方面，2008年我校对旺园学生公寓进行了电控试点改造，把公寓电控纳入了校园一卡通系统管理。如表所示为西北工业大学旺同学生公寓使用一卡通电控系统前后的两年数据对比。

    表西北工业大学旺园学生公寓用电情况对比

    项目改造前旺园学生公寓实行放开用电，平均每宿舍每月耗电105度，年电费消耗77．5万元．该费用全额由学校补贴；项目改造后学校出台了公寓用电管理办法．办法规定学生公寓每月每问补助25度电，超出部分自己承担。该办法实施后．学生公寓平均每宿舍每月耗电42度，年电费消耗31万元(其中学校承担18．4万元，学生承担12．6万元)。从以上数据可以计算出通过对电控系统的改造，学校每年将节约59．1万元；另外，还可以计算出项目投资的回收期为11个月，其经济效益十分显著。