基于物联网的电工考证自动评测及管理系统设计

卢旭， 祁伟， 温宗礼

(广东技术师范学院 自动化学院,广州 510665)

基于物联网的电工考证自动评测及管理系统设计

卢旭， 祁伟， 温宗礼

(广东技术师范学院 自动化学院,广州 510665)

物联网(Internet of Things, IoT)技术对各行各业的信息化、智能化管理起到巨大推动作用。在简要介绍了物联网的概念和体系结构的基础上，提出了一种基于物联网的电工考证自动评测及管理系统，阐述了整个系统的具体结构和工作流程。该系统由自动测评系统、数据上传网络及信息管理系统3个部分组成，分别对应于物联网的感知层、网络层和应用层。该系统的应用可有效地提升电工考证管理工作的效率和质量。

电工考证； 物联网； 自动评测； 信息管理

0 引言

随着社会的进步，电气设备发展迅速，作为技术工种的电工就业前景十分广阔，几乎所有的企业都离不开电工[1]。国家规定特种作业操作人员必须要做到持证上岗，电工特种作业操作证的作用相当于上岗证，主要证明持证人具有电工安全操作的知识和能力。近年来，报考电工的人数持续上升，传统的人工测评和手写手记的考证方式已经不再适应当前巨大规模的电工考评需求了。为了提高相关考务及管理人员的工作效率，采用智能化的考证系统十分必要。

电工考证的考核内容包括笔试和实操考试，实操考试通常包括工具使用、设备安装、线路连接等几个部分。在线路连接这一实操考核中，涉及到较为复杂的电路的连接和分析。现有评测方法是在考生完成接线之后，由考评员人工评测，依照考评员的专业知识和经验，判断电路连接的正确性和有效性。在考试结束后，考生成绩通常由考评员人工记录下来，考评人员再将纸质版成绩汇总表上交到考证管理部门，再由管理部门统一录入成绩管理系统。这样的做法存在一些问题，如考评员劳动强度大，工作效率低，测评存在主观性，公平公开性不强，成绩易录错等。

物联网指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件[2,3]。本文设计一套基于物联网的电工考证自动评测及管理系统，实现电工考证的智能化自动评测，以及评测成绩的自动统计、上传。系统可有效解决以上存在的问题，旨在提高考证效率和考试的公平、公正性，减少人为主观影响，考试结束后自动记录成绩并即时上传管理系统，减轻了考务人员的工作负担，降低了测评成本。考生可以在最短时间里了解自己的考试成绩，有效地提高了电工考证测评和管理工作的信息化、规范化和科学化。

1 物联网的体系结构

物联网的体系结构由下至上可分为3个层次：第一层是用来感知数据的感知层，第二层是用于传输数据的网络层，第三层是与行业需求相结合的应用层，其体系结构示意图，如图1所示。

图1 物联网的体系结构示意图

在物联网体系结构模型中，感知层位于底层，是实现物联网的基础，是联系物理世界与虚拟世界的纽带。感知层的作用相当于人的眼、耳、鼻、喉和皮肤等神经末梢，主要功能是信息感知、采集与控制[4]。感知层的感知设备包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M、终端、传感器网关等。网络层的主要功能是利用各种通信网络，实现感知数据和控制信息的双向传递。网络层采用各种异构通信网络接入的设备，如接入互联网的网关、接入移动通信网的网关等，实现数据的跨网传输。因为这些设备具有较强的硬件支撑能力，所以可以采用相对复杂的软件协议设计，实现信息的合理传输。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求相结合，实现物联网的智能应用。根据用户需求，应用层构建面向各类行业实际应用的管理平台和运行平台，并根据各种应用的特点集成相关的内容服务。为了更好地提供准确的信息服务，必须结合不同行业的专业知识和业务模型，以完成更加精细和准确的智能化信息管理。其应用包括智能交通、绿色农业、智能电网、手机钱包、智能家电、环境监测、工业监控等[5]。

2 电工考证评测及管理物联系统

与物联网的体系架构一样，本文设计的电工考证测评及管理物联系统架构也分为感知层、网络层、应用层3层，分别对应自动评测系统、数据上传网络、信息管理系统，其系统结构示意图，如图2所示。

(1)感知层

感知层主要指自动评测系统，即完成实操考试中线路连接部分的现场评测及考场监控。感知层的信息感知设备主要包括检线器、摄像头、编码器、RFID电子标签以及阅读器等。自动评测系统主要包括动力自动检线与评测子系统、照明自动检线与评测子系统、视频监视子系统。

动力自动检线与评测子系统主要实现一个直流电机正反转控制电路的评测，判断其接线是否正确。照明自动检线与评测子系统主要实现一个双联开关控制照明灯电路的评测，判断其接线是否正确。视频监视子系统主要完成考场的监控功能，监控设备是网络化摄像头，监控视频通过互联网上传到信息管理系统，实现实时查看和存储的功能。

动力自动检线与评测子系统和照明自动检线与评测子系统的结构框图，如图3所示。

图2 系统结构示意图

图3 自动检线和测评子系统结构示意图

其主控器是一个单片机控制器，单片机控制器的I/O口连接检线器、编码器、RFID阅读器等。检线器用于判断每条需要检测的线路的连接情况，编码器在动力自动检线与评测子系统中用于检测电机的正反转，RFID用于识别和读取考生身份信息。单片机控制器通过ZigBee通信模块将测评结果无线传输至同样装有ZigBee通信模块的现场上位机，上位机再通过网络层将测评数据上传到应用层的信息管理系统。

(2)网络层

支撑网络层的主要技术有各种有线、无线通信技术，如移动通信技术、网络技术、通信接口技术等。在电工考证测评及管理物联系统中，采样无线和有线相结合的方式完成数据的网络层传输。

在现场控制器和上位机的通信中，我们采用物联网短距离无线通信技术ZigBee，每个考场仅需一台上位机，对应多套自动评测子系统，ZigBee技术的应用使感知层现场测评设备的部署更加方便。

在上位机和互联网的连接中，我们根据考场现场情况选择使用有线或无线WiFi技术。通过互联网的传输，数据送达考证管理部门的信息中心，信息中心部署有网络连接设备和服务器，用于数据的通信和处理。

(3)应用层

应用层主要指网络化的电工考证信息管理系统，完成考证信息和数据的上传、统计和管理等功能。

信息管理系统包括考评员信息与权限管理子系统、考评自动统计与信息上传子系统、以及考场监控子系统。

考评员信息与权限管理子系统包括考评员注册模块、考评员信息管理模块、考评员权限管理模块，实现考评员身份信息、考务任务、评测权限等的管理。其结构，如图4所示。

图4 考评员信息与权限管理子系统结构示意图

考评自动统计与信息上传子系统包括考生信息管理模块、成绩评定模块、成绩统计模块、报表生成模块、信息上传模块，实现考生身份信息管理、评测结果上传、考试成绩管理等功能。其结构，如图5所示。

图5 考评自动统计与信息上传子系统结构示意图

3 系统工作流程

基于物联网的电工考证自动评测及管理系统的简要工作流程如下：

(1)考生刷RFID标签卡开始考试，进行直流电机正反

转控制电路或双联开关控制照明灯电路的线路连接；

(2)接线结束后启动动力自动检线与评测子系统或照明自动检线与评测子系统进行评测；

(3)评测成绩通过ZigBee无线模块自动上传到现场上位机；

(4)考评员在上位机上利用信息管理系统将考生成绩通过网络进行提交；

(5)提交的数据存入系统服务器中的数据库内；

(6)考证管理部门利用信息管理系统管理考评员信息、管理考生信息、查看考场现场情况、查看考试成绩、生成统计报表等。

4 总结

设计信息化、自动化的测评及管理系统是电工考证管理工作的当务之急。本文通过对物联网的研究和分析，提出了一种基于物联网的电工考证自动评测及管理系统，该系统由物联网各层次有机构成，各子系统及其内部各层次之间互相通信、相互协调，实现电工考证工作的高效管理。

[1] 黄凤记. 基于电工考证的五年制高职电气自动化专业教学策略[J]. 广西教育,2015(7):143-144.

[2] 单娟. 全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J]. 电子学报, 2016, 38(7):2590-2599.

[3] Gubbi J, Buyya R, Marusic S, et al. Internet of Things (IoT): A Vision, Architectural Elements, and Future Directions[J]. Future Generation Computer Systems, 2013, 29(7):1645-1660.

[4] 刘化君. 物联网体系结构的构建[J]. 物联网技术,2015(1):78-80.

[5] 张兴华,韩利凯. 物联网体系结构、关键技术及应用[J].科技广场,2013(7):119-122.

Design of Automatic Evaluation and Management System for Electrician Certificate Test Based on IoT

Lu Xu, Qi Wei, Wen Zongli

(College of Automatization, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510665, China)

Internet of Things (IoT) plays a vital role in informationalized and intellectualized management of all application areas. Based on a brief introduction to the concept and architecture of IoT, an automatic evaluation and management system for electrician certificate test based on IoT is presented, and the structure and workflow of the whole system are described. The system is composed of three parts: automatic evaluation system, data communication network and information management system, which are correspond to the sensing layer, network layer and application layer of IoT, respectively. This system can be used to enhance the efficiency and quality of management for electrician certificate test.

Electrician certificate test; IoT; Automatic evaluation; Information management

广东省科技计划项目(2015A010103014)；广东普通高校青年创新人才项目(2014KQNCX178)

卢 旭(1986-)，男，江西修水人，副教授，博士，研究方向：物联网、计算机应用。 祁 伟(1964-)，女，山东陵县人，教授，硕士，研究方向：检测与过程控制。 温宗礼(1975-)，男，广东清远人，实验师，学士，研究方向：过程自动化。

1007-757X(2017)06-0001-02

TP399

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2017.03.04)