智能控制系统在科技馆中的应用

摘 要 随着电子信息技术的发展，智能控制系统在科技馆中得到了广泛的应用。通过介绍潍坊市科技馆的实践经验，发现智能控制系统有利于全方位掌控场馆运行，提高了全馆的工作效率，并保障了科技馆的安全。

关键词 科技馆 智能控制系统 运行管理

0 引言

近年来，国内科技馆如雨后春笋般兴起，这是社会生活水平提高的一大表现。虽然与国外相比还有相当的差距，但是我们的科普工作者不断前进，集思广益、开拓创新，以新思路、新理念努力提升科技馆的管理水平。

随着电子信息技术的发展，智能控制系统在科技馆中得到了广泛的应用。智能控制系统不仅可以减轻科技馆工作人员的负担，而且向观众展示了新技术在社会生活中的应用，让人们能够近距离接触前沿科学，感受其所带来的便利。

潍坊市科技馆较早引入智能控制系统，用以实现五大功能：设备管理、灯光控制、展项更新、实时监控和应急疏散。这些功能的操作终端是电脑、手机、iPad等智能设备，通过无线网络连接至控制系统的服务器。服务器是整个控制系统的大脑，通过采集便携式终端发出的各种命令，经过数据处理，向场馆设备发出相应指令，实现各种功能。

1 系统构架

1.1 服务器端

操作系统采用Windows Server 2008，以其稳定的性能支撑对场馆的不间断服务。同时，采用My SQL作为核心数据库。主服务器上运行特定的控制程序，并扩展部署在不同的分支服务器上，与主服务器一起形成分布式的服务网络，通过不断循环的多线程事件响应机制处理各种服务请求。

在主服务程序之上，该系统还拥有五大模块，用于完成整个场馆的管理任务。（1）XML規则解析模块：用于读取并解析由XML语言编写的各种指令，并转化为系统运行规则。在本系统中，XML语言作为核心编程工具，用于编写各种驱动事件、控制指令、筛选条件等。（2）信号转换模块：便于高效处理不同的接口数据。在众多设备中，控制信号需要在RS232、RS485标准、SOCKET、DMX512协议以及ASCII、HEX编码中进行转换。（3）灯光服务模块：以不同的控制协议对各种灯光设备发送控制信号。（4）展项内容更新模块：针对部分展项，用于远程更新展项的多媒体内容，例如视频、音频等。（5）应急疏散模块：结合展项计算机的被控端，在各种灾害发生时，实现紧急状态下的疏散信息发布。

1.2 被控端

各展项计算机安装被控端软件，通过特殊的控制协议与服务器端连接，当服务器端接收到相关控制命令后，直接通过TCP/UDP协议发送到被控端，被控端软件及时作出响应。

1.3 控制端

通过运行控制系统App或网络浏览器连接主服务器，即可完成对场馆的所有控制功能。例如电脑、手机、iPad等智能设备都能够胜任控制端的工作。控制端软件上的控制分级非常详细、实用，且易于理解学习。

1.4 综合布线

智能控制系统的建设应在科技馆的主体施工阶段中介入，此时整个系统可与主体建筑融为一体。建设所用网线为六类屏蔽网线，每个楼层根据设计图纸，埋管穿线之后，预制在地面之中。即使某个展项目前不能使用控制系统，也预留了网线接头，以备日后展项改造之用。

在具体施工中遵循以下标准：（1）管线敷设。采用地槽或墙槽时，所有的电缆在地板下可灵活布放，并应顺直无扭绞，在引入机架式服务器和控制台处还应成捆绑扎。从机架式服务器、控制台底部引入电缆，顺着所盘方向理直，按排列次序放入槽内，拐弯处应符合曲率半径的要求。电缆离开机架式服务器和控制台时，在距离弯点10 mm处捆绑，根据电缆的数量每间隔100～200 mm空绑一次。每一组管线都要预留至少一条备用线路。（2）设备安装。严格按照施工图纸，如果没有特殊原因，施工中不能随意变更。根据现场踏勘和以往经验规划设备的点位，合理安排各层交换机、路由器、无线AP等设备的存放位置。各个前端设备在安装前要进行检查。（3）电力工程。强电布线时应对每层的服务器单独提供一条回路供电，其线路不可与其他展项设备共用。弱电照明系统中，应在每条灯光回路中预留出控制线路。

2 功能实现

2.1 设备管理

智能控制系统通过中央服务器，结合不同的信号转换模块、发射器、接收器，搭配核心控制软件，对整个场馆中的计算机、显示屏、LED屏、投影等电子设备，进行整体、分楼层、分展区、分展项等多层级控制（见图1）。通过兼容XML文件可以对控制指令进行集中编程，以事件机制对特定状况进行响应，实现所有展项在正常模式下的开启和关闭。此外，智能控制系统还可以对场馆设备的能源消耗进行综合管理，在观众不多的情况下自动切换到节能模式，使场馆进入低能耗运行状态。节能模式分为低、中、高三种：低节能模式关闭部分照明；中节能模式关闭部分照明和所有投影；高节能模式关闭部分照明、所有投影和所有LED屏幕。这样既避免了过度损耗，又保护了场馆设备。

2.2 灯光控制

如图2所示，智能控制系统通过TCP协议转化为RS232标准，同时兼容DMX512协议，利用可控硅、继电器等方式对场馆所有展区内的灯光设备进行智能开关控制管理，并借助中央控制系统软件实现单点采集、多个回路的集中控制。

2.3 展项更新

智能控制系统内置自定义控制协议，通过服务器端、被控端的连接，可以控制展项设备，如音量大小、视频播放等。另外，智能控制系统的服务器端、被控端集成了内部文件传输协议（基于TCP协议），可在局域网、光域网内高速传输。在整个场馆计算机或数据储存设备接入控制系统局域网的情况下，通过服务器端可以实现对相应展项的多媒体内容、程序的更新与更换。

此外，智能控制系统内置媒体发布平台和媒体播放器，可以控制市面上大多数的播放软件，对场馆LED屏幕的媒体内容进行智能化管理，实现后台编辑、定时播放、快速切换、和远程更新等功能。

2.4 实时监控

智能控制系统可以通过控制协议，实时监测展项设备的运行状况。对于展项计算机，被控端软件会实时检测其操作系统，遇到异常状况及时作出反馈，提醒工作人员进行恢复。对于投影仪、电视等电子设备，控制系统可以接驳产品自身的自检系统，实时获取运行状况的数据，同时每天记录运行日志，并发送给指定的电子信箱。

如图3所示，智能控制系统外挂了无线网络摄像头，实现對场馆的视频监控，通过移动终端设备查看各个展项，并且影像可以实时传送至服务器硬盘中进行存储备份。

如图4所示，智能控制系统可以实现直播功能，并在大屏幕上进行转播，所录制的内容会自动存盘。

2.5 应急疏散

智能控制系统在被控端预制好固定的紧急疏散方案，如方向图标、文字及声音。当场馆内出现火灾等紧急情况时，服务器会在接收指令后，发送给每一台展项计算机，由被控端软件接收到信号后，将所有屏幕的显示内容强行切换。同时，LED屏幕会出现“请有序疏散”的字样，并发出警报。经过此处的观众，看到屏幕上的指示后，就能更快找到疏散路线，起到有效疏导人群的作用。

3 潜力挖掘

（1）对全部带电设备加以控制：可以在所有带电展项的电源线入口处增设电源继电器，这样即使那些没有用到计算机的展项也可以在闭馆期间彻底断电，防止设备中一些器件带电而造成安全隐患。如此便可以减少电器火灾的可能性，进一步增加场馆的安全性，也提高了电子器件的使用寿命。

（2）对各个展项的运行状况（温度、湿度、故障等）进行监控：在软件方面，在服务器增设传感器采集模块，以实现各种传感器的大批量数据采集，并筛选符合XML文件中指定条件的信号作为分析依据。在硬件方面，在每个展区内封闭空间的合适位置，如电气柜或装有电气设备的封闭箱体内，安装温度、湿度、烟雾传感器，并将检测的信号实时传输到主服务器，经过分析计算再由服务器发送到手持终端，并以形象的图像形式显示出来。

（3）对计算机的运行状况进行检测：当计算机正常运行时，通过软件控制，以一定的频率由电脑主动发出脉冲信号给主服务器，服务器再发送运行正常的指令给手持终端；当电脑出现死机时，此脉冲信号便停止发送，服务器在没有收到正常信号的情况下便向手持终端发送故障报告，以通知技术人员及时维护。

4 结语

综上所述，智能控制系统在科技馆中得到了广泛的应用，既可以作为一项工具使用，也可以作为一件展项展示。一方面有利于科技馆工作人员对场馆运行的把控，另一方面有助于系统演示高新技术，让观众切实体验智能控制系统的便捷，激发人们对未来生活智能化发展的探索热情，推动并争取实现智慧家庭、智慧城市、智慧中国！

参考文献

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（2018-01-22收稿，2018-04-11修回）

作者简介：宋景东（1963—），男，高级工程师，主要从事科技馆技术管理工作，E-mail： wfkxsjd@163.com。